CN100523764C - 通过累积方法检漏的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于通过累积方法检漏的方法和装置。该装置包括：被配置来接收试件(12)的可密封室(10)，其中试件在处于室中时包含示踪气体；与该室气体连通的示踪气体可透过构件(30)；和与可透过构件气体连通的示踪气体传感器(20)，该示踪气体传感器被配置来感测从该室穿过可透过构件的示踪气体。可透过构件可以是石英。示踪气体传感器可以包括离子泵。

Description

通过累积方法检漏的方法和装置
技术领域
本发明涉及密封物品中泄漏的检测，更具体地，涉及通过累积方法检漏的方法和装置。
背景技术
氦质谱仪检漏是公知的检漏技术。氦被用作示踪气体，其穿过密封试件漏缝中最小的漏缝。在穿过漏缝后，包含氦的试样被吸入到检漏仪器中并被测量。该仪器的重要部件是质谱管，质谱管检测并测量氦。输入试样被电离，并且由质谱管对其进行质量分析，以分离氦成分。在一种方法中，使用氦对试件加压。连接到检漏仪测试端口的检漏探头(snifferprobe)围绕试件外部移动。氦穿过试件中的漏缝，被吸入探头，并被检漏仪测量。在另一种方法中，试件内部被耦合到检漏仪的测试端口，并且被抽空。氦被喷射到试件外部，通过漏缝被吸入，并被检漏仪测量。
氦质谱仪检漏的一个难点是质谱管入口必须保持相对低压，通常是2×10-4托。在所谓的传统检漏仪中，连接到试件或检漏探头的测试端口必须保持相对低压。这样，真空抽气周期相对长。另外，在带漏洞或大容积部件的测试中，可能难以或者不能达到所需的压强水平。如果能够达到所需的压强水平，抽气周期也是非常长的。
现有技术已经提出了用于解决该难点的技术。1972年9月12日授权给Briggs的美国专利No.3,690,151中公开了逆流检漏仪，该逆流检漏仪利用氦通过扩散泵向质谱仪反向流动的技术。检漏仪测试端口可以在扩散泵前级管线的压强下工作。一种相似的方法利用氦通过涡轮分子泵的反向流动。1988年4月5日授权给Fruzzetti的美国专利No.4,735,084公开了一种用于粗检漏的技术。示踪气体反向通过机械真空泵的一级或两级。这些技术允许测试端口的压强高于传统的检漏仪。尽管如此，当测试大容积、不洁部件或者具有大漏缝的部件时，达到该较高的测试端口压强可能仍是困难的。
在传统氦检漏中，如果在气密密封的小部件中出现大的泄漏，则在初步抽气(rough pump)周期期间，氦可以被快速抽走，以至于不能发现泄漏，并且接受了该泄漏部件。这种问题在工业界已经存在很长时间。已对某些应用使用了下述具有有限成效的方法：(1)测量泄漏部件和非泄漏部件之间的抽空时间差，以及(2)体膨胀方法。这两种技术都没有提供足够的分辨力。1997年4月29日授权给Mahoney等的美国专利No.5,625,141公开了与体积膨胀技术相结合的氦质谱检漏仪，用于粗检漏。
1990年1月31日公布的欧洲专利申请No.0 352 371公开了包括离子泵的氦检漏仪，该离子泵被连接到硅玻璃毛细管形式的探头。该硅玻璃管被加热到300℃到900℃之间的温度，从而变得能够透过氦。1994年7月5日授权给De Simon的美国专利No.5,325,708公开了一种氦检测单元，其使用石英毛细管膜、用于对该膜进行加热的灯丝和离子泵。1997年8月26日授权给Bohm等的美国专利No.5,661,229公开了一种检漏仪，其具有聚合物或者被加热的石英窗口，用于有选择地将氦传送到耗气真空计(gas-consuming vacuum gauge)。
所有现有技术的氦检漏仪都具有一个或多个缺点，包括受限的压强范围、易受污染性和/或高成本。因此，需要改进的方法和装置来检漏。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于检漏的装置。该装置包括：被配置以接收试件的可密封室，其中试件在处于室中时包含示踪气体；与该室气体连通地安装的示踪气体可透过构件；和与可透过构件气体连通的包括离子泵的示踪气体传感器，该示踪气体传感器被配置以感测从该室穿过可透过构件的示踪气体，所述可密封室在通过离子泵进行的泄漏检测期间被隔绝与除了示踪气体传感器之外的其他真空抽气设备的气体连通。
