DE2617507A1

DE2617507A1 - Schaltungsanordnung fuer ein lecksuchgeraet

Info

Publication number: DE2617507A1
Application number: DE19762617507
Authority: DE
Inventors: Hermann Mennenga
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1976-04-22
Publication date: 1976-12-30
Also published as: FR2315088A1; GB1526543A; CH594239A5; NL7511007A; US4083231A

Description

BALZERS HOCHVAKUUM GMEK, Sie.T.ensstrasse 11, D 6201 Nordenstadt

Schaltungsanordnung für ein Lecksuchgerät

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein Lecksuchgerät, mit einer Sonde zur Erzeugung eines elektrischen Messignals, einem damit verbundenen Messverstärker und mit einem Anzeigegerät zur Anzeige der Grosse des Lecks.

Bekannte Geräte dieser Art weisen Messonden auf, die z.B. auf der unterschiedlichen Gasartabhängigkeit des Ionisierungsquer-

1) 2)

schnittes der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit von Gasen der Erzeugung von positiven Ionen an einer geheizten Anode bei

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Auftreffen eines Prüfgases ' oder der Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von Halbleitern von der umgebenden Gasatmosphäre beruhen. Auch das Massenspektrometer wird manchmal als Nachweisgerät für ein Prüfgas bei der Lecksuche verwendet Weitere, weniger gebräuchliche Sonden beruhen auf der Peststellung von Ultraschallwellen im Frequenzbereich zwischen 3>5 und H-O kHz bei Vorhandensein von Lecks, auf der katalytisehen Verbrennung eines durch ein Leck hindurchtretenden brennbaren Gases an einem Platinglühdraht, dem Nachweis der Radioaktivität des durch ein Leck gedrungenen Prüfgases oder auf Kernreaktionen desselben.

Alle Messonden liefern schliesslich ein Strom- oder Spannungssignal, das einem Verstärker zugeführt wird. Alle Lecksuchgeräte weisen ferner ein optisches oder akustisches Anzeigegerät zur Anzeige der Grosse des Lecks auf; in der einfachsten Form kann das Anzeigegerät als Signallampe oder Signaltongeber ausgebildet sein.

Fast bei allen gebräuchlichen Schaltungen ist ferner ein Nullabgleich vorgesehen, um das Grundsignal der Sonde, das auch vorliegt,

1)2)4)5) wenn kein Prüfgas auf diese einfällt, zu kompensieren ' ' ' '.

Dieses Grundsignal besteht z.B. bei Verwendung eines Ionisationsmanometers als Sonde im Grundionenstrom, der von der Restgas-

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atmosphäre (ohne Prüfgas) herrührt. Bei Sonden, die auf die Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Gases ansprechen, bedingt die Wärmeleitfähigkeit des prüfgasfreien Restgases ein entsprechendes Grundsignal. Insbesondere weisen auch die vielgebrauchten Halogennachweisdioden ein solches Grundsignal auf, das auf der restlichen lonenemission der Glühanode beruht, die auch dann vorhanden ist, wenn kein Halogen einfällt.

Störender als das Grundsignal ansich ist die Tatsache, dass dieses nicht konstant ist sondern langsame aber ziemlich grosse zeitliche Schwankungen zeigt, wodurch die Erkennung und Lokalisierung besonders von kleinen Lecks sehr erschwert wird.

Es wurden schon Differenzierschaltungen vorgeschlagen, um nur die Aenderungsgeschwindigkeit des Signals zur Anzeige zu bringen. Dabei wird das sich nur langsam ändernde Grundsignal unterdrückt, doch bleibt trotzdem die genaue Ortung von Lecks und insbesondere der Nachweis von kleinen Lecks sehr schwierig, weil sich bei langsamen Abtasten der leckverdächtigen Stelle (um den genauen Leckort feststellen zu können) nur kleine Aenderungsgeschwindigkeiten des Signals ergeben. Verweilt man zwecks genauerer Feststellung des Ortes während des Abtastvorganges mit der Prüfgas-Sprühpistole oder dem-Schnüffler etwas länger an einer Stelle, so geht die

