BR112013005109B1

BR112013005109B1 - Detector de vazamento

Info

Publication number: BR112013005109B1
Application number: BR112013005109-4A
Authority: BR
Inventors: Daniel Wetzig; Scott Dalton; Walwyn Jackson; Walwyn Jackson Jr; Daniel Hoffmann
Original assignee: Inficon Gmbh
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2020-06-02
Also published as: EP2612126B2; US20150362467A1; US9360465B2; EP2612126A1; RU2013114729A; CN103154689B; WO2012028685A1; RU2573121C2; JP2013536937A; JP5990172B2; CN103154689A; EP2612126B1; US20130213114A1; DE102010048982A1; BR112013005109A2; US9632067B2; DE102010048982B4

Abstract

detector de vazamento. a presente invenção refere-se ao detector de vazamento que a presente um primeiro sensor (16) para a detecção de um componente de gás (hélio) em um gás aspirado. uma vez que o sensor é susceptível de saturação ou contaminação é previsto um segundo sensor (38). este é um sensor termicamente condutico. o sensor termicamente condutivo apresenta uma sensibilidade de detecção menor, porém, em caso de alta concentração do componente de gás não sucumbe ao risco de contaminação. através dos dois sensores (16; 38) juntos pode ser detectada uma faixa grande de sensibilidade de medição extremamente alta até altas concentrações dos componentes de gás, como podem ocorrer em vazamentos grandes.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DETECTOR DE VAZAMENTO.

A presente invenção refere-se a um detector de vazamento para detectar um componente de gás em um gás aspirado.

Para o teste de estanqueidade com o gás de teste hélio a comprovação de hélio em dispositivos comerciais, via de regra, é feita com um espectrômetro de massa para cuja operação é necessária a geração de um alto vácuo. Um outro método de detecção usa uma membrana que é seletivamente permeável para hélio, que compreende um espaço oco onde se encontra um sensor de pressão. No espaço oco é gerada uma pressão que corresponde à pressão parcial de hélio na atmosfera circundante. Via de regra, a membrana exige um aquecimento. Tal sensor é denominado de sensor de pressão parcial em Wise-Technology.. Ele é produzido pela firma INFICON GmbH. Detectores de vazamentos farejadores com wise technology são descritos nos documentos DE 10 2005 021 e DE 10 2006 047 856 A1. Tais sensores na forma de espectrômetros de massa ou sensores de pressão parcial apresentam uma alta sensibilidade, no entanto, são suscetíveis contra concentrações altas demais do gás de teste. A comprovação de hélio com wise technology é limitada para mais ou menos 0,5 mbar de pressão parcial. No caso de vazamentos grandes, o sensor precisa ser protegido contra concentrações altas. Depois de uma contaminação grossa o dispositivo se torna cego para muitos segundos, de moído que o usuário não pode continuar com o teste de estanqueidade. Em particular não é possível localizar um ponto de vazamento grande. Se uma sonda farejadora chegar à proximidade de um vazamento grande, o sistema torna o sensor cego para protegê-lo. De maneira semelhante, também outros tipos de sensores são suscetíveis à contaminação ou saturação. Também ao alcançar um limite de saturação, medições de concentrações não são mais possíveis.

Um outro sensor to tipo de um sensor seletivo de gás saturável é o espectrômetro de massa. O espectrômetro de massa apresenta uma sensibilidade e seletividade de gás muito altas, porém, necessita para seu funcionamento um alto vácuo, isto é, um valor muito baixo da pressão total na

2/9 sua entrada de medição. Se a pressão total subir acima do valor limite admissível, o espectrômetro de massa chega até a faixa de saturação.

A presente invenção tem a tarefa de aperfeiçoar de tal modo um detector de vazamento de alta sensibilidade que a faixa de medição é ampliada para concentrações maiores ou para pressões totais maiores.

Uma primeira variação do detector de vazamento de acordo com a presente invenção é definida na reivindicação 1.

De acordo com a presente invenção há um primeiro sensor do tipo de um sensor saturável, seletivo de gás. Adicionalmente é previsto um segundo sensor do tipo de sensor termicamente condutivo. O primeiro sensor serve para a medição de concentrações baixas e o segundo sensor assume a medição em concentrações maiores, onde o primeiro sensor não funciona mais.

