JP4801081B2 - 漏洩検知の方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを排気し、排気ガス中の試験ガスの存在を調べるようにした漏洩検知の方法に関する。

タンクの最低漏洩速度は真空法により確実に検出することができる。漏洩速度が低ければ低いほど、清潔さと到達真空度とに対する要求は高くなる。局所的な漏洩検知では、漏洩検出器で必要とされる検出圧力に達するまでタンクは真空ポンプで排気される。タンクの漏洩の疑いのある箇所には外から細い試験ガスビームが吹きつけられる。タンク内に入り込んだ試験ガスは真空法装置により排気され、質量分析計により識別される。

漏洩検知器の試験ガスとしては、ヘリウムがよく使用される。問題は質量分析計の選択性が限られていることにある。漏洩測定のためのタンクには外側にも内側にも水分が結露する。水のＨ₂成分のうちには、感知できる程度にヘリウムの測定を妨害してしまうものも何割かある。排気の当初は、本来は試験ガスの量のみを表すべきである量信号に水又は他の不純物の存在によって発生する妨害量が重畳する。妨害量はポンピング時間が増すにつれて漸近的に水平線に近づくように低減する。しかし、完全に漏洩のない状態が達成できないように、完全な真空も達成することができないので、この線が値ゼロに達することは決してない。したがって、個々の適用場面における問題は、低下する質量流量曲線のどの領域を漏洩測定のために選ぶかである。

量信号の曲線はポンピング時間の増大とともに低下するので、量信号曲線の上昇を引き起こす試験ガスの突然の出現に、低下するバックグラウンド信号が重畳する。バックグラウンド信号が検出信号の増大の程度よりも大きく低下すれば、検出信号はそもそも検出されない。相応する漏洩は漏洩検知器により識別されず、見えないままである。

漏洩検知器にゼロ機能を設けることは既に提案されている。この場合、検知器にはゼロキーが設けられており、ユーザはゼロキーを押すことにより、以前に出現した信号を現在の信号から引くことができる。このようにして、信号振幅がゼロにセットされる。その後、さらに低下するバックグラウンド信号が漏洩に起因する量信号の増大の程度よりも強く低下すれば、負の信号が生じるが、その場合、漏洩に起因する信号の上昇は識別も測定もできない。

従来から一般的な方法では、ユーザはいつでもゼロキーを押すことができ、バックグラウンド信号はゼロにセットされる。その結果、実際の漏洩速度はもっと高いにもかかわらず、見掛けには低い漏洩速度が示されてしまう。このような動作は致命的な結果を生じかねない。重要なことは、漏洩速度が未知のままにならないようにすることである。それに比べれば、あまりに高い値を示す漏洩速度はそれほど問題ではない。

本発明の課題は、高い信頼性をもった漏洩検出を可能にする漏洩検知方法を提供することである。

本発明による方法の第１の実施形態は請求項１に示されており、第２の実施形態は請求項６に示されている。両方の実施形態に共通しているのは、測定信号の変動を求め、評価することである。この信号変動はバックグラウンド信号の単位時間当たりの変動である。この方法の第１の実施形態では、量信号はふつうゼロ信号と呼ばれている命令信号の発生によりゼロにセットされるのではなく、単に通知下限まで低下させられるだけなので、得られる信号値は依然として正である。上記の通知下限は、どの程度まで漏洩を捕捉することができるかを示すものである。ゼロ信号の機能は遮断されない。求められた漏洩速度は通知下限を上回っていれば通知され、そうでなければ通知されない。本方法はゼロレベルでは動作しない。信号変動がどの程度までで、漏洩速度がどの程度であれば、漏洩速度がなお十分良好に測定可能であるのかが求められる。つまり、ゼロキーの打鍵によりゼロ信号が発生した時点において検知器がどの程度の感度を有しているかが自動的に示される。