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Aenderungsgeschwindigkeit sogar gegen Null. Die Bestimmung des Leckortes und die Aussage über die Leckgrösse wird damit sehr unsicher. Man könnte zwar mit der Sonde raschere Bewegungen über der leckverdächtigen Stelle ausführen, um die Aenderungsgeschwindigkeit zu erhöhen, Jedoch hat sich gezeigt, dass die dadurch hervorgerufenen Luftwirbel bei den meisten Sonden (insbesondere auch bei den viel benutzten Halogenlecksuchdioden) Störsignale hervorrufen, wodurch ein Leck vorgetäuscht werden kann und eine genaue Ortung und Messung verunmöglicht wird.

Um trotz der unvermeidlichen Schwankungen des Grundsignales, die um ein Vielfaches grosser sein können als das Messignal, auch kleine Lecks nachweisen zu können, hat man sich bisher meist damit beholfen, dass man durch ständiges Nachstellen des Nullabgleichs versuchte, das jeweils vorhandene Signal immer wieder zu kompensieren, sodass - ähnlich wie beim Differenzierverfahren nur die momentane Aenderung zur Anzeige gelangt. Dem Differenzierverfahren gegenüber hat diese Methode jedoch den Vorteil, dass die Aenderungen mit voller Empfindlichkeit gemessen werden können und dass das Messignal nicht von der Grosse der Aenderungsgeschwindigkeit abhängig ist. Das ständige Abgleichen ist aber mühsam und erfordert ziemliche Geschicklichkeit, weil die Anzeige besonders bei grosser Verstärkung sonst leicht aus dem Messbereich des Anzeigeinstrumentes hinauswandert und dieses unter Umständen sogar durch Ueberlastung gefährden kann. Um dieser Gefahr zu begegnen,waren

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bei bekannten Geräten daher stets verschiedene Empfindlichkeitsstufen vorhanden, und es war nicht vorgesehen, bei der Einstellung des Gerätes auf höchste Nachweisempfindlichkeit, mehr als etwa das vier- bis fünffache des Vollaussehlages des Anzeigeinstrumentes zu kompensieren.

Bei einer bekannten Anordnung * zur Peststellung von Lecks an verschlossenen Behältern (Dosen) werden diese in eine Vakuumtestkammer gebracht. Wenn aus den Testobjekten infolge Undichtigkeit ein Prüfgas in die Testkammer austritt, ergibt sich an einer Sonde ein erstes Messignal; dieses wird als Ladung in einem Kondensator gespeichert. Wenn dann nach einer gewissen Zeitspanne der Prüfgasdruck in der Testkammer angestiegen ist, wird eine zweite Druckmessung durchgeführt und das Ergebnis mit dem gespeicherten Signal verglichen und festgestellt, ob die Differenz einen gerade noch zulässigen Grenzwert überschreitet. Auf diese Weise können undichte von genügend dichten Behältern unterschieden werden. Die Anwendung dieses Verfahrens ist natürlich auf Fälle beschränkt, in denen das zu prüfende Objekt in einer Testkammer untergebracht werden kann, was für die Lecksuche an Hochvakuumanlagen regelmässig nicht zutrifft.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu finden, die schneller und einfacher zu bedienen ist und eine grössere Genauigkeit in derPeststellung eines Lecks

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zulässt. Diese erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass

a) eine (ansich bekannte) Regelschaltung zur Erzeugung einer Gegenspannung zur mindestens teilweisen Kompensation des Messsignals am Messverstärkereingang vorgesehen ist;

b) dass ein Tastenschalter zwischen dem Ausgang des Messverstärkers und dem Eingang des Regelverstärkers angeordnet ist und

c) dass eine Speichereinrichtung zur Speicherung der durch den Regelkreis erzeugten Kompensationsspannung vorhanden ist, welche mit dem Messverstärkereingang verbunden ist.

