FR2518279A1 - Controlled leakage device for chamber contg. pressurised gas - using cracked glass disk, or tube contg. cracked glass bead, esp. to obtain gas stream for calibrating leakage detectors - Google Patents

Controlled leakage device for chamber contg. pressurised gas - using cracked glass disk, or tube contg. cracked glass bead, esp. to obtain gas stream for calibrating leakage detectors Download PDF

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Abstract

The device consists of a flat piece of glass contg. several cracks; and at least some of the cracks extend through the entire thickness of the piece so they form a leakage path for a gas. The cracks are pref. located in the central zone of a flat glass disk; and can be made by local heating of the central zone of the disk and then quenching. An alternative pref. device consists of a tube made of glass or vitreous silica. A glass bead is welded in the bore of the tube; and the bead contains through cracks forming a leakage path for the gas. The cracked bead can be made by melting the end of a glass rod in the bore of a tube. The rod has a higher coefft. of thermal expansion than the tube, so the bead cracks on cooling. Used for example, to obtain a slight leakage of helium employed to calibrate He leak detectors.

Description

L'invention a pour objet un dispositif qui sert à freiner considérablement le passage d'un gaz entre une première enceinte et une seconde enceinte, en restreignant ce passage à un débit faible assimilable à une fuite. Un tel débit de fuite de faible valeur est nécessaire dans de nombreux cas, par exemple pour l'étalonnage des détecteurs de fuite à l'hélium. The subject of the invention is a device which is used to considerably slow down the passage of a gas between a first enclosure and a second enclosure, by restricting this passage to a low flow rate comparable to a leak. Such a low value leak rate is necessary in many cases, for example for the calibration of helium leak detectors.

Jusqu'à présent, pour réaliser une fuite de ce genre à un débit extrêmement faible, on fait appel à l'une des deux techniques classiques suivantes. Up to now, to carry out such a leak at an extremely low flow rate, one has used one of the following two conventional techniques.

La première consiste à obliger le gaz à emprunter un tube de très faible section et suffisaaent long. Un tel tube est de réalisation délicate; il est fragile et encombrant. Son débit de fuite varie avec la température. En outre il risque d'être obturé partiellement ou totalement par toute poussière vehiculée par le gaz. The first consists in forcing the gas to borrow a tube of very small section and sufficiently long. Such a tube is of delicate construction; it is fragile and bulky. Its leak rate varies with temperature. In addition, it risks being partially or totally blocked by any dust transported by the gas.

la seconde consiste à obliger le gaz à traverser une paroi poreuse à pores de faibles dimensions comme ceux d'un métal fritté. Une telle paroi est encombrante et son débit de fuite varie fortement avec la temperature.  the second consists in forcing the gas to pass through a porous wall with small pores like those of a sintered metal. Such a wall is bulky and its leakage rate varies greatly with temperature.

L'invention a pour but principal d'apporter un dispositif de fuite controlee qui possède simultanément les qualités suivantes : une grande insensibilité aux variations de la température, une bonne résistance mécanique, une gamme des valeurs des débits extrêmement etendue, avec un très faible encombrement et un prix de revient très bas. The main purpose of the invention is to provide a controlled leakage device which simultaneously has the following qualities: great insensitivity to variations in temperature, good mechanical resistance, an extremely wide range of flow values, with a very small footprint. and a very low cost price.

On atteint ce but, selon l'invention, au moyen d'un dispositif qui est remarquable en ce qu'il est constitué par une pièce en verre ayant deux faces opposées et présentant de nombreuses fêlures qui la traversent et dont la plupart d'entre elles s'étendent entre les deux faces opposées. Les fêlures composent une pluralité de canaux aplatis dont l'épaisseur individuelle est de l'ordre d'une fraction de micron et qui permettent le passage d'un gaz à un débit minime entre deux enceintes séparées par cette pièce en verre.  This object is achieved, according to the invention, by means of a device which is remarkable in that it consists of a piece of glass having two opposite faces and having numerous cracks which pass through it and most of which they extend between the two opposite faces. The cracks make up a plurality of flattened channels whose individual thickness is of the order of a fraction of a micron and which allow the passage of a gas at a minimal flow rate between two chambers separated by this piece of glass.