Detectores de vazamento com sensor termicamente condutivo são conhecidos. Exemplos de tais sensores são descritos nos documentos US 3 020 746, US 3 786 675 e JP 0929 2302 A. Os sensores possuem uma resistência dependente da temperatura que é contido em uma ponte de medição e disposto em um gás ou fluxo de gás. O fluxo de gás ou o gás dissipa calor da resistência. Por maior que seja a densidade do gás, maior é a dissipação de calor da resistência. Em geral é medida a potência de aquecimento que é necessária para manter uma temperatura constante da resistência. Desse moído é indicado o valor da condutividade térmica do gás. Se o fluxo de gás é ar que contém hélio, a densidade da totalidade de gás diminui com a fração de hélio crescente. Em virtude disso diminui também da condutividade térmica. Sensores termicamente condutivos apresentam uma baixa seletividade de gás. Mas eles não dependem de saturação ou contaminação e funcionam até mesmo em altas concentrações de um componente de gás em um gás ambiente. Porém, a sensibilidade de massa é limitada.

A definição de que o primeiro sensor é do tipo de um sensor saturável seletivo para gás deve ser entendido no sentido de que o sensor já não fornece mais nenhum resultado de medição quantitativo adequado acima de uma determinada concentração ou de uma determinada pressão par3/9 ciai do componente do gás. Isto inclui o caso de contaminação. A contaminação ocorre em valores de concentração altos. Depois de uma contaminação grossa o sistema de detector se torna cego para muitos segundos, de modo que o usuário não pode continuar o teste de estanqueidade. Em particular não é possível localizar um ponto de vazamento grande. Quando a sonda farejadora alcança a proximidade do vazamento grande, o sistema torna o sensor cego para protegê-lo. Os sensores do tipo saturável seletivo para gás são os seguintes: espectrômetro de massa, wise sensor, sensores na base de hidreto de metal para a detecção de H2, sensores na base de óxido de metal para a detecção de H₂ (para a análise de agentes de refrigeração ou álcool), sensores com absorção infravermelha dispersivos ou não dispersivos.

Uma vez que o segundo sensor como sensor termicamente condutivo não é susceptível contra valores de concentração altos demais, ele pode estar permanentemente ligado. No caso de baixas concentrações, ambos os tipos de sensor são ativos, e no caso de concentrações maiores, o primeiro sensor é tornado cego. O controle do processo de tornar cego o sensor pode ser realizado tanto em dependência de valores de medição do primeiro sensor como também de valores de medição do segundo sensor.

A realização do estado cego do primeiro sensor pode ser feita de várias maneiras. Uma possibilidade é bloquear o fluxo de gás para o primeiro sensor. Uma outra possibilidade é tornar o primeiro sensor inativo. Em um wise sensor isto acontece pelo fato de que a corrente de aquecimento através da membrana seletiva para gás é interrompido, de modo que a membrana esfria e se torna impermeável.

A presente invenção pode ser usada, entre outros, em detectores de vazamento farejadores onde o gás é aspirado para dentro de uma sonda farejadora operada manualmente. O segundo sensor pode estar disposto na sonda farejadora ou em um dispositivo principal com 0 qual a sonda farejadora é ligada por meio de uma linha flexível.

Como sensores termicamente condutivos são apropriados, por exemplo, o sensor AWM 2300 de Hamamatsu ou o sensor TCS208F3 da

4/9 firma Gerhard Wagner.

O detector de vazamento de acordo com a presente invenção também pode detectar agentes de refrigeração que são usados em instalações de ar condicionado ou em geladeiras. Agentes de refrigeração apresentam uma condutibilidade menor do que o ar e podem ser diferenciados de hélio ou hidrogênio pelo sinal oposto ao do ar no sinal de um sensor termicamente condutivo.

Uma segunda variação do detector de vazamento de acordo com a presente invenção é definida na reivindicação 7. Nesse caso, a mudança do primeiro sensor para o segundo sensor ocorre em dependência da pressão total. Tal detector de vazamento é apropriado junto com um primeiro sensor que é sensível à pressão total. Nisso, o segundo sensor cobre a faixa acima de uma pressão total critica, ao passo que o primeiro sensor é usado para medição fina. O segundo sensor pode adicionalmente ser realizado de tal modo que ao mesmo tempo mede a pressão total. Neste caso, o segundo sensor pode providenciar a mudança do primeiro sensor para o estado cego. Mas, como alternativa também é possível prever um sensor de pressão total que é independente dos dois sensores e os controla.

