DE1573889C - Verfahren und Vorrichtung zum Aufsuchen von Leckstellen an einem mit einem gasförmigen Medium gefüllten System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufsuchen von Leckstellen an einem geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium, beispielsweise mit Halogenverbindungen, gefüllten System, aus dessen Leckstellen das gasförmige Medium in eine Testatmosphäre außerhalb des Systems austritt und dort mittels einer elektrischen Entladung nachgewiesen wird. Dabei ist vorzugsweise an die Lecksuche an Kühleinrichtungen oder entsprechenden Anlagen gedacht, in denen Halogenverbindungen als Medium zur Wärmeübertragung oder zur Wärmeaufnahme enthalten sind. Als Halogenverbindung soll dabei im folgenden jede Verbindung in der Gasphase mit mindestens einem Halogenatom verstanden werden.

Die Prüfung auf Leekstellen, durch welche Halogen enthaltende Verbindungen entweichen können, kann mit Hilfe der verschiedensten Verfahren und Apparate vorgenommen werden, wozu auch chemisch erzeugte -Flammen gehören, oder die einfache Methode, den eventuell erfolgenden Druckabfall in der Anlage zu verfolgen. Diese letztere Methode ist aber sehr wenig empfindlich und daher in der Praxis nur geeignet, um große Leckstellen ausfindig zu machen.

Das bekannte mit einer Flamme arbeitende Gerät besteht aus einem Brenner, einer Kupferplatte als Indikator und einem Ansaugschlauch. Der Brenner wird mit Acetylengas oder eingepreßtem Alkohol zur Erzeugung der Flamme gespeist. Die kupferne Indikatorplatte wird durch die Flamme zum Glühen erhitzt. Die auf die Dämpfe von Halogen enthaltenden Stoffen zu prüfende Luft wird infolge einer Injektorwirkung durch den~Schlauch angesaugt und dem Brenner zugeführt. Von diesem gelangt sie mit den Flammengasen zu der,- Indikatorplatte und streicht über diese hinweg. Wenn diese Luft auch nur Spuren von Halogen enthaltende Gase beigemischt enthält, so ändert sich die Farbe der Brennerflamme von blau nach grün, sobald die Halogen enthaltenden Dämpfe mit der Kupferplatte in Berührung kommen. Diese Methode ist zwar sehr wirksam, doch erfordert sie — wie aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen — einigen apparativen Aufwand und stellt wegen der Anwesenheit von leicht brennbaren Mitteln und einer offenen Flamme eine gewisse Gefahrenquelle dar. ..." V^:: ■■-'-■.

Es ist auch eine elektrische Methode bekannt, bei welcher die Halogen enthaltenden Dämpfe in die Nähe eines intensiven elektrischen Funkens oder Lichtbogens gebracht werden, welcher zwischen Elektroden brennt, von ,welchen mindestens erne aus Kupfer besteht. Diese Kupferelektrode wird, wenn das Gerät in Betrieb ist, zum Glühen erhitzt; ihre Wirkung entspricht völlig derjenigen der aus Kupfer bestehenden Indikatorplatte beim chemischen Flammen-Detektor. Auch dieser Apparat ist schwerfällig und wegen des mit hoher Temperatur brennenden Lichtbogens noch gefährlicher als die mit einem Brennstoff erzeugte Flamme.

Weiter ist ein Nachweisgerät für Halogenverbindungen in Luft bekannt, das aus zwei großflächigen Elektroden besteht, deren eine auf etwa 900° C aufgeheizt, und zwischen denen eine elektrische Spannung angelegt wird. In diesem Gerät wird der in Gegenwart von Halogenverbindungen sich vergrößernde elektrische Strom der an der heißen Elektrodenoberfläche erzeugten Ionen gemessen, und zum Nachweis der Halogenverbindungen einer Anzeigevorrichtung zugeführt. Diese Nachweismethode hat . jedoch den Nachteil, daß die Genauigkeit sehr erheblich von Temperaturschwankungen der heißen Elektrode sowie von der Gegenwart von Staub und sonstigen Verunreinigungen im Elektrodenraum abhängig ist. Darüber hinaus wird zur Aufheizung der einen Elektrode eine Stromversorgung mit relativ hoher Leistung benötigt.