可透过构件对氦是可透过的，并且该可透过构件的氦透过率可以是可控的。在某些实施例中，可透过构件包括石英构件。该装置还可以包括：与石英构件热接触的加热元件，以及被配置为控制该加热元件的控制器。示踪气体传感器可以包括离子泵。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于检漏的方法。该方法包括：提供可密封室、与该室气体连通的示踪气体可透过构件，以及与可透过构件气体连通的包括离子泵的示踪气体传感器，其中该室在通过离子泵进行的泄漏检测期间被隔绝与除了示踪气体传感器之外的其他真空抽气设备的气体连通；将试件放置在该室中，其中试件处于该室中时包含示踪气体；使示踪气体从该室穿过可透过构件；以及使用示踪气体传感器感测示踪气体。
附图说明
为了更好地理解本发明，参考了附图，附图通过参考被结合于此，其中：
图1是本发明实施例的检漏装置的示意框图；及
图2是图1的检漏装置的简化的局部横截面图，示出了可透过构件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施例的检漏装置的示意框图。可密封室10容纳试件12。试件12的内部空间可以用诸如氦之类的示踪气体加压，可以在被插入检漏装置的室10之前暴露给高氦浓度，或者可以当处于室10中时连接到氦源。在每种情形中，处于室10中时，试件12包含示踪气体，诸如氦。
氦检测仪组件20经由真空法兰22连接到室10。氦检测仪组件20包括离子泵24、离子泵控制器26和示踪气体可透过构件30。离子泵24和可透过构件30被安装在密封壳32中，其中可透过构件30位于室10和离子泵24之间。控制器26经由真空馈通(vacuum feedthrough)34连接到离子泵24。控制器26向离子泵24供电，并感测离子泵电流。
离子泵24通常以由控制器26提供的2,000到9,000伏之间的高电压被赋能。离子泵电流与离子泵内的真空压强成比例。透过可透过构件30的氦以与泄漏率成比例的速率影响真空压强。因此，离子泵电流与泄漏率成比例。
示踪气体可透过构件30位于室10和离子泵24之间。可透过构件30是检漏装置中所使用的示踪气体在规定条件下可透过的材料，示踪气体通常是氦。可透过构件30基本上可以使通过或透过示踪气体，而基本上阻隔其他气体、液体和微粒。从而，在允许示踪气体通过而阻止其他气体、液体和微粒的意义上，可透过构件30充当示踪气体窗口。例如，可透过构件30可以具有圆盘形状。
石英或硅玻璃是氦可透过的材料的示例。具体地，石英的氦透过率随温度改变。在升高到300℃至900℃范围中的温度处，石英具有相对高的氦透过率。室温下，石英具有相对低的氦透过率。如图2所示，检漏装置可以配备加热元件40，其与石英可透过构件30相热接触。加热元件将石英材料加热，以提高氦透过率，同时石英有选择地阻止大部分其他气体、水蒸气和微粒。石英在给定温度下具有恒定的透过率。可以调整温度以控制透过率，并由此控制灵敏度。加热元件40可以由控制器42赋能。通过控制可透过构件30的温度，提供了氦窗口。在相对高的温度(例如，300℃到900℃)，氦透过率高，氦窗口打开。在相对低的温度(例如，室温)，氦透过率低，氦窗口关闭。可透过构件30可以由电阻加热、辐射加热或者任何其他合适的加热技术加热。
可透过构件30可以由示踪气体(通常是氦)可以透过的任何合适的材料制成，并且可以具有任何形状或尺寸。合适材料的示例包括石英以及诸如商标为Teflon的四氟乙烯之类的可透过聚合物。在可透过聚合物情形中，不需要加热元件。可透过构件可以在真空、大气压或者略高于大气压的压强下工作。可透过构件可以在包含气体、微粒的气氛中以及在潮湿的环境中工作。
工作中，使用氦或其他示踪气体对试件12加压，并将其放置在室10中。然后将室10密封。室10中的初始氦浓度可以与环境中的氦浓度(百万分之5(5ppm))一致，或者由于使用诸如氮之类的气体冲室10，因而可以低于5ppm。氦通过可能存在的任何漏缝从试件12泄漏。室10中的氦浓度是所有漏缝的尺寸、室10的净容积以及试件12放置在室10中的时间的函数。因此，在试件12被密封进室10中之后的一个或多个指定时间处测量氦浓度。因为净容积和时间是已知的，所以可以确定泄漏率。为了累积方法的正确操作，室10和试件12不应该变形。
室10中的氦通过可透过构件30透过到离子泵24。因为离子泵电流与离子泵24内的压强成比例，所以离子泵电流与从试件12的泄漏率成比例。
只有氦通过可透过构件30，并增加了离子泵24中的压强。氦压强的增加引起了离子泵电流的增加，离子泵电流的增加与氦压强的增加成比例，并且与泄漏率成比例。氦检测仪组件20除了抽取穿过可透过构件30的氦之外，在室10中具有基本上是零抽取速度，并且不从室10中除去气体，这与现有技术的设备一样。氦检测仪20检测氦泄漏，但是并不将氦抽走，所以与现有技术的方法相比，更精确、更可靠且更灵敏地检测了泄漏。
