CN116569015A - 用于识别测试对象中的气体泄漏的气体泄漏检测设备和气体泄漏检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于识别测试对象中的气体泄漏的气体泄漏检测设备,包括:连接器(20),其用于测试对象或用于容纳测试对象的测试室;真空泵(16、18),其与所述连接器(20)连接,用于对所述测试对象或测试室进行抽空;气体检测器(12),其连接到所述真空泵(16、18)和所述连接器(20),并被配置用于:在所述真空泵(16、18)连续运行期间,检测第一测试气体和用于整体泄漏检测或用于根据喷雾原理对所述测试对象中的气体泄漏的定位泄漏检测;气压传感器(24),其连接到所述真空泵(16、18)和所述连接器(20),并配置成根据压力增加方法在连接器(20)处进行总压力增量的整体测试,和/或根据分压增加方法在连接器(20)处进行至少一种不同于所述第一测试气体的第二测试气体的分压增量;以及阻断设备(26),其用于当通过所述气压传感器(24)检测所述测试对象时,将所述气压传感器(24)和所述连接器(20)与所述真空泵(16、18)进行真空隔离。
Description
本发明涉及一种用于识别测试对象中的气体泄漏的气体泄漏检测设备及相应的方法。
通常,检测气体泄漏有两种可能的方法,即整体检测和定位检测。整体检测提供了两种可能性。首先,测试对象可以包含在连接到气体检测器的测试室中,其中,在测试室被抽空的同时测试对象已经或者正在被测试气体加压。其次,可选地,包含在测试室或测试外壳中的测试对象可以连接到气体检测器并被抽空,而测试气体,例如环境空气,已经或被供应到测试室或者测试外壳内。借助整体泄漏检测,只能检测到泄漏,而不能定位泄漏。
为了定位泄漏,根据嗅探原理或根据喷涂原理,在没有任何测试室的情况下进行定位检测。在嗅探原理的情况下,测试对象被测试气体加压,测试对象的外部被连接到真空泵和气体检测器的嗅探探头嗅探。在喷涂原理的情况下,当测试对象连接到真空泵和气体检测器时,喷雾***从外部用测试气体喷涂测试对象。
此类以氦气或氢气为测试气体的气体泄漏检测设备,通常采用质谱仪作为气体检测器,而真空泵为高真空泵,如涡轮分子泵与前级真空泵组合。对于定位检测,测试对象在真空泵的帮助下抽真空,并从外部喷涂测试气体(喷涂原理)。对于整体密封性检测,测试对象在测试气体的帮助下加压并放入测试室。测试室由前级真空泵抽真空,质谱仪测量真空中的测试气体含量。测试气体含量是测试对象中泄漏的泄漏率的度量。
这种真空检漏仪由例如以商品名UL3000和UL5000出售。在这些***中,在定位测量之后,通过喷洒或嗅探测试对象来执行使用测试室的整体压力增加测量,以检查***的密封性。在此,将测试对象放入与真空检漏仪相连并抽空的测试室中,同时通过测试气体对测试对象加压。或者,将测试对象连接到真空检漏仪并抽空,同时围绕测试对象的测试室已经或正在通过测试气体加压。
在DE 16 48 648 C3中描述了根据逆流原理的质谱泄漏检测。在这里,测试容器连接到涡轮分子泵的入口。在测试容器中,可以放置待检查泄漏的测试对象。测试对象充满测试气体,例如氦气。涡轮分子泵的前级压力侧连接到前级真空泵。另一个涡轮分子泵的排出侧连接到涡轮分子泵和前级真空泵之间的中间气体入口,该涡轮分子泵对被配置为质谱仪的气体检测器进行排空。操作两个涡轮分子泵,使得从测试容器中抽出的测试气体被供给到质谱仪,同时测试容器和质谱仪借助于前级真空泵抽真空。
在EP 1 620 706 B1中,描述了一种用于逆流泄漏检测的布置,其中抽空到测试容器中的高真空泵直接连接到泄漏检测器的入口,并且该测试容器以不节流的方式并且在不使用任何阀门的情况下与入口相连接。由此,即使在连接具有大体积的测试对象时,增加了入口处的氦气抽吸能力并且减少了对测试气体的响应时间。
在DE 101 56 206A和DE 10 2014 223 841 A中,描述了具有增压泵的真空泄漏检测器的组件。增压泵作为附加的涡轮分子泵放置在真空检漏仪的入口区域,以提高抽吸能力,从而提高真空检漏仪的响应时间。