本発明による方法の第２の実施形態でも同様に、量信号の信号変動が求められる。ユーザは漏洩検出の所望感度を指定するいわゆる「トリガー値」を予め設定する、つまり、例えば１０^-10ｍｂａｒ*ｌ／ｓの漏洩速度値を予め設定する。ゼロ機能のトリガーは、量信号の信号変動がトリガー値よりも小さい場合にのみ行われる。量信号の不安定性がトリガー値よりも大きい間は、ゼロ機能は遮断され、漏洩通知は行われない。つまり、ユーザは、トリガー値に基づいて設定された所望感度が達成される程に量信号が安定するまで待たなければならない。

本発明によれば、検知器のユーザにはゼロ機能が禁止される。ゼロ機能のトリガーは、量信号の信号変動の結果として検知器が入力されたトリガー値に相当する漏洩速度を確実に測定できるようになってはじめて行われる。

本発明はさらに上記方法の第１及び第２実施形態向けの相応する漏洩検知器に関する。

以下、図面を参照して本発明の2つの実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明による方法に従って動作する漏洩検知器の基本図を示しており、
図２は、方法の第１の実施形態のブロックダイアグラムを示しており、
図３は、第１の実施形態における量信号の時間ダイアグラムを示しており、
図４は、第２の実施形態のブロックダイアグラムを示しており、
図5は、第２の実施形態における量信号の時間ダイアグラムを示している。

図１による漏洩検知器１０は吸気フランジ１１を有しており、この吸気フランジ１１に検査すべきタンクが連結されている。吸気フランジ１１から真空ポンプ装置１３へは導管１２が通じている。真空ポンプ装置１３はターボ分子ポンプ１４とこれに後置接続された補助真空ポンプ１５とから成っている。導管１２はターボ分子ポンプ１４の側面吸入口に連結されており、ターボ分子ポンプ１４の入口側は質量分析計１６と接続されている。ターボ分子ポンプ１４内では、吸気ガス中に含まれている例えばヘリウムなどの試験ガスが、識別のために、供給方向とは逆の向きの流れで質量分析計１６に達する。質量分析計１６は、検出された試験ガス量を表す量信号を、後で説明される処理を実行するマイクロコンピュータ１７に供給する。このマイクロコンピュータは、例えばスクリーンなどの表示装置１９と、様々なキーやゼロキー２１を備えた入力装置２０とを有する操作ユニット１８に接続されている。

吸気フランジ１１には、（意図しない）漏洩２６のある検査すべきタンク２５が連結される。漏洩には、スプレーピストル２７から、例えばヘリウムなどの試験ガスが吹き付けられる。タンク２５内に入り込んだ試験ガスはターボ分子ポンプ１４を介して質量分析計１６に達する。試験ガスの量は量信号ＭＳとして表示装置１９に曲線及び／又は数値の形で表示される。

図３によれば、排気の当初、量信号ＭＳは比較的高い値を有する。排気の間、量信号ＭＳは漸進的に低下する。量信号の高い値は、水や他の不純物や、排気ガス中に含まれているヘリウム残量にも起因することもある。それゆえ、量信号ＭＳは外因性のドリフトを有しており、この外部からの影響は測定信号をはるかに上回ることがありうる。図３の座標に沿った量信号ＭＳの表示は１０を底とする対数で為されている。曲線の初期領域に示されている量信号ＭＳは漏洩が存在していないときのものである。それがバックグラウンド信号を形成しており、漏洩はさらにこのバックグラウンド信号の上で検出されなければならない。

図２には、評価回路の又はマイクロコンピュータ１７内での処理の実施例の構造が示されている。この実施例では、漏洩速度Ｑを表すべき量信号ＭＳは減算器を介して最大値選択器３０の入力側に供給される。減算器３１は減算器３１の出力側に接続されたメモリ３２の信号を減算入力側で受け取る。このメモリは線路３３上の「ゼロ」信号により活動化され、減算器３１の出力信号を量信号ＭＳから減算する減算プロセスを開始する。これにより、低下した量信号ＭＳ_zが生じ、この低下した量信号ＭＳ_zが最大値選択器３０に供給される。減算器３１では、量信号の大きさそのものが引かれ、ＭＳ_zの値はゼロになる。