Selon un premier mode particulier de réalisation de l'invention, pour les débits de fuite de valeur relativement élevée le dispositif de l'invention est constitué par une plaque ou par un disque en verre ayant une zone au moins présentant de nombreuses fêlures. According to a first particular embodiment of the invention, for leakage rates of relatively high value, the device of the invention consists of a plate or a glass disc having at least one zone having numerous cracks.

Selon un autre aspect de l'invention, pour des débits de fuite de valeur faible et très faible le dispositif comprend un tube en verre ou en quartz ayant un canal intérieur longitudinal et ce canal est obturé par une perle en verre intérieure soudée au tube et présentant de nombreuses fêlures qui la traversent et qui autorisent ainsi une fuite à faible débit à travers le tube. According to another aspect of the invention, for leakage rates of low and very low value, the device comprises a glass or quartz tube having a longitudinal inner channel and this channel is closed by an inner glass bead welded to the tube and presenting numerous cracks which cross it and which thus authorize a leak at low flow rate through the tube.

Selon cet autre aspect de l'invention, le verre qui constitue le tube a un coefficient de dilatation sensiblement plus faible que celui du verre qui constitue la perle. According to this other aspect of the invention, the glass which constitutes the tube has a coefficient of expansion substantially lower than that of the glass which constitutes the pearl.

L'invention se rapporte aussi à un procédé permettant de fabriquer facilement un dispositif de fuite à verre fêlé. The invention also relates to a method for easily manufacturing a cracked glass leakage device.

Pour obtenir un dispositif de fuite selon le premier mode de réalisation de l'invention on part d'une plaque ou d'un disque en verre, on chauffe une zone centrale de cette plaque ou de ce disque jusqu'à l'amener à l'état pateux puis on lui impose un refroidissement rapide qui donne naissance à des fêlures dans cette zone. To obtain a leakage device according to the first embodiment of the invention, one starts from a plate or a glass disc, a central zone of this plate or disc is heated until it is brought to the 'pasty state then it is imposed a rapid cooling which gives rise to cracks in this area.

Pour obtenir un dispositif de fuite selon le second aspect de l'invention, on part d'un tube en verre ou en quartz à paroi épaisse dont le diamètre intérieur peut se situer dans une gamme de valeurs assez large, la paroi ayant une épaisseur de plusieurs fois ce diamètre intérieur. To obtain a leakage device according to the second aspect of the invention, one starts with a thick-walled glass or quartz tube whose internal diameter can be in a fairly wide range of values, the wall having a thickness of several times this inside diameter.

On découpe dans une tige en verre un tronçon ayant un diamètre extérieur permettant de l'introduire par glissement avec un faible jeu dans le tube en verre ou en quartz. Le verre de cette tige doit avoir un coefficient de dilatation plus élevé que celui du tube; il doit aussi, au moins légèrement, être plus facilement fusible que le tube. La longueur du tronçon découpé est par exemple sensiblement gale à son diamètre mais elle peut être plusieurs fois inférieure ou supérieure à ce diamètre. A section is cut from a glass rod having an outside diameter allowing it to be inserted by sliding with little play in the glass or quartz tube. The glass of this rod must have a higher coefficient of expansion than that of the tube; it must also, at least slightly, be more easily fusible than the tube. The length of the cut section is for example substantially equal to its diameter but it can be several times less than or greater than this diameter.