Também é possível, operar simultaneamente com os dois sensores, sendo que a medição de quantidade é feita pelo sensor termicamente condutivo e a medição de qualidade (avaliação do tipo de gás), pelo sensor de pressão parcial.

A seguir, com referência aos desenhos, exemplos de execução da presente invenção são explicados mais detalhadamente:

Eles mostram:

A Figura 1 mostra uma apresentação esquematizada de um detector de vazamento farejador de acordo com a primeira variação da presente invenção.

A Figura 2 mostra uma apresentação esquematizada de um detector de vazamento com câmara de teste.

A Figura 3 mostra um diagrama das faixas de medição dos dois tipos de sensor.

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A Figura 4 mostra uma apresentação esquematizada de uma forma de execução de acordo com a segunda variação da presente invenção.

No detector de vazamento farejador de acordo com a Fig. 1 é previsto um dispositivo básico 10 que é conectado a uma sonda farejadora 12 através de uma válvula V2. A sonda farejadora 12 pode ser conduzida à mão para examinar o objeto de teste quanto a pontos de vazamentos dos quais sai gás de teste.

O dispositivo básico 10 compreende uma bomba de vácuo 13 que no presente exemplo é uma bomba de dois estágios com os estágios de bomba 13a e 13b que são executados como bombas de membrana. A bomba de vácuo gera uma pressão final de cerca de 300 Pa (3 mbar).

Da bomba de vácuo 13 sai uma linha de vácuo 14 até a câmara de aspiração 15. A câmara de aspiração 15 é formada antes do sensor de gás de teste 16. As paredes da câmara de aspiração 15 seguem a caixa do sensor de gás de teste 16. A superfície de sensor 17 do sensor de gás de teste 16 é cercada pela câmara de aspiração 15. Dentro da câmara de aspiração 15 encontra-se uma placa de guia de gás 18 que é oposta à superfície de sensor 17 com uma distância e é disposta paralelamente a esta. A linha farejadora 11 desemboca para dentro da câmara de condução de gás 19. Esta possui em extremidades opostas aberturas laterais 20 através das quais o gás pode entrar na câmara de aspiração 15. A câmara de condução de gás 19 providencia uma distribuição do gás na frente da superfície de sensor 17.

O sensor de gás de teste 16 é executado como o sensor descrito no documento DE 100 31 882 A1. A superfície de sensor 17 consiste de uma membrana, seletivamente permeável para hélio que pode ser aquecida eletricamente ou por meio de radiação de calor. No restante, o sensor de gás de teste 16 compreende um sensor de pressão tipo Penning ou um outro sensor de pressão que gera um sinal elétrico que indica a pressão na caixa fechada por uma membrana de quartzo. Dessa pressão é deduzido o sinal para a quantidade detectada de gás de teste.

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A linha de vácuo 14 compreende entre a bomba de vácuo 13 e a câmara de aspiração 15 uma primeira válvula de estrangulamento D1 que determina a potência de aspiração para o modo operacional normal. A primeira válvula de estrangulamento D1 é passada por cima por uma linha bypass 26 que contém uma válvula V1.

Em uma linha de entrada de ar encontra-se uma válvula de estrangulamento D3. A válvula V3 liga ou a entrada E1 ou a entrada E2 à saída

A. A entrada E1 é ligado a um divisor de fluxo 30 que é ligado à entrada do sensor de gás de teste 16 por meio de uma linha 31. A linha 31 abrange uma válvula de estrangulamento D4.

Do divisor de fluxo 30 um outro caminho conduz através de uma válvula de estrangulamento D2 e uma válvula V4 até a linha de vácuo 14. As válvulas de estrangulamento D2 e D4 são de tal modo ajustadas uma à outra que o fluxo através de D2 é essencialmente maior do que aquele através de D4. O fluxo através de D2 é pelo menos 10 vezes maior do que aquele através de D4, e especialmente, z 50 vezes. Preferencialmente o fluxo através de D2 é mais ou menos 100 vezes o fluxo através de D4.

A linha farejadora 11 que vai da sonda farejadora 12 até o dispositivo básico 10 abrange uma linha de medição 35 que liga a sonda farejadora à válvula V2, e uma linha de aspiração 36 que é ligada à entrada da bomba de vácuo 13 através de uma válvula V5. A linha de aspiração 36 apresenta uma potência de aspiração consideravelmente maior do que alinha de medição 35. Por exemplo, a taxa de vazão do gás aspirado através da linha de medição é de 300 seem e a taxa de vazão através da linha de aspiração 36 é de 2700 seem. A linha de aspiração 36 serve para aumentar a sensibilidade de distância do detector de vazamento farejador pelo fato de que é aspirado essencialmente mais gás do que no caso da linha de medição. Desligando-se a linha de aspiração, a sensibilidade de medição aumenta.