已经如此描述了各种示例性的非限定实施例及其各个方面，但是本领域的技术人员可以容易想到修改和替换。这些修改和替换将被包含在本公开中，本公开的目的在于说明和解释，并不是用来定义本发明的限制。本发明的范围应该由所附权利要求及其等同物的正确解释所确定。

Claims (18)

1.一种用于检漏的装置，包括：
可密封室，被配置以接收试件，所述试件当处于所述室中时包含示踪气体；
示踪气体可透过构件，被安装为与所述室的气体连通；和
包括离子泵的示踪气体传感器，所述示踪气体传感器与所述可透过构件气体连通，并且被配置以感测从所述室穿过所述可透过构件的示踪气体，所述可密封室在通过所述离子泵进行的泄漏检测期间被隔绝与除了所述示踪气体传感器之外的其他真空抽气设备的气体连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可透过构件包括石英构件。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可透过构件包括石英构件，所述装置还包括与所述石英构件热接触的加热元件以及被配置以控制所述加热元件的加热器控制器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可透过构件包括聚合物构件。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可透过构件的示踪气体透过率是可控的。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可透过构件对氦是可透过的。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述示踪气体传感器包括用于在包含所述示踪气体的所述试件被放置在所述室中后的指定时间感测所述示踪气体的装置。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括包围所述可透过构件和所述示踪气体传感器的外壳，以及用于将所述外壳连接到所述室的真空法兰。
9.一种用于检漏的方法，包括：
提供可密封室、与所述可密封室气体连通的示踪气体可透过构件，以及与所述可透过构件气体连通的包括离子泵的示踪气体传感器，其中所述可密封室在通过所述离子泵进行的泄漏检测期间被隔绝与除了所述示踪气体传感器之外的其他真空抽气设备的气体连通；
在所述室中放置试件，所述试件当处于所述室中时包含示踪气体；
使所述示踪气体从所述室穿过所述可透过构件；以及
利用所述示踪气体传感器感测所述示踪气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述可透过构件包括石英构件。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述可透过构件包括石英构件，所述方法还包括加热所述石英构件。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述可透过构件包括聚合物构件。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述可透过构件对氦是可透过的。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述示踪气体穿过所述可透过构件的步骤包括控制所述可透过构件的示踪气体透过率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，控制所述可透过构件的示踪气体透过率包括控制检漏的灵敏度。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，控制所述可透过构件的示踪气体透过率包括控制所述可透过构件的温度。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，感测所述示踪气体的步骤包括感测氦。
18.根据权利要求9所述的方法，其中，感测所述示踪气体的步骤包括在包含所述示踪气体的所述试件被放置在所述室中后的指定时间感测所述示踪气体。
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