Durch die Verwendung einer derartigen Regelschaltung in Verbindung mit einem Tastenschalter als Bedienungselement und einer Speichereinrichtung wird erreicht, dass beim Abtasten einer leckverdäehtigen Stelle mit der Sonde in jedem Augenblick eine sofortige Kompensation des jeweils an einem Messort erzeugten Signals möglieh ist. Es kann daher eine etwaige geringe Aenderung des Signals bei weiterer Annäherung an den genauen Ort des Lecks unter Ausnutzung der vollen Verstärkerempfindlichkeit mit grosser Genauigkeit festgestellt werden. Nach dem bisherigen Stand der Technik war dagegen mit dem Nullabgleich stets der Nachteil verbunden, dass sich während der hiefür erforderlichen Zeit das Grundsignal ändern konnte und die damit verbundene Aenderung der Anzeige konnte

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deshalb nicht eindeutig als echte Messignaländerung interpretiert werden, weshalb auch die genaue Peststellung des Leckortes praktisch unmöglich oder dann nur durch mehrmalige Wiederholung des Abtastvorganges zu bewerkstelligen war. Insbesondere aber bietet das erfindungsgemässe Vorsehen einer Speichereinrichtung den Vorteil, dass es nicht mehr notwendig ist, zwecks der Feststellung der Grosse des Lecks mit der Sonde am Ort desselben zu verweilen, was die Bedienung wesentlich erleichtert. Vielmehr kann die Leckgrösse jetzt aus der Grosse der zuletzt gespeicherten Kompensationsspannung ermittelt werden, auch dann, wenn die Sonde inzwischen aus der Nähe des Lecks weggebracht wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Speichereinrichtung mit einem Anzeigegerät zur Anzeige der Leckgrösse verbunden ist und ferner bei der üblichen Verwendung einer Lecksuchpistole den Tastenschalter an dieser anzuordnen.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von AusfUhrungsbeispielen näher beschrieben.

Die Schaltungsanordnung gemäss Pig. I enthält zwei Stufen. Eine Messonde 1 der eingangs beschriebenen Art liefert ein leck-

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abhängiges elektrisches Signal an den Eingang der Messverstärkerstufe 2. Das verstärkte Signal steht am niederohmigen Ausgang der Stufe 2 zur Verfügung und wird durch das Instrument 3 angezeigt. Der Ausgang des Messverstärkers ist ferner über einen Tastenschalter 4 mit dem Eingang einer zweiten Stufe 5 verbunden. Diese enthält ein Regelglied, das so ausgebildet ist, dass bei gedrücktem Tastenschalter über die Rückführungsleitung β das Eingangssignal des Messverstärkers wenigstens teilweise kompensiert wird, und dass nach Oeffnen des Tastenschalters die Kompensationsspannung während einer beliebigen Zeitdauer erhalten bleibt. Diese kann am Ausgang der zweiten Stufe durch ein Instrument ¹J abgelesen werden.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele einer geeigneten Schaltungsanordnung. Für die Messverstärkerstufe können bekannte Operationsverstärker verwendet werden. Die Stufe 5 wird vorzugsweise mit Gliedern aufgebaut, die ein integrierendes Verhalten erzeugen (Millers Integrator, Bootstrap-Schaltung).

In Figur 4 ist eine Erweiterung der in Figur 1 beschriebenen Schaltungsanordnung dargestellt. Diese Anordnung wird vorzugsweise dann angewendet, wenn das Signal der Messonde über einen weiten Bereich einen linearen Zusammenhang mit der Leckgrösse zeigt. Das Ausgangssignal der Stufe 2 löst bei Vo11aussteuerung eine Schaltstufe 8 (Schmitt-Trigger) aus, die ihrerseits über ein

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Relais 10 kurzzeitig den Schalter 4 betätigt. Die Anzahl der Betätigungen des Schalters 4 wird in einer Zählstufe 9 registriert und ist ein Mass für die gesuchte Leckgrösse. (Die Anzeige durch das Instrument J5 hat nur die Bedeutung einer Tendenzanzeige) .