量信号ＭＳはさらに微分回路３４に供給され、微分回路３４において、漏洩速度Ｑから信号変動の信号ｄＱ／ｄｔが形成される。この信号は漏洩速度の時間微分である。この信号は量信号ＭＳの低下が急であれば急であるほど大きくなる（図３）。微分回路３４の信号には定数１／ｋが乗じられる。これから通知下限ＡＧが求められる。ＡＧの値は最大値選択器３０の第２の入力側に供給される。最大値選択器は２つの入力量ＭＳ_zとＡＧから大きい方を選ぶ。この大きい方が通知信号ＡＳとして表示装置に表示される。

図３には、通知信号ＡＳの推移、つまり、ゼロキーの打鍵による推移が示されている。図３では、漏洩検出の準備のために、時点ｔ₁においてゼロキー２１が打鍵されるものと仮定する。その後すぐに、試験ガスがスプレーピストル２７によってタンク２５に向かって吹き付けられる。この吹きつけは時点ｔ₂に発生し、時点ｔ₃に終了する。

時点ｔ₁以降は通知限界ＡＧの方がそのとき減算器３１によって形成される量信号ＭＳ_zよりも大きくなるので、最大値選択器３０により形成される通知信号ＡＳは時点ｔ₁において通知限界ＡＧの値まで低下することが分かる。時点ｔ₂に漏洩の吹きつけが行われれば、吹きつけによって測定信号は通知限界ＡＧを超えて上昇するため、インパルス３７が発生する。ただし、このインパルスはすでに吹きつけの間に一般的なドリフトにしたがって低下し始め、最終的に再び通知限界ＡＧの曲線上で終了する。インパルス３７は通知信号ＡＳの曲線内では明らかに識別可能であり、したがって漏洩として検出可能である。

ある程度の時間が経過すれば、ゼロキーの活動化のプロセスを再度行い、それに続いてタンクに再び吹きつけを行うことができる。表示装置に表示される通知下限ＡＧの決定と表示が行われる。漏洩はＡＧの表示された値がインパルス３７にしたがって比較的高い値に変化することにより識別可能である。それゆえ、表示装置には、漏洩をなお十分良好に表示することのできる通知下限ＡＧが恒常的に表示される。したがって、所望の通知限界ＡＧが表示されていれば、ユーザは前もって指示した感度で漏洩検出を実行することができる。

図４には、本発明の第２の実施形態の実施例が示されている。測定された漏洩速度Ｑはここでも量信号ＭＳとして減算器３１に供給される。減算器の出力側はメモリ３２を介して減算器の減算入力側に接続されている。メモリ３２からの信号の出力は線路３３の信号によって起こる。ゼロキーによって入力されたゼロ信号は遮断器４０に供給され、この遮断器４０が線路３３に対する信号を生成する。遮断器４０は線路４１の信号により活動化される。

トリガー入力部４２には、ユーザによってｍｂａｒ*ｌ／ｓ単位のトリガー値Ｔが入力される。なお、トリガー入力部４２は図１の入力装置２０であってよい。トリガー値は何よりも限界値であり、この限界値を超えるということは漏洩が「過度に大きい」ことを示している。

測定された漏洩速度がゼロ機能の活動化後にとった値Ｑ_zはコンパレータ４３の一方の入力側に供給される。コンパレータの他方の入力側はトリガー値Ｔを受け取る。コンパレータ４３はＱ_z＞Ｔならば出力信号を生成する。この出力信号がトリガーアラーム４４を活動化させ、トリガーアラーム４４は、量信号が入力されたトリガー値よりも大きく、それゆえ限界値を超えていることを知らせる。これは漏洩が検出されたことを意味する。漏洩の規模は信号Ｑ_zを受信する漏洩速度表示器４５に表示される。