本发明的目的是提供一种改进的气体泄漏检测设备,其能够对测试对象进行定位漏气检测和整体测量,并提供相应的方法。
根据本发明的气体泄漏检测设备由权利要求1的特征限定。根据本发明的方法由权利要求8的特征限定。
根据本发明,除了真空泵和连接到真空泵的气体检测器外,还设置了气压传感器。该气压传感器被配置作为总压力传感器,用于整体测量测试室或测试对象内部(压力增加方法)的总压力增量,和/或作为气体选择性分压传感器,用于测量至少一种第二测试气体的分压增量,该第二测试气体不同于测试对象或测试室内部的第一测试气体(分压增加方法)。分压传感器可以,例如,通过第二或另外的测试气体的光谱分析检测气体的分压。设置有阻断设备,用于在借助气压传感器对测试对象或测试室进行检查时,将气压传感器和用于测试对象或测试室的连接器与真空泵真空隔开。
这使得根据压力增加方法或累积原理的特别快速的测量成为可能,同时真空泵继续运行。对于借助气体检测器进行的整体或局部测量,使用第一测试气体,而对于借助气压传感器的整体压力增加测量,使用至少第二另外的测试气体。由于在测量期间,阻断设备将气压传感器与测试对象或测试室与真空泵真空分离,因此不需要停止或中断用于根据增压法或累加原理进行整体测量的真空泵的运行。
真空泵可以是单个真空泵或由多个真空泵组成的真空泵***的真空泵。具体地,所述真空泵可以是由至少一个前级真空泵和至少一个高真空泵组成的真空泵***中的高真空泵。
气相色谱仪可以是带有高真空泵或超高真空泵的质谱仪,例如涡轮分子泵,其使用对测试对象或测试室进行抽真空的真空泵作为前级真空泵,并对质谱仪进行抽真空并通过前级真空泵排放到大气中。在此,前级真空泵和高真空泵可以统称为真空泵***。或者,气体检测器可以是气体特定的光学气体检测器或半导体传感器。
气压传感器可以是压力表,用于根据压力增加方法测量试验室内或试验对象内部的总压力增量。备选地或附加地,气压传感器可以被配置为用于测量测试气体的分压增量的气体选择性分压传感器。这里,被测气体混合物中测试气体的相对含量称为分压。分压增量的测量可以根据累积法进行,其中,在关闭真空泵的情况下测量在测量区域中累积的气体的分压增量。
气压传感器尤其可以是膜窗传感器、吸收光谱传感器,例如红外吸收传感器,发射光谱传感器,例如OES传感器,或半导体气体传感器、化学气体传感器或光学气体传感器。特别地,气压传感器不一定是压力表。在总压力增加方法中,气压传感器测量包含第二测试气体的气体混合物的总压力的增量。在分压增加的情况下,气压传感器测量至少第二测试气体的分压部分的增量。
在气压传感器的示例性实施例中描述的光谱分析能够根据压力增加方法或累积原理特别快速地评估总压力和/或分压。
气体选择性分压传感器优选是配置用于光发射光谱的OES传感器。
优选地,压力传感器包括在气体传导路径中或连接到后者,后者将用于测试对象或测试室的连接器连接到真空泵或气体检测器。
阻断设备可以是选择性可控的阻断设备,其在手动、电子和/或气动控制下阻挡。为此,可以在要阻断的气体传导路径中使用选择性可操作或可控制的阀。备选地,阻断设备可以包括截止阀、蝶形阀或波纹管闸阀,用于实现气体传导路径的以真空方式的压力分离。
优选地,增压泵在测量期间泵送使得测试体积中的从泄漏处流出的气体被压缩到涡轮分子泵下游侧的体积。通常,测试室或测试对象的体积比压缩涡轮分子泵后方区域的体积大很多倍,使得该压缩气体体积中的压力增加大约提高了体积比系数。
下面,将参考附图详细解释本发明的示例性实施例,其中:
图1示出了不存在增压泵的示例性实施例的示意图,以及
图2示出了具有增压泵的相应示例性实施例的示意图。
两个图都显示了具有以下组件的气体泄漏检测设备:
气体检测器12;
用于测试对象或者容纳测试对象的测试室的连接器20;
真空泵16,用于抽空测试对象并且连接到连接器20和气体检测器12。
气体传导路径22将连接器20连接到真空泵14。