On dispose le tube horizontalement et on l'en- traîne en rotation autour de son propre axe pendant qu'on le chauffe, par l'extérieur, au droit du tronçon en verre qu2 y et contenu jusqu'à la fusion de ce tronçon. Cette sion provoque une fusion progressive localisée de la paroi infëriveUrc$ du tube et les deux verres en fusion se mélangent partiellement en formant un volume de verre en fusion à composition intermédiaire qui obstrue le tube. The tube is placed horizontally and it is rotated around its own axis while it is heated from the outside, in line with the glass section qu2 y and contained until the section is fused. This sion causes a localized progressive melting of the bottom wall of the tube and the two molten glasses partially mix, forming a volume of molten glass of intermediate composition which obstructs the tube.

On cesse de chauffer et on laisse refroidir. We stop heating and let cool.

De nombreuses fêlures ne tardent pas à apparaître, délimitant une sorte de perle dont la grosseur est supérieure au diamètre intérieur initial du tune. Ces fêlures établissent une communication gazeuse infime entre les deux parties du tube de part et d'autre de cette perle.Many cracks soon appear, delimiting a kind of pearl whose size is greater than the initial inner diameter of the tune. These cracks establish a tiny gas communication between the two parts of the tube on either side of this pearl.

Pour bien faire comprendre en quoi consiste le dispositif de l'invention on donnera maintenant une description de deux exemples de réalisation
- la figure 1 est une vue en perspective dsun disque à zone centrale fêlée conforme au premier aspect du dispositif de l'invention,
- la figure 2 est une vue agrandie en coupelongitudi- nale d'un dispositif réalisé selon le second aspect de l'invention.To make it clear what the device of the invention consists of, a description will now be given of two exemplary embodiments
FIG. 1 is a perspective view of a disk with a cracked central zone in accordance with the first aspect of the device of the invention,
FIG. 2 is an enlarged view in longitudinal section of a device produced according to the second aspect of the invention.

La figure 1 montre un disque 1 en verre ayant une composition approprié aux conditions d'emploi envisages et qui ne sont pas imposées par l'invention. Ce disque 1 présente une zone centrale 2 qui est appelee ainsi par commodité mais qui n'est pas nécessairement située exactement au centre. FIG. 1 shows a glass disc 1 having a composition suitable for the conditions of use envisaged and which are not imposed by the invention. This disc 1 has a central zone 2 which is so called for convenience but which is not necessarily located exactly in the center.

Cette zone 2 présente dans son épaisseur une pluralité de fêlures 3. Le disque 1 a deux faces opposées et la plupart de ces fêlures 3, orientées principalement suivant des cercles sensiblement concentriques, établissent une communi- cation entre ces deux faces. Quand le disque 1 est incorporé à une paroi d'une manière guelconque appropriée connue d'une enceinte contenant un gaz sous pression, les fêlures 3 autorisent le passage d'un gaz hors de cette enceinte à un débit extrêmement faible. This zone 2 has in its thickness a plurality of cracks 3. The disk 1 has two opposite faces and most of these cracks 3, oriented mainly in substantially concentric circles, establish a communication between these two faces. When the disc 1 is incorporated into a wall in a suitable guelconque manner known to an enclosure containing a gas under pressure, the cracks 3 allow the passage of a gas out of this enclosure at an extremely low flow rate.

Le dispositif illustré par la figure 2 est cons titué par un tube 4 épais en verre ou en quartz dont la longueur peut être de quelques centimètres, ou davantage selon les besoins. Ce tube est traversé longitudinalement par un canal 5. En général, pour les usages habituels le diamètre du canal 5 se situe entre une fraction de millimètre et plusieurs millimètres. The device illustrated in FIG. 2 is constituted by a thick tube 4 made of glass or quartz, the length of which can be a few centimeters, or more as required. This tube is traversed longitudinally by a channel 5. In general, for usual uses, the diameter of channel 5 is between a fraction of a millimeter and several millimeters.