漏洩速度Ｑを表す量信号ＭＳは微分回路５０に供給され、微分回路５０が微分商ｄＱ／ｄｔを求める。微分回路５０の出力信号Ｄは漏洩速度Ｑの信号変動、つまり、量信号の時間的推移の（負の）勾配を示す。信号Ｄは２つの論理回路５１及び５２に供給される。第１の論理回路５１は次の条件が満たされたとき出力信号を供給する：
（Ｄ＜０）∧（|Ｄ|＞ｃ*Ｔ）
第２の論理回路52は次の条件が満たされたとき出力信号を供給する：
（Ｄ＞０）∨（|Ｄ|＜ｋ*Ｔ）
ここで、Ｄ：ｍｂａｒ*ｌ／ｓ単位での１分当たりの信号変動、Ｔ：ｍｂａｒ*ｌ／ｓ単位での設定されたトリガー値、ｃ，ｋ：ｃ＞ｋの定数。

定数ｃ及びｋの選択を介して、漏洩信号の負のドリフトによって量Ｔの漏洩が「不可視」になる前に、量Ｔの漏洩がユーザにとって可視である最小期間を予め設定することができる。その際、ゼロ機能の「遮断」と「トリガー」との間にヒステリシスが生じるように、ｃ＞ｋでなければならない。この機能はゼロ機能の誤動作を防ぎ、設定されたトリガー値の量で漏洩がユーザによって識別されることを保証する。

論理回路５１及び５２の出力信号はフリップフロップ５３を制御する。フリップフロップ５３の出力側には、遮断器４０を制御する線路４１が接続されている。論理回５１の信号はフリップフロップ５３のセット入力側Ｓを制御し、論理回路５２の信号はリセット入力側Ｒを制御する。フリップフロップの出力側は、異なる色の２つのランプ５５，５６を有する報知器５４に接続されている。ランプ５５はゼロ機能がトリガーされているときに点灯し、ランプ５６はゼロ機能が遮断されているときに点灯する。

図５には、量信号ＭＳにより形成される漏洩速度Ｑの時間的推移が示されている。図５においても、量信号ＭＳの表示は１０を底とする対数で為されている。漏洩速度Ｑからは信号変動Ｄが求められる。信号Ｄは曲線−Ｄ／ｋとしてスケーリングされて同様に図５に記入されている。点Ｐにおいて曲線−Ｄ／ｋはトリガー値Ｔと交差している。このことは、図４の遮断器４０によってゼロ機能がトリガーされることを意味する。報知ランプ５５は点灯する。ユーザはここでは手動でゼロ信号を発生させることができる。時点ｔ₁から時点ｔ₂までユーザはスプレーピストル２７によって漏洩に試験ガスを吹き付ける。これにより量信号の正の上昇６０が生じる。時点ｔ₂以降、ゼロ機能は遮断される。信号Ｄが設定されたトリガー値Ｔを再び上から下に通過するとすぐに、時点ｔ₃からゼロ機能が再びトリガーされる。図５では、見易さの理由から、定数ｃ及びｋにより生じるヒステリシスは図示されていない。

信号の上昇６０は漏洩の検出を示す。

図４及び５による実施形態は、所望のトリガー値Ｔのレベルにおいても漏洩速度がなお測定可能であるかどうかを判定することに基づいている。漏洩速度が測定可能であれば、ゼロ機能のトリガーが行われ、測定可能でなければ、ゼロ機能の遮断が行われる。

上に記載されているそれぞれの実施例では、ガスがタンクから排気され、このガス中の試験ガスが検査される。これとは違って、検査すべき箇所で吸い込みプローブを用いて周囲空気を吸い取ることにより漏洩を発見する吸い込み漏洩検知においても、本発明は使用可能である。

本発明による方法に従って動作する漏洩検知器の基本図を示す。 方法の第１の実施形態のブロックダイアグラムを示す。 第１の実施形態における量信号の時間ダイアグラムを示す。 第２の実施形態のブロックダイアグラムを示す。 第２の実施形態における量信号の時間ダイアグラムを示す。

Claims (10)