De acordo com a presente invenção, adicionalmente ao primeiro sensor 16 que no presente caso é executado como sensor de wise technology , é previsto um segundo sensor 38 que é um sensor termicamente con7/9 dutivo. O segundo sensor 38 de preferência, é disposto na sonda farejadora 12 e lá, em especial, linha de aspiração 36. Ele também pode estar disposto no dispositivo básico em uma posição 38a. De qualquer moído é apropriado que o segundo sensor esteja disposto em um ponto de grande pressão total, pois lá a pressão parcial do componente do gás que interessa é maior e assim, o limite de detecção é o mais favorável. Outra possibilidade do posicionamento do segundo sensor é na saída da bomba de vácuo 13. Nisso, porém, seria desvantajoso que o sinal do segundo sensor somente ocorre cronologicamente depois do sinal do primeiro sensor. Preferencialmente, o sinal do sensor de dissipação de calor deveria estar presente antes do sinal do primeiro sensor.

Os sinais do primeiro sensor 16 e do segundo sensor 38 são conduzidos a um dispositivo de controle 40 que através de uma linha de controle 41 torna o segundo sensor 16 cego quando o primeiro sensor ou o segundo sensor mede uma concentração que está acima de um valor limite. Dessa forma impede-se que o primeiro sensor entra em saturação ou ultrapassa o limite de contaminação.

O exemplo de execução da Fig. 2 é um detector de vazamento onde é prevista uma câmara de teste 50 à prova de vácuo aonde é introduzido um objeto a ser testado 51. O objeto a ser testado 51 é preenchido com um gás de teste 52. A câmara de teste 50 é evacuada, de modo que em caso de um vazamento do objeto a ser testado 51 gás de teste sai do objeto a ser testado. Uma bomba de vácuo 53 é conectada à câmara de teste 50 através de uma linha de aspiração 57. A linha de aspiração 57 abrange um primeiro sensor 16 e um segundo sensor 38. O primeiro sensor é, por exemplo, um sensor de wise technology e o segundo sensor é um sensor termicamente condutivo. No caminho de fluxo do gás aspirado o segundo sensor 38 é disposto antes do primeiro sensor 16. O primeiro sensor 16 é sobrepassado por uma linha bypass 54 que pode ser aberta e fechada pelas válvulas 56, 56a.

A válvula 56 é controlada pelo dispositivo de controle em dependência do sinal do segundo sensor 38. Quando a concentração do gás de

8/9 teste medida pelo segundo sensor ultrapassar um valor limite, as válvulas 56 e 56a são mudadas de tal modo que o primeiro sensor 16 é passado pela linha bypass 54. Dessa forma, o primeiro sensor é protegido contra contaminação.

A Fig. 3 mostra um exemplo para as faixas de medição do primeiro sensor e do segundo sensor no exemplo do componente de gás hélio. Na abscissa é registrada a concentração de hélio. É evidente que a faixa de medição MB1 do primeiro sensor vai a partir de inferior 1E-05% (=10^-4mbar) até mais ou menos acima de 1E-01% (= 1 mbar), ao passo que a faixa de medição MB2 do sensor termicamente condutivo abrange toda a escala acima de 1 E-02%. Portanto, ambos os sensores complementam um ao outro.

A Fig. 4 mostra um exemplo de execução de acordo com a segunda variação da presente invenção, onde é previsto um primeiro sensor 16a cuja função depende da pressão total na sua entrada de medição 60, por exemplo, um espectrômetro de massa. A entrada de medição 60 é conectada a uma bomba de vácuo 13 que contém, uma atrás da outra, uma bomba de alto vácuo 13a, por exemplo, uma bomba turbomolecular, e uma bomba de pré-vácuo 13b. Uma entrada de aspiração 62 da bomba de alto vácuo 13a é ligada, através de uma válvula V2, a uma linha de entrada 64 que possui uma conexão 65 para conectar um objeto a ser testado 66. O objeto a ser testado 66 é um corpo oco cuja estanqueidade precisa ser testada. No presente exemplo de execução, uma atmosfera com um gás de teste 68 é gerada fora do objeto a ser testado com um dispositivo de pulverização 67. O gás de teste pode ser identificado pelos dois sensores contidos no detector de vazamento. Quando for identificado gás de teste, há um vazamento no objeto a ser testado 66 através do qual o gás de teste 68 entrou.