Die Figuren 5 bis 8 erläutern weiter die Benutzung einer erfindungsgemässen Einrichtung.

Figur 5 stellt ein leckbehaftetes Rohrstück 11 dar, welches beispielsweise unter Testgasüberdruck steht und mit einer Tastsonde (Schnüfflerpistole) bekannter Art auf Leckstellen 12 abgesucht wird. In Figur 6 ist der Signalverlauf S in Abhängigkeit vom Abtastweg χ dargestellt. Die Figur 7 zeigt den entsprechenden Signalverlauf am Ausgang der Messverstärkerstufe 2. An den Stellen x, bis χ erfolgte ein kurzzeitiges Drücken des Tastenschalters nach jeweiliger voller Aussteuerung des Messverstärkers. Nach dem Tastendruck χ wurde im Beispielsfalle keine Vollaussteuerung mehr erreicht, sondern ergab sich ein Maximum M an der Stelle x^, was bedeutet, dass χ dem Leckort am nächsten liegt. Die Leckstelle kann somit genau eingegrenzt werden und die jeweilige Kompensationsspannung am Instrument 7 abgelesen werden. Diese steigt von χ bis X^ stufenweise an, wie in Figur 8 dargestellt ist.

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Ein wesentliches Merkmal der Schaltung besteht darin, dass die Anzeigeempfindlichkeit über einen weiten dynamischen Bereich konstant gehalten werden kann. So ist beispielsweise mit der in Figur 2 angegebenen Schaltung ein dynamischer Bereich von 3 Zehnerpotenzen mit konstanter Anzeigeempfindlichkeit zu realisieren; während bei bekannten Schaltungen nur eine Zehnerpotenz erreicht wird. Der Tastenschalter wird vorzugsweise am Abtastorgan angebracht (Schnüffler- oder Sprühpistole), so dass sich die prüfende Person voll auf die Lokalisierung des Lecks konzentrieren kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Leckgrösse nach dem letzten Tastendruck angezeigt bleibt. Ferner erlaubt die Schaltungsanordnung in einfacher Weise den Vergleich zweier Leckgrössen, wobei das eine eine bekannte Leckgrösse (Testleck) sein kann.

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Literaturstellen

1) USP 2 770 772

2) franz. Patent 1 428

3) dp 907 223

4) DP 815 705

5) DP 1 254 882

6) USP 2 784 373

7) USP 3 438 259

8) USP 2 947 166

9) brit. Patent 1 054

10) Schweizer Patent 492 97I

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Claims

PATENTANSPRUECHE

Schaltungsanordnung für ein Lecksuchgerät mit einer Sonde zur Erzeugung eines elektrischen Messignals, einem damit verbundenen Messverstärker und mit einem Anzeigegerät zur Anzeige der Grosse des Lecks, dadurch gekennzeichnet, dass

a) eine fansich bekannte) Regelschaltung zur Erzeugung einer Gegenspannung zur mindestens teilweisen Kompensation des Messignals am Messverstärker vorgesehen ist;

b) dass ein Tastenschalter zwischen dem Ausgang des Messverstärkers und dem Eingang des RegelVerstärkers angeordnet ist und

c) dass eine Speichereinrichtung zur Speicherung der durch den Regelkreis erzeugten Kompensationsspannung vorhanden ist, welche mit dem Messverstärkereingang verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung mit einem Anzeigegerät zur Anzeige der Grosse des Lecks verbunden ist.

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3. Anordnung nach Anspruch 1, mit Abtastorgan, dadurch gekennzeichne t, dass der Tastenschalter am Abtastorgan abgebracht ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist zum selbsttätigen Schliessen des Tastenschalters bei Erreichen einer vorwählbaren Grosse des Signals am Messverstärkeraus gang.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zähleinrichtung für die Anzahl der Schliessungen des Tastenschalters vorgesehen ist.

PR 75^8 d

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