Le canal 5 est obturé par une sorte de perle 6 qui est soudée au tube 4 et qui est plus grosse que le diamètre de ce canal 5, là ou ce dernier est intact. La perle 6 est traversée de nombreuses fêlures 3 extrêmement fines, irrégulières, s'étendant principalement en sens longitudinal de sorte qu'elles constituent une pluralité de canaux aplatis dont l'épaisseur individuelle est de l'ordre d'une fraction de micron et qui permettent le passage d'un gaz entre les deux parties 5A, 5B du canal 5 séparées par la perle 6. Celle-ci a un coefficient de dilatation qui est supérieur à celui du tube 4. Ce coefficient est intermédiaire entre celui du tube 4 et celuidu tronçon de tige qui a servi à former la perle 6. Ce tronçon est toujours plus dilatable que le tube .La section totale de passage créée par les fêlures est d'autant plus grande que les coefficients de dilatation diffèrent davantage. Elle varie aussi fortement suivant la longueur du tronçon dont la fusion donne la perle 6, suivant le diamètre initial du canal 5, et suivant la durée pendant laquelle on maintient à l'état pâteux le volume en fusion qui devient la perle 6 en se solidifiant. En jouant sur ces différents facteurs, on peut obtenir des fuites de valeurs extrêmement différentes. The channel 5 is closed by a kind of pearl 6 which is welded to the tube 4 and which is larger than the diameter of this channel 5, where the latter is intact. The pearl 6 is crossed by numerous extremely fine, irregular cracks 3 extending mainly in the longitudinal direction so that they constitute a plurality of flattened channels whose individual thickness is of the order of a fraction of a micron and which allow the passage of a gas between the two parts 5A, 5B of the channel 5 separated by the bead 6. The latter has a coefficient of expansion which is greater than that of the tube 4. This coefficient is intermediate between that of the tube 4 and celuidu section of rod which was used to form the pearl 6. This section is always more expandable than the tube. The total section of passage created by the cracks is all the greater as the coefficients of expansion differ more. It also varies greatly according to the length of the section whose fusion gives the pearl 6, according to the initial diameter of the channel 5, and according to the duration for which the molten volume which becomes pearl 6 becomes solid when it is kept . By playing on these different factors, one can obtain leaks of extremely different values.

Un dispositif conforme à l'invention n'est pas parfaitement reproductible à lui-même. On observe des écarts pouvant dépasser 10% entre la valeur des fuites permises par des dispositifs fabriqués identiquement. A device according to the invention is not perfectly reproducible to itself. There are discrepancies of up to 10% between the value of leaks allowed by identically manufactured devices.

Mais comme le prix de revient unitaire est faible, on peut fabriquer plusieurs dispositifs et les trier pour choisir celui qui a le débit de fuite souhaité. But since the unit cost price is low, several devices can be manufactured and sorted to choose the one which has the desired leakage rate.

Il est possible aussi d'assembler plusieurs dispositifs en parallèle e-t/ou en série pour obtenir un débit de fuite précis recherché.It is also possible to assemble several devices in parallel e-t / or in series to obtain a precise leakage rate sought.

Un dispositif réalisé selon l'exemple illustré par la figure 2 comprenait un tube 4 en verre appelé Pyrex (coefficient de dilatation 32 xlO 7) ayant un diamètre rieur de 6 mm avec un canal intérieur 5 de 1,5 mm de diamètre; la perle 6 avait été réalisée à partir dsun tronçon en verre ordinaire (coefficient de dilatation 90x10 7) d'une longueur de 1,5 mm. Le débit de fuite à travers le tube 4 était, avec de l'azote à la pression atmosphérique par rapport à une enceinte vide d'air, de 3 cm3/mn.  A device produced according to the example illustrated in FIG. 2 included a glass tube 4 called Pyrex (coefficient of expansion 32 x 10 7) having a laughing diameter of 6 mm with an internal channel 5 of 1.5 mm in diameter; the pearl 6 had been produced from an ordinary glass section (expansion coefficient 90 × 10 7) with a length of 1.5 mm. The leakage rate through the tube 4 was, with nitrogen at atmospheric pressure with respect to an empty air enclosure, of 3 cm3 / min.