Aus dem Gebiet der Zählrohre für ionisierende Strahlung ist es bekannt, daß durch einen geringen

ίο Zusatz von Chlor oder Brom in eine Edelgasatmosphäre eine Selbstlöschung einer durch die ionisierende Strahlung ausgelösten Spitzenentladung bewirkt werden kann. Dabei wird die physikalische Eigenschaft der kurz nach der Zündung der Spitzenentladung heraufgesetzten Durchschlagspannung ausgenutzt, die sich infolge von Ionisierungsstößen der Halogenmoleküle mit metastabilen Edelgasatomen ergibt. Eine Übertragung dieses Verfahrens zum Nachweis von Halogenen erscheint jedoch wegen der für ein gutes Funktionieren einzuhaltenden engbegrenzten Mischungsverhältnisse zwischen Halogen und Edelgas nicht geeignet. Darüber hinaus könnte ein solches Verfahren nur unter Verwendung von Edelgasatomen als Testatmosphäre angewendet werden, da nur diese die dafür erforderlichen metastabilen Anregungsniveaus aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das einen sehr empfindlichen Nachweis von Gasen in Testatmosphären erlaubt, und zu dessen Durchführung Vorrichtungen zur Lecksuche mit einem geringen Leistungsbedarf gebaut werden können, "die"besonders 'handlich und . billig sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Testatmosphäre eine niedrigere dielektrische Durchschlagsspannung aufweist als das gasförmige Medium, und daß in der Testatmosphäre Funkenentladungen geringer Intensität erzeugt werden, die erlöschen, wenn.das gasförmige Medium in die Entladungsstrecke eintritt. Unter dielektrischer Durchschlagspannung ist dabei eine Spannung oberhalb des Ohmschen Bereiches der Strom-Spannungskennlinie zu verstehen, bei welcher die Funkenentladung einsetzt.

Ein nach diesem Verfahren arbeitendes Lecksuchgerät besteht aus zwei durch einen Zwischenraum voneinander getrennten Eletroden, die mit einem Generator verbunden sind. Der Elektrodenabstand und die Generatorspitzenspannung wird dabei gemäß der Erfindung so gewählt, daß in der reinen Testatmosphäre Funkenentladungen geringer Intensität entstehen, während bei Anwesenheit des entweichen-

— den gasförmigen Mediums im Elektrodenzwischenraum die Funkenbildung ausbleibt. _;;

Die durch den Generator erzeugte Funkenentladung und deren Ausbleiben bei Anwesenheit des gasförmigen Mediums in der Entladungsstrecke wird vorteilhafterweise durch eine mit der Entladungsstrecke verbundenen Indikatorvorrichtung, z. B.

durch einen Lautsprecher, angezeigt.

Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Lecksuchgerätes, das in einem kleinen Gehäuse untergebracht werden kann und dadurch leicht transportabel ist und dicht an die zu prüfenden Stellen herangebracht werden kann, weist ein Elektrodenpaar auf, dessen eine Elektrode aus einem verhältnismäßig langen Metallrohr von geringem Durchmesser besteht, auf welches eine verstellbare metalli-

sehe Kappe mit einer großen Zahl von Öffnungen für den Zutritt der Testatmosphäre und des zu prüfenden gasförmigen Mediums montiert ist. Am äußeren Ende des Rohres unter der Kappe befindet sich eine Isolierscheibe. Als zweite Elektrode ist in der Längsachse des Rohres und der Isolierscheibe eine dünne Nadelelektrode angebracht, die bis nahe an die Unterseite der Deckelplatte der Kappe heranreicht. Die zusammen mit dem Rohr die erste Elektrode

nicht wiedergegeben). Die Kappe 32 ist außerdem mit einer Anzahl von öffnungen 34 in radialer Richtung und in Längsrichtung versehen, durch welche die zu prüfende Atmosphäre Zutritt zu den Elektroden hat. Im Innern des äußeren Endes des Fühlerrohres 30 befindet sich eine Isolierscheibe 35, durch welche ein Träger 36 aus Kupfer oder Silber für eine Elektrode hindurchführt. Dieser Elektrodenträger kann aus einem beliebigen Metall mit einer guten elektrischen

platte und der Nadelelektrode definiert einstellbar ist.