A linha de entrada 64 também é conectada a uma linha de conexão 70 que liga as duas bombas de vácuo 13a e 13b.

Entre a entrada de aspiração 62 e a linha de entrada 64 existe uma válvula V2 que é controlada em dependência da pressão total e que é colocada em estado de bloqueio quando a pressão total ultrapassar um valor

9/9 limite. Quando a válvula V2 estiver fechada, então o primeiro sensor 16a é separado do objeto a ser testado 66, de modo é colocado em estado cego.

O segundo sensor 38 é conectado à linha de entrada 64 que é um sensor termicamente condutivo. Este sensor termicamente condutivo é 5 configurado de tal modo que em pressões maiores funciona de modo independente da pressão total. Em pressões totais baixas na entrada de medição 60, ambos os tipos de sensor são ativos e em caso de pressões totais maiores, o primeiro sensor 16a é tornado cego, fechando-se a válvula V2. A medição da pressão total, no presente exemplo de execução, é feita na linha 10 de entrada 64 com a ajuda do segundo sensor 38. Alternativamente também poderia ser efetuada na entrada de medição 60 do primeiro sensor. Também é possível usar um dispositivo de medição próprio para a medição da pressão total.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Detector de vazamento com um dispositivo de bomba de vácuo (13; 53) através do qual gás é aspirado, e um primeiro sensor (16) para detectar pelo menos um componente de gás no gás aspirado, sendo que o primeiro sensor é do tipo de um sensor saturável seletivo para gás, caracterizado pelo fato de que é previsto um segundo sensor (38) do tipo de um sensor termicamente condutivo para detectar a condutividade térmica do gás aspirado, e que são previstos meios, para colocar o primeiro sensor (16) em um estado cego quando o primeiro e/ou segundo sensor detecta uma concentração do componente de gás acima de um valor limite, sendo que o primeiro sensor (16) cobre a faixa de concentrações baixas do componente de gás, e o segundo sensor (38) cobre a faixa de concentrações altas.
2. Detector de vazamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em um fluxo de gás do gás aspirado, antes do primeiro sensor (16) é disposta uma válvula (V2) que, para implementação do estado cego, é colocado em estado de bloqueio.
3. Detector de vazamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor (16) possui uma membrana (17) seletivamente permeável a gás, aquecível, e que para a implementação do estado cego o aquecimento da membrana é desligado.
4. Detector de vazamento de acordo com uma das reivindicações 1 até 3, caracterizado pelo fato de que é prevista uma sonda farejadora (12) para aspirar gás da atmosfera, e que o primeiro sensor (16) é contido em uma linha de medição (35), e o segundo sensor (38), em uma linha de aspiração (36), sendo que a linha de aspiração para aumentar a sensibilidade de distância vai diretamente da sonda farejadora (12) até a bomba de vácuo (13) e apresenta uma taxa de fluxo maior do que a linha de medição.
5. Detector de vazamento de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o segundo sensor (38) é disposto em um ponto com uma pressão total constante de aproximadamente pressão atmosférica, em especial em uma linha de aspiração (36) ou em uma saída de ar do detector de vazamento.

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6. Detector de vazamento de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para a implementação do estado cego do primeiro sensor (16) é prevista uma linha bypass (54) com válvulas (56, 56a) controladas por um dispositivo de controle (40).

5 7. Detector de vazamento com um dispositivo de bomba de vácuo (13; 53) através do qual gás é aspirado, e um primeiro sensor (16) para detectar pelo menos um componente de gás no gás aspirado, sendo que o primeiro sensor é do tipo de um sensor saturável seletivo para gás, caracterizado pelo fato de que é previsto um segundo sensor (38) do tipo de um 10 sensor termicamente condutivo para detectar a condutividade térmica do gás aspirado, e que são previstos meios, para colocar o primeiro sensor (16a) em um estado cego quando a pressão total está acima de um valor limite, sendo que o primeiro sensor (16a) cobre a faixa da pressão total baixa e o segundo sensor (38), a faixa da pressão total alta.

15 8. Detector de vazamento de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que em um fluxo de gás do gás aspirado, antes do primeiro sensor (16), é disposta uma válvula (V2) que para a implementação do estado cego é colocado no estado de bloqueio.