1. 漏洩検知の方法であって、
   ガスを排気するステップと、
   測定された漏洩速度（Ｑ）に相応する試験ガス量を表す量信号（ＭＳ）を生成するステップと、
   ゼロ信号の発生時に量信号の低減が行われるように量信号（ＭＳ）を処理するステップを有する様式の方法において、
   量信号の信号変動（ｄＱ／ｄｔ）を求めるステップと、
   求めた信号変動に基づいて通知下限（ＡＧ）を求めるステップと、
   量信号（ＭＳ）が通知下限（ＡＧ）を上回っている場合にのみ漏洩を通知するステップをさらに有することを特徴とする、漏洩検知の方法。
2. 信号変動（ｄＱ／ｄｔ）を量信号（ＭＳ）の微分により求める、請求項１記載の漏洩検知方法。
3. 通知限界（ＡＧ）を得るために、信号変動を係数（ｋ）で割る、請求項１又は２記載の漏洩検知方法。
4. 漏洩速度（Ｑ）と通知限界（ＡＧ）とのうちで大きい方を漏洩速度表示器に供給する、請求項１から３のいずれか１項記載の漏洩検知方法。
5. 真空連通部（１１）と、真空連通部に連結された高真空ポンプ装置（１３）と、試験ガスセンサ（１６）と、マイクロコンピュータ（１７）と、表示装置（１９）と試験ガスセンサにより供給された量信号ＭＳを低下させるためのゼロ信号の入力装置（２１）と入力装置（２１）とを有する操作装置（１８）とを備えた漏洩検知器において、
   量信号から信号変動値を求める微分回路（３４）が設けられており、信号変動値から通知下限（ＡＧ）が求められ、表示装置（１９）は、低減された量信号（ＭＳ）が前記通知限界（ＡＧ）を超えている場合にのみ、前記通知限界から偏差した漏洩速度を表示する、ことを特徴とする漏洩検知器。
6. 漏洩検知の方法であって、
   ガスを排気するステップと、
   測定された漏洩速度（Ｑ）に相応する試験ガス量を表す量信号（ＭＳ）を生成するステップと、
   ゼロ信号の発生時に量信号の低減が行われるように量信号（ＭＳ）を処理するステップを有する様式の方法において、
   量信号（ＭＳ）の信号変動（Ｄ）を求めるステップと、
   トリガー値（Ｔ）を事前設定するステップと、
   量信号（ＭＳ）の信号変動（Ｄ）がトリガー値（Ｔ）よりも小さい場合にのみ、ゼロキーの打鍵によって漏洩検知の準備をするゼロ機能をトリガーするステップ
   をさらに有することを特徴する、漏洩検知の方法。
7. 条件|Ｄ|＞ｃ*Ｔ及び|Ｄ|＜０が満たされている場合には、ゼロ機能を遮断する、ただし、ここで、Ｄは量信号（ＭＳ）の信号変動であり、Ｔはユーザ側で入力したトリガー値であり、ｃは定数である、請求項６記載の漏洩検知方法。
8. 条件Ｄ|＜ｋ*Ｔ又は|Ｄ|＞０が満たされている場合には、ゼロ機能をトリガーする、ただし、ここで、Ｔはユーザ側で入力したトリガー値であり、ｋは定数である、請求項６又は７記載の漏洩検知方法。
9. ゼロ機能がトリガーされているか否かを表示装置（５４）により表示する、請求項６から８のいずれか１項記載の漏洩検知方法。
10. 真空連通部（１１）と、真空連通部に連結された高真空ポンプ装置（１３）と、試験ガスセンサ（１６）と、マイクロコンピュータ（１７）と、表示装置（１９）と試験ガスセンサにより供給された量信号ＭＳを低下させるためのゼロ信号の入力装置（２１）とを有する操作装置（１８）とを備えた漏洩検知器において、
    量信号（ＭＳ）から信号変動値（Ｄ）を求める微分回路（５０）が設けられており、信号変動（Ｄ）を評価し、ゼロ信号の遮断装置（４０）をトリガー又は遮断する論理装置（５１，５２，５３）が設けられており、トリガー入力部（４２）により、漏洩速度が測定可能となるレベルを指定するトリガー値（Ｔ）が供給され、遮断装置（４０）は前記信号変動値（Ｄ）がこのレベルより低い場合にはゼロ信号を遮断する、ことを特徴とする漏洩検知器。

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