In der Zeichnung sind in . schematischer ' Weise Ausführungsbeispiele des erfindüngsgemäßen Lecksuchgerätes dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Geräts,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Gerät, dessen Deckplatte entfernt ist, ..."'·..

Fig. 3 einen Schnitt nach der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2, . .

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht, einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts,

Fig. 5 Schnitt durch die Rohrelektrode nach.der Schnittlinie 5-5 der F i g. 2 mit einem Schaltschema für die Elektrodenanschlüsse,

F i g. 6 Schaltbild für die in den F i g. 1, 2 und 3 wiedergegebene Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 7 ein Diagramm für die von dem Generator gemäß der Schaltung von F i g. 6 an den Elektroden erzeugte Spannung in Abhängigkeit von der Zeit.

Wie aus den Figuren hervorgeht, in welchen gleiche Symbole durchweg auch die gleichen Teile betreffen, besteht das erfindungsgemäße Lecksuchgerät 10 aus einem Gehäuse 12 mit einem Deckel 14,

bildende Kappe ist in einer solchen Weise verstellbar io Leitfähigkeit bestehen. Von dem Elektrodenträger 36 angebracht, daß der Abstand zwischen ihrer Deckel- führt eine feine Nadelelektrode 37 in Längsrichtung

nach außen. Die Elektrode 37 selbst kann aus Platin oder einem anderen beständigen Metall sein. Ihre Länge ist so gewählt, daß sie ziemlich nahe der Unterseite der Deckelplatte der Kappe 32 endigt. Der wirkliche Abstand zwischen diesen beiden kann durch Verdrehen der Kappe nach innen oder außen dem jeweiligen Bedürfnis entsprechend sehr genau . , eingestellt werden. Das Fühlerrohr hat in praktischen Ausführungsformen einen Durchmesser in der Größenordnung einiger Millimeter. Der Elektrodenträger 36 steht mit einer isolierten Verbindungsleitung 38 in Kontakt, die zum Basiswiderstand 39 des Lautsprechers 20 führt. Die Leia'5 tung40 steht in elektrisch leitender Verbindung mit dem Gehäuse 30 und die Leitung 41 ist mit der anderen Seite des Lautsprechers verbunden. Die Leitungen 40 und 41 sind an der Sekundärwicklung 45 angeschlossen. .. ..- ..- , ;;:.;.;;_:
Die fertige Schaltung ist aus Fig. 6 zu ersehen; sie enthält als Schaltelement eine Induktionsspule 42 mit einer getrennten Sekundärwicklung 45. Obwohl auch ein mechanischer oder auf andere Weise wirksamer . Unterbrecher verwendet werden kann, wird doch

in welchem die elektrischen Batterien 16, eine In- 35 wegen der Einfachheit und des geringen Gewichtes duktionsspule 18, ein Lautsprecher 20, ein Transistor ein Transistor oder Festkörper-Leiter bevorzugt.
22 und ein Fühler 24 untergebracht sind. - Der Transistor 22 ist über die übliche Kondensa-

Das Gehäuse 12 kann mit den Trennwänden 13 tor-Leckwiderstand-Kombination 23 an den primären und 15 versehen sein, durch welche die Batterien . Wicklungen der Induktionsspule angeschlossen. Dervoneinander und von den übrigen Teilen im Irinern 40 Strom wird von einer Reihe von Batterien 16 geliedes Gehäuses getrennt sind. Zur Herstellung des in fert; er kann durch den Schalter 43 ein- und ausge-Fig. 6 wiedergegebenen Stromkreises im Gehäuse schaltet werden. Dieser in den übrigen Figuren nicht sind die üblichen Verbindungen und Drahtleitungen wiedergegebene Schalter kann ein Gleitschalter sein, vorgesehen. Die Außenwand des Gehäuses 12 auf der . wie er bei Taschenlampen üblich ist, und an einer Seite des Fühlers und die Trennwand 13 sind durch- 45 Seitenwand des Gehäuses 12 installiert werden. Es löchert und mit Gleitbuchsen 26 und 28 versehen,
durch die der Fühler 24 geführt wird. Diese Gleitbuchsen können aus Gummi oder einem anderen
elastischen Material bestehen und sind von einer solchen Größe, daß sie den röhrenförmigen Teil des 50
Fühlers aufnehmen können und diesen so festhalten,
daß er nur unter ,Überwindung eines gewissen Reibungswiderstandes verschoben werden kanni",.Y .