Claims (5)

REVENDICATIONS l. Dispositif de fuite contrôlée d'un gaz hors d'une enceinte caractérisé en ce qu'il comprend une pièce en verre ayant deux faces opposées et présentant de nombreuses fêlures qui la traversent dont certaines au moins s'étendent entre les deux faces opposées. l. Device for controlled gas leakage from an enclosure, characterized in that it comprises a glass piece having two opposite faces and having numerous cracks which pass through it, at least some of which extend between the two opposite faces. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par un disque ou une plaque (1) en verre ayant une zone centrale (2) présentant de nombreuses fêlures (3). 2. Device according to claim 1 characterized in that it is constituted by a disc or a plate (1) made of glass having a central zone (2) having numerous cracks (3). 3. Procédé pour la fabrication d'un dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on part d'une plaque ou d'un disque en verre que l'on chauffe localement dans une zone centrale jusqu'au voisinage de la fusion puis on crée un refroidissement assez rapide pour créer de nombreuses fêlures dans cette zone centrale. 3. Method for the manufacture of a device according to claim 2 characterized in that one starts from a plate or a glass disc which is heated locally in a central zone up to the vicinity of the fusion then it creates a cooling fast enough to create many cracks in this central area. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par un tube (4) en verre ou en quartz traversé par un canal intérieur (5) ayant un diamètre initial, ce canal 5) étant obturé par une perle intérieure (6) en verre de grosseur supérieure audit diamètre initial, soudée au tube (4) et présentant de nombreuses fêlures (3) qui constituent un passage de gaz à travers la perle (6). 4. Device according to claim 1 characterized in that it is constituted by a tube (4) made of glass or quartz crossed by an inner channel (5) having an initial diameter, this channel 5) being closed by an inner bead ( 6) in glass of a size greater than said initial diameter, welded to the tube (4) and having numerous cracks (3) which constitute a gas passage through the pearl (6). 5. Procédé de fabrication d'un dispositif de fuite contrôlée d'un gaz à travers ce dispositif conforme à la revendication 4, caractérise en ce qu'on part d'un tube à paroi épaisse en verre ou en quartz traversé par un canal intérieur ayant un diamètre initial, dans une tige en verre ayant un coefficient de dilatation plus élevé que celui du tube et plus facilement fusible, de diamètre extérieur légèrement plus faible que ledit diamètre initial on découpe un tronçon, on introduit ce tronçon dans le canal intérieur, on dispose le tube horizontalement et on l'entraine en rotation autour de son propre axe, on le chauffe de l'extE- rieur au droit du tronçon en verre jusqu'à fusion de ce dernier et fusion localisée du tube provoquant la formation d'un volume intérieur en fusion, puis on laisse refroidir pour obtenir dans le tube une perle intérieure soudée à ce tllbe, plus grosse que le diamètre initial et traversée par de nombreuses fêlures qui etablissent un passage à travers le tube. 5. A method of manufacturing a device for controlled gas leakage through this device according to claim 4, characterized in that one starts from a thick-walled glass or quartz tube crossed by an internal channel having an initial diameter, in a glass rod having a coefficient of expansion higher than that of the tube and more easily fusible, with an outer diameter slightly smaller than said initial diameter, a section is cut, this section is introduced into the inner channel, the tube is placed horizontally and it is rotated around its own axis, it is heated from the outside to the right of the glass section until the latter melts and localized fusion of the tube causing the formation of an internal volume in fusion, then allowed to cool in order to obtain in the tube an internal pearl welded to this tube, larger than the initial diameter and crossed by numerous cracks which establish a passage through the tube. 5. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'on découpe dans la tige en verre un tronçon dont la longueur est choisie entre une valeur plusieurs fois 5. Method according to claim 5 characterized in that a section is cut from the glass rod, the length of which is chosen between a value several times Inférieure et une valeur plusieurs ois supérieure à son diamètre, de préférence sensiblement égale à ce diamètre. Lower and a value several times greater than its diameter, preferably substantially equal to this diameter.
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