所示示例性实施例的气体检测器12是被涡轮分子泵18抽真空的质谱仪。这里,气体检测器12和涡轮分子泵18可以称为检测器***。涡轮分子泵18的出口与真空泵16的入口相连,并使用后者作为前级真空泵。因此,真空泵16和涡轮分子泵18构成真空泵***14。真空泵16的出口朝向大气开放。
根据本发明,可以是总压力传感器和/或气体选择性分压传感器24,例如,被配置成OES(光发射光谱)传感器,的气压传感器24连接到气体传导路径22。为此目的,在气压传感器24的上游,即在气压传感器24和气体传导路径22之间,设置阻断设备26,气压传感器24通过该阻断设备26连接至气体传导路径22。阻断设备26被配置成用于:在连接器20和其余部件,特别是气体检测器12和真空泵16,之间的连接被断开的同时,在连接器20和气压传感器24之间建立气体输送连接。在最简单的情况下,阻断设备26可以是开关,其可选地互连连接器20和真空泵16之间的气体传导路径22并阻断与气压传感器24的连接,反之亦然。开关可以是梭阀或三通阀。
为了简化说明,阻断设备26在图中被示为横跨气体传导路径22、28延伸的方框,以说明阻断设备可以阻断气体传导路径22、28。这可以通过气体传导路径22中的可控阀27来实现,该可控阀27用于阻断连接器20、气压传感器24和真空泵26之间的连接。此外,在所示示例性实施例中,阻断设备包括用于阻断气体传导路径28的可控阀25。该气体传导路径28将质谱高真空泵18(即连接到气体检测器12的高真空泵)连接到连接器20和气压传感器24。因此,在图中所示的示例性实施例中,阻断设备26的至少一部分被包含在气体传导路径22中,用以阻断后者。
气压传感器24的另一种可能的布置方式如图1中的虚线所示。因此,气压传感器24可以连接到连接支路30,其连接前级真空泵16和涡轮分子泵18。在这种情况下,阻断设备26由气体传导路径30中的可控阀29构成。
在图2所示的示例性实施例中也可以想到阻断设备26和气压传感器24的对应布置,但是它们未在那里指明。
在图2中,气体传导路径22中还包括被配置作为涡轮分子泵的附加的增压泵32,其用于通过真空泵16对连接器20进行抽真空。优选地,气压传感器24与阻断设备26相连到增压泵32下游和真空泵16上游的气体传导路径22,即连接到气体传导路径22中的将增压泵32连接到前级真空泵16的部分。
Claims (13)
1.一种用于识别测试对象中的气体泄漏的气体泄漏检测设备,包括:
连接器(20),其用于测试对象或用于容纳测试对象的测试室;
真空泵(16、18),其与所述连接器(20)连接,用于对所述测试对象或测试室进行抽空;
气体检测器(12),其连接到所述真空泵(16、18)和所述连接器(20),并被配置用于:在所述真空泵(16、18)连续运行期间,检测第一测试气体和用于整体泄漏检测或用于根据喷雾原理对所述测试对象中的气体泄漏的定位泄漏检测;
气压传感器(24),其连接到所述真空泵(16、18)和所述连接器(20),并配置成根据压力增加方法在连接器(20)处进行总压力增量的整体测试,和/或根据分压增加方法在连接器(20)处进行至少一种不同于所述第一测试气体的第二测试气体的分压增量;以及
阻断设备(26),其用于当通过所述气压传感器(24)检测所述测试对象时,将所述气压传感器(24)和所述连接器(20)与所述真空泵(16、18)进行真空隔离。
2.根据权利要求1所述的气体泄漏检测设备,其特征在于,所述气压传感器(24)连接气体传导路径(22),所述气体传导路径(22)将所述连接器(20)连接至所述真空泵(16、18)和/或到所述气体检测器(12),使得所述气压传感器(24)分别测量所述真空泵(16、18)和所述气体检测器(12)上游的气体。
3.根据权利要求1所述的气体泄漏检测设备,其特征在于,将所述连接器(20)连接到所述真空泵(16、18)的气体传导路径(22)包括增压泵(32),所述气压传感器(24)布置在所述气体传导路径(22)中,位于所述连接器(20)和所述增压泵(32)之间,并因此布置在所述增压泵(32)和所述真空泵(16、18)的上游。