Wie aus F i g. 5 hervorgeht, besteht der Fühler 24

aus einem .metallischen, röhrenförmigen Gehäuse 55 eine Spannung anliegt, die proportional dem im Se- oder Schaft 30, auf den vorn eine einstellbare me- kundärkreis fließenden Strom ist ._v

tallische Kappe aufgesetzt ist, die mehrere Löcher Zum Gebrauch des Gerätes wird der Fühler 24

aufweist. Da das äußere Ende des Fühlerschaftes, ein aus dem Gehäuse 12 herausgezogen und der Schalter

Außengewinde trägt und die Kappe mit einem dazu 43 geschlossen. Damit wird die Speisespannung an passenden Innengewinde versehen ist — in-der Figur—6e-<äen Transistor 22 angeschlossen, welcher zusammen mit 33 gekennzeichnet —, kann die Lage der Kappe mit der Spule 43 und dem ÄC-Glied 23 einen Sperr-32 in Längsrichtung verändert werden, so daß eine schwinger bildet. Die in F i g. 7 dargestellte Ausgenaue Einstellung des Elektrodenabstandes vorge- gangsspannung Ve des Sperrschwingers, die in der nommen werden kann, wie weiter unten noch aus- Spule 45 induziert wird, hat Stromimpulse in dem führlicher dargelegt wird. Damit eine Kennzeichnung 65 Kreis mit dem Lautsprecher 20 und den Elektroden der Einstellung der Kappe 32 am äußeren Ende des 32, 37 zur Folge, nachdem bei jedem Spannungs-Schaftes 30 möglich ist, kann eine entsprechende impuls des Sperrschwingers zwischen den Elektroden Skalenmarkierung angebracht werden (in der Figur eine Funkenentladung geringer Intensität zündet.

kann jeder kleine Druckknopf- oder Gleitschalter verwendet werden, der geeignet ist, um den Stromkreis zu unterbrechen, wenn das Gerät nicht in Gebrauch ist. ....... .. , . ·...._. .:,„;.;:;.-.

Wie in Fig. 6 wiedergegeben, ist die Hochspannungs-Sekundärwicklung 45 mit dem Basiswiderstand des Lautsprechers 39 und den Elektroden 32 und 37-, in Reihe geschaltet. Der Widerstand 39 ist erforderlich, damit an den Anschlüssen des Lautsprechers

Dabei ist vorteilhafterweise der negative Pol der Spule 45 mit der Fadenelektrode 37 verbunden. Eine Entladung entsteht allerdings nur dann, wenn die Spitzenspannung V_p (Fig. 7) an den Elektroden größer ist als die dielektrische Durchschlagsspannung V_b der Testatmosphäre im Elektrodenzwischenraum. In diesem Fall wird im Lautsprecher ein andauernder hörbarer Ton erzeugt. Wenn dagegen selbst kleine Spuren von Gasen mit einer höheren dielektrischen Durchschlagsspannung in der Testatmosphäre vorhanden sind, wird die Durchschlagsspannung V_b der Mischatmosphäre auf einen Wert V_b angehoben, so daß der Funkendurchschlag ausbleibt und keine Entladung stattfindet. Zum Beispiel können in Luft mit einer dielektrischen Durchschlagsspannung V_b von 2500 Volt noch 5 ppm CCl₃F (bezogen auf das Volumen) nachgewiesen werden, wenn die Spitzenspannung V_b auf 2550 Volt eingestellt wird.