4.根据权利要求1所述的气体泄漏检测设备,其特征在于,将所述连接器(20)连接到所述真空泵(16、18)的气体传导路径(22)包括增压泵(32),所述气压传感器(24)布置在所述气体传导路径(22)中,位于所述增压泵(32)和所述真空泵(16、18)之间,并因此布置在所述增压泵(32)的下游以及所述真空泵(16、18)的上游。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体泄漏检测设备,其特征在于,所述气压传感器(24)被配置用于对所述第二测试气体进行光谱分析。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体泄漏检测设备,其特征在于,所述气体检测器(12)为质谱仪,其具有高真空泵(18),特别是超高真空泵,位于连接所述气体检测器(12)和所述真空泵(16、18)的所述气体传导路径(30)上;并且,所述阻断设备(26)用于在借助所述气压传感器(24)检查所述测试对象时,将所述气压传感器(24)和所述连接器(20)与所述高真空泵(18)进行真空隔离。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气体泄漏检测设备,其特征在于,所述气压传感器(24)被配置用于根据积累原则对所述连接器(20)处的所述第二测试气体的分压增量进行整体测量。
8.一种用于识别测试对象中的气体泄漏的气体泄漏检测方法,包括以任何顺序的以下步骤:
通过向测试对象或所述测试对象周围的测试室供应第一测试气体并且在借助真空泵(16、18)连续抽空所述测试对象或所述测试室期间,基于整体泄漏检测或基于根据喷雾原则的定位泄漏检测对第一测试气体进行检测,来确定所述测试对象中的气体泄漏;
通过向所述测试对象或所述测试室供应至少一种不同于所述第一测试气体的第二测试气体,并且在所述测试对象或所述测试室和气压传感器(24)与所述真空泵(16、18)断开连接并因此所述测试对象或所述测试室未被抽空的同时,通过根据压力增加方法在测试对象或测试室中的总压力增量进行整体测量和/或根据分压增加方法对所述测试对象或所述测试室内的第二测试气体的分压增量,来识别所述测试对象中的气体泄漏。
9.根据权利要求8所述的气体泄漏检测方法,其特征在于,所述总压力增量和/或所述第二测试气体的所述分压增量是在气体传导路径(22)中,或者在连接到所述气体传导路径的增加或减少的测量容积中进行测量,其中,所述气体传导路径(22)将用于所述测试对象或容纳所述测试对象的所述测试室的连接器(20)连接到所述真空泵(16、18)和/或所述气体检测器(12)。
10.根据权利要求9所述的气体泄漏检测方法,其特征在于,在连接增压泵(32)出口的气体传导路径(22)中测量所述总压力增量和/或所述分压增量,所述增压泵(32)的入口连接到所述测试对象或所述测试室的所述连接器(20),到所述真空泵(16、18)和/或到气体检测器(12),使得所述总压力增量和/或所述分压增量是在所述增压泵(32)下游和所述真空泵(16、18)和/或所述气体检测器(12)的上游进行测量。
11.根据权利要求8所述的气体泄漏检测方法,其特征在于,测量空气的一种或多种不同成分的分压增量。
12.根据权利要求8所述的气体泄漏检测方法,其特征在于,通过分析所述测试气体的光谱来测量所述测试气体的分压增量。
13.根据权利要求8所述的气体泄漏检测方法,其特征在于,所述第二测试气体的总压力增量和/或分压增量是在将所述气体检测器(12)的高真空泵(18)连接到所述连接器(20)和所述气压传感器(24)的气体传导路径(28)中测量的,或者在连接到所述气体传导路径的增加或减少的测量体积中测量的。
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