Falls die Batterien 16 schon etwas verbraucht sind, muß nur die Kappe 32 etwas nach innen gedreht werden, damit der Abstand zwischen den Elektroden verkleinert wird. Eine andere Möglichkeit, die Abnutzung der Batterien auszugleichen, besteht darin, den Widerstand in der Kapazitäts-Widerstand-Kombination 23 zu verändern, wodurch auch die Spannung im Sekundärstromkreis verändert wird. Wird nun der Fühler in die Nähe einer Stelle an einer Leitung oder an einem Behälter gebracht, durch welche Halogen enthaltende Gase entweichen, so erlischt die Funkenentladung oder, anders ausgedrückt, die erneute Zündung bleibt aus (vgl. Fig. 7), und im Lautsprecher ist nichts mehr zu hören. Da die Entladungsstrecke sehr nahe an eine Leckstelle herangebracht werden kann, erwies sich das erfindungsgemäße Lecksuchgerät als wesentlich empfindlicher als die seither für den gleichen Zweck zur Verfügung stehenden Vorrichtungen. Beim Gebrauch dieser letzteren wird in einem Ansaugschlauch zu viel Luft mit den entweichenden Dämpfen vermischt, so daß zur sicheren Feststellung der Anwesenheit größere Mengen des Dampfes erforderlich sind.

Der Begriff »Funkenentladung mit geringer Intensität« bedeutet, daß die Entladung bei so niedriger Stromstärke erfolgt, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen des Generators die Entladung erlischt, und die Raumladungen in der Nähe der Entladungsstrecke dissipiert werden. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Spitzenstrom der Funkenentladung einige Zehntel Milliampere und ist im allgemeinen kleiner als 0,5 Milliampere. " "·

Die in Fig. 4 dargestellte Modifikation unterscheidet sich von der zuerst beschriebenen Ausführungsform in der Hauptsache dadurch, daß an Stelle der Batterien, dem Transistor-Unterbrecher und der Induktionsspule ein Hochspannungstransformator vorgesehen ist. Diese Konstruktion ist zwar wesentlich einfacher, benötigt aber eine fremde Stromquelle, die Wechselstrom von geeigneter Spannung zur Verfügung stellt. In der Wirkungsweise sind die beiden Ausführungsformen gleichwertig; wie aber leicht einzusehen, ist das Batteriegerät beweglicher und universeller einzusetzen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufsuchen von Leckstellen ίο an einem geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium, beispielsweise mit Halogenverbindungen, gefüllten System, aus dessen Leckstellen das gasförmige Medium in eine Testatmosphäre außerhalb des Systems austritt und dort mittels einer elektrischen Entladung nachgewiesen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Testatmosphäre eine niedrigere dielektrische Durchschlagsspannung aufweist als das gasförmige Medium, und daß in der Testatmosphäre Funkenentladungen geringer Intensität erzeugt werden, die erlöschen, wenn das gasförmige Medium in die Entladungsstrecke eintritt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei durch einen Zwischenraum voneinander getrennten Elektroden, welche mit einem Generator verbunden sind, '.' dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand und die Generatorspitzenspannung so gewählt sind, daß in der reinen Testatmosphäre Funkenentladungen geringer Intensität entstehen, während bei Anwesenheit des entweichenden gasförmigen Mediums im Elektrodenzwischenraum die Funkenbildung ausbleibt.

3. Vorrichtung nach Anspruchs, dadurch ge-. kennzeichnet, daß eine Indikatorvorrichtung (20) vorgesehen ist, die ein Erlöschen der Funkenentladungen anzeigt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode des Elektrodenpaares (32, 37) aus einem verhältnismäßig langen Metallrohr (30) von geringem Durchmesser !besteht, auf welches eine verstellbare metallische Kappe (32) mit einer großen

- . Zahl von Öffnungen (34) für den Zutritt der-Testatmosphäre und des zu prüfenden gasförmigen

■-·■ Mediums montiert ist, wobei dieses Rohr zusammen mit der Kappe als die eine Elektrode wirk- \ sam wird; daß sich am äußeren Ende des Rohres

- - (30).unter der Kappe (32) eine Isolierscheibe (35) befindet; daß in der Längsachse des Rohres (30) und der Isolierscheibe (35) eine dünne Nadelelektrode (37) angeordnet ist, die bis nahe an die Unterseite der Deckelplatte der Kappe (32) heranreichtr daß die Kappe (32) in einer solchen Weise verstellbar angeordnet ist, daß der Abstand zwischen ihrer Deckelplatte und der Nadelelektrode (37) definiert einstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen