CN101040179B

CN101040179B - 用于测漏的方法与设备

Info

Publication number: CN101040179B
Application number: CN2005800349064A
Authority: CN
Inventors: 乔恩·利比希; 兰道夫·罗尔夫; 拉尔夫·基利安
Original assignee: Inficon GmbH Deutschland
Current assignee: Inficon GmbH Deutschland
Priority date: 2004-10-16
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: US20090013766A1; EP1800102B1; WO2006040213A1; EP2270458B1; US7802461B2; EP1800102A1; TWI388815B; DE102004050762A1; JP4801081B2; EP2270458A1; JP2008517257A; CN101040179A; TW200615527A

Abstract

在测漏的过程中，由测试气体产生的信号被干扰影响覆盖，随着容器中真空度的增加，所述干扰影响逐渐降低。根据体积信号(MS)的负斜率来计算较低显示极限(AG)。在激活清零功能时，该体积信号(MS)不减小到0，而是升高到显示极限的高度。每当超出较低显示极限时，识别出漏缝。由此，在每一时刻都确保了泄漏检测的最大灵敏度。

Description

用于测漏的方法与设备

技术领域

本发明涉及用于测漏的方法，其中气体被抽出，且在抽出的气体中检测测试气体的存在。

背景技术

通过真空方法能够可靠地确定容器的微小漏率。漏率越小，则对于纯度和最终真空度的要求就越高。在局部测漏中，真空泵排空容器，直到获得测漏器所需要的测试压力。然后，通过精细的测试气体喷嘴从外侧对可疑的漏缝进行喷气。进入容器内的测试气体由真空泵抽走并被质谱分析器检测到。

经常用于测漏器的一种测试气体是氦。质谱分析器的有限选择形成了一个问题。水分凝结在用于漏缝测量的容器的外部和内部。水的H2组分还包括其存在可能影响到氦测量的部分。在抽吸开始时，应当仅表示测试气体的量的数量信号与由存在的水分或其它杂质产生的噪音值叠加。随着抽吸时间的增加，噪音值逐渐降低而渐近地接近一个水平线。然而，这根线的值不会到达0，因为不能获得绝对真空，就如同也不能实现绝对没有漏缝。因此，各种应用的一个问题是：选择逐渐降低的流量曲线的哪部分来测量漏缝。

因为体积信号曲线随着抽吸时间的增加而逐渐降低，所以测试气体的突然出现-其导致体积信号曲线的升高-与逐渐降低的背景信号叠加。当背景信号的减小程度大于检测信号的升高程度时，根本不能确定检测信号。对应的泄漏没有被测漏器检测到；它保持不可见的。

已经建议提供一种具有清零功能的测漏器。在这里，该设备配备有一个清零键，该清零键可由用户压下以从当前信号中减去前面的信号。因此将信号振幅设为0。如果然后继续降低的背景信号的减小程度大于由泄漏导致的体积信号的升高，则获得了负的信号，其中由泄漏导致的信号升高既不能被检测到也不能被测出。

在通常使用的方法中，用户可以在任意时间按下清零键，背景信号设成0。由此，示出的漏率看起来是低的，而实际漏率是较高的。这种操作模式可引起致命的后果。没有漏率被一直遗漏掉是非常重要的。在另一方面，指示过高的漏率所引起的问题较小。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于测漏的方法，其中测漏的安全度得以提高。

根据本方法的第一变型，提供了一种测漏的方法，包括以下的步骤：抽出气体，检测在所述抽出的气体中的测试气体，并且产生与测出的漏率Q对应的体积信号，处理所述体积信号，使得在产生清零信号时所述体积信号被减小，其特征在于包括进一步的步骤：计算所述体积信号的信号抖动dQ/dt，通过所述计算出的信号抖动确定下显示极限，仅在所述体积信号超出所述下显示极限时指示泄漏。根据本方法的第二变型，提供了一种测漏方法，包括以下的步骤：抽出气体，检测在所述抽出的气体中的测试气体，并且产生与测出的漏率Q对应的体积信号，处理所述体积信号，使得在产生清零信号时所述体积信号被减小，其特征在于包括进一步的步骤：计算所述体积信号的信号抖动dQ/dt，预设触发值T，仅在所述体积信号的信号抖动dQ/dt小于所述触发值T时激活清零功能，以及仅在与清零后的漏率Q对应的体积信号超出输入的触发值T时指示泄漏。对于两个变型而言，共同的是确定并计算测量信号的信号抖动或信号紊乱。信号抖动为每单位时间的信号背景的变动。在本方法的第一变型中，体积信号通过产生通常称为清零信号的指令信号不设为0，而仅仅是降低到一个较低的显示极限，使得所获得的信号值仍然是正的。较低显示极限表示可以检测到的漏缝的程度。清零信号的功能不受阻碍。如果所确定的漏率高于该较低显示极限，则显示；否则，不显示。本方法不以零位工作。将确定直至哪些信号抖动哪些漏率仍然可以足够良好地测量。因此，自动地说明在通过按下清零键产生清零信号时间点上的该设备具有的灵敏度。

在本发明的第二变型中，也确定体积信号的信号抖动。使用者设定一个所谓的“触发值”，该触发值表示测漏的期望的敏感度，例如值为10^-10mbar·l/s(毫巴·升/秒)的漏率。仅在体积信号的信号抖动小于该触发值时可以实现清零功能。只要体积信号的不稳度大于触发值，则阻碍清零功能且不给出渗漏指示。因此，使用者必须等到体积信号平静下来，从而获得由触发值设定的期望灵敏度。

依据本发明，使用者的清零功能受到阻碍。仅在设备由于光滑信号而能够可靠地测量与输入触发值对应的漏率时才激活清零功能。

本发明还涉及用于所述方法的第一和第二变型的对应的测漏器。具体地，一种测漏器，包括：真空连接件、与所述真空连接件相连的高真空泵设备、质谱分析器、微型计算机以及控制设备，所述控制设备包括显示设备以及用于清零信号的输入设备，所述清零信号用于减小所述由质谱分析器提供的体积信号，其特征在于，设置有微分电路，所述微分电路通过所述体积信号产生信号抖动值，通过所述信号抖动值来计算下显示极限，并且所述显示设备仅在已经减小的体积信号超出下显示极限时显示与下显示极限不同的漏率。具体地，一种测漏器，包括：真空连接件、与所述真空连接件相连的高真空泵设备、质谱分析器、微型计算机以及控制设备，所述控制设备包括显示设备以及用于清零信号的输入设备，所述清零信号用于减小所述由质谱分析器提供的体积信号，其特征在于，设置有通过表示漏率Q的所述体积信号产生信号抖动dQ/dt的微分电路、对所述信号抖动dQ/dt进行求值并且禁止或激活用于清零信号的禁止装置的逻辑装置，触发脉冲输入器提供触发值T，所述触发值指示从何值起漏率应该是可测量的，其中在满足条件|dQ/dt|＞c·T及dQ/dt＜0时，所述禁止装置禁止所述清零信号，其中c为常数值。

下文参照附图详细地描述了本发明的实施方式。

在附图中：

图1为依据本方法操作的测漏器的原理图，

图2为该方法第一变型的框图，

图3为该第一变型的体积信号的时间图，

图4为第二变型的框图，以及

图5为该第二变型的体积信号的时间图。

具体实施方式

图1的测漏器10包括与待测试容器相连的入口凸缘11。导管12从入口凸缘11延伸到真空泵设备13。该真空泵设备由涡轮分子泵14和下游的前置真空泵15组成。导管12连接到涡轮分子泵14的侧向入口，而该涡轮分子泵的入口侧连接到质谱分析器16上。在涡轮分子泵14中，包含在抽出气体中的例如氦的测试气体沿着供给方向的逆流到达质谱分析器16，并在该质谱分析器处识别。质谱分析器16将表示所检测到的测试气体体积的体积信号供应到微型计算机17，该微型计算机进行下文所述的处理。微型计算机与控制单元18相连，该控制单元包括例如显示器的显示设备19、带有不同键和清零键21的输入设备20。

待检查的容器25连接到入口凸缘11，该容器具有一个(不期望的)漏缝26。以来自于喷枪27的例如氦的测试气体对漏缝进行喷气。进入到容器25内的测试气体经由涡轮分子泵14到达质谱分析器16。测试气体的体积作为体积信号MS以曲线和/或数值的形式显示在显示设备19上。

如图3所示，在抽吸操作开始时，体积信号MS具有较高的值。在抽吸操作的过程中，体积信号MS渐近地逐渐降低。高的体积信号值是由水分和其它杂质、以及包含在抽出气体中的剩余氦量引起的。从而，体积信号MS具有一个受外界因素影响的偏移。该偏移可以较远超过测量信号。在图3中，体积信号MS沿坐标以常用对数的方式来表示。曲线初始部分所示的体积信号MS是在没有漏缝时获得的。其形成了一个信号背景，在该信号背景上还可以检测泄漏。

图2示出在微型计算机17中的处理或者求值电路的实施方式的结构。用于指示漏率Q的体积信号MS通过减法器供应到最大值选择器30的一个输入端。减法器31在其减法输入端处接收一个来自于储存器32的信号，该储存器连接到减法器31的输出端。该储存器由线路33上的“清零”信号激发，使得它启动一个减法操作，在减法操作中，从体积信号MS中减去减法器31的输出信号。这导致了减小的体积信号MS_z，该体积信号MS_z供应到最大值选择器30的一个输入端。在减法器31中减去体积信号的整个值，从而获得为0的值MS_z。

体积信号MS还供给到微分电路34，该微分电路通过漏率Q形成指示信号抖动的信号dQ/dt。该信号为漏率的时间导数。该信号越大，则体积信号MS较陡地下降(图3)。来自于微分电路34的信号乘以一个常数1/k。由此确定下显示极限AG。AG的值供给到最大值选择器30的第二输入端。最大值选择器在两个输入值MS_z和AG中选择最大值。这个值将作为显示信号AS而显示在显示设备上。

图3示出显示信号AS的变化曲线，即按下清零键时的情形。假设在图3中于时间t₁处按下清零键21以便为测漏作准备。过了一个短的时间之后，使用喷枪27对着容器25喷射测试气体。喷射发生于时间t₂处并在时间t₃处终止。

明显地，由最大值选择器30产生的显示信号AS在时间t₁处下降到显示极限AG的值，因为从时间t₁起，显示极限AG就大于这时由减法器31产生的体积信号MS_z。如果在时间t2处对漏缝进行喷射，则测量信号通过喷射而上升超过显示极限AG、从而产生一个脉冲37，然而，该脉冲已经在喷射期间与总体偏移一致地逐渐降低，并且最终终止于显示极限AG的曲线上。可在显示极限显示信号AS的曲线中清楚的识别出脉冲37、从而可以作为漏缝检测出来。

在一段时间之后，可以重复致动清零键的过程，以便再次对容器进行喷射。下显示极限AG固定并显示在显示设备上。通过AG的显示值变化到一个与脉冲37对应的更高值来判断漏缝。从而，显示设备始终指示其中可足够良好地显示漏率的下显示极限AG。从而，在显示有期望的显示极限AG时，使用者可通过前面显示的灵敏度进行渗漏检测。

图4示出本发明第二变型的实施方式。同样测得的漏率Q作为体积信号MS供应给减法器31。减法器的输出通过储存器32连接到减法器的减法输入端。从储存器32输出的信号由线路33上的信号导致。通过清零键输入的清零信号供应到禁止装置40，该禁止装置产生线路33的信号。禁止装置(Sperre)40通过线路41上的信号激活。

在触发脉冲输入器42-其可为图1的输入设备20-处，使用者将以mbar·l/s为单位输入一个触发值T。触发值首先表示一个极限值，超出该极限值说明漏缝“过大”。

在激活清零功能后所获得的测出的漏率的值Q_z供应到比较器43的一个输入端。比较器的另一端接收触发值T。如果Q_z＞T，则比较器43产生一个输出信号。该输出信号激发触发报警器44，其说明体积信号大于输入的触发值并且从而超出了极限值。这意味着检测到漏缝。漏缝的尺寸显示在接收信号Q_z的漏率指示显示器45上。

表示漏率Q的体积信号MS供给到形成微商dQ/dt的微分电路50。微分电路50的输出信号D表示漏率Q的信号抖动，即体积信号的(负)斜率。信号D供应到两个逻辑电路51和52。如果满足下列条件，则第一逻辑电路51提供输出信号：

(D＜0)∧(|D|＞c·T).

如果满足下列条件，则第二逻辑电路52产生输出信号：

(D＞0)∨(|D|＜k·T).

在这里，

D：指示以每分钟mbar(毫巴)·l/s(升/秒)为单位的信号抖动，

T：为以mbar·l/s为单位的设定触发值，

c，k：为常数值，其中c＞k。

通过选择常数值c和k，可以预先限定最短的持续时间，在该持续时间内，使用者可以在漏缝因为漏率信号的负偏移而再次变得“不可见”之前观察到尺寸为T的漏缝。在这种情况下，为了获得清零功能的“禁止”与“激活”之间的迟滞，c＞k是必需的。该功能防止清零功能的错误操作，并确保使用者检测到尺寸为设定触发值的漏缝。

逻辑电路51和52的输出信号控制双稳态多谐振荡器53，在该双稳态多谐振荡器的输出上连接有线路41，该线路控制禁止装置40。来自于逻辑电路51的信号控制双稳态多谐振荡器53的设定输入(Setzeingang)S，而来自于逻辑电路52的信号控制双稳态多谐振荡器53的重设输入R。双稳态多谐振荡器的输出连接到具有两个不同颜色的灯55、56的指示设备54上。当激活清零功能时，灯55点亮，而在禁止清零功能时，灯56点亮。

图5示出漏率Q的时间的变化曲线，该漏率Q形成体积信号MS。在图5中，体积信号MS的表示也是以十的指数次幂为基础的。从漏率Q来确定信号抖动D，在图5中也以曲线-D/k为比例而绘出该信号抖动。曲线-D/k在点P处与触发值T相交。这意味着图4中的禁止装置40激活清零功能。灯55点亮。使用者现在可以手动地产生清零信号。从时间t₁到时间t₂，使用者使用喷枪27对着漏缝喷射测试气体。这导致体积信号的上升沿60。从时间t₂起，禁止清零功能。一旦信号D从高到低地再次经过设定的触发值T，清零功能从时间t₃起再次激活。在图5中，为了清楚起见，不示出由常数c和k引起的迟滞。

信号上升60指示检测到漏缝。

图4和5的变型以是否仍然可以通过期望的触发值T来测量漏率的判断为基础。如果是可以测量的，则激活清零功能；如果不能测量，则禁止清零功能。

在上述的实施方式中，从容器抽取气体以检查此气体中是否有测试气体。在一个变型中，本发明还可用于嗅闻测漏，其中通过抽吸探针在待检查区域处吸入周围空气来测漏。

Claims

1.一种测漏的方法，包括以下的步骤：

抽出气体，

检测在所述抽出的气体中的测试气体，并且产生与测出的漏率Q对应的体积信号(MS)，

处理所述体积信号(MS)，使得在产生清零信号时所述体积信号被减小，

其特征在于包括进一步的步骤：

计算所述体积信号的信号抖动dQ/dt，

通过所述计算出的信号抖动确定下显示极限(AG)，

仅在所述体积信号(MS)超出所述下显示极限(AG)时指示泄漏。

2.如权利要求1所述的测漏方法，其中通过获得所述体积信号(MS)的微分实现所述信号抖动dQ/dt的计算。

3.如权利要求1或2所述的测漏方法，其中所述信号抖动除以系数(k)以获得所述下显示极限(AG)。

4.如权利要求1或2所述的测漏方法，其中将所述漏率Q和下显示极限(AG)中的最大值提供给漏率显示器。

5.一种测漏器，包括：真空连接件(11)、与所述真空连接件相连的高真空泵设备(13)、质谱分析器(16)、微型计算机(17)以及控制设备(18)，所述控制设备(18)包括显示设备(19)以及用于清零信号的输入设备(21)，所述清零信号用于减小由所述质谱分析器提供的体积信号(MS)，

其特征在于，设置有微分电路(34)，所述微分电路通过表示漏率Q的所述体积信号产生信号抖动dQ/dt，通过所述信号抖动dQ/dt来计算下显示极限(AG)，并且所述显示设备(19)仅在已经减小的体积信号(MS)超出下显示极限(AG)时显示与下显示极限不同的漏率。

6.一种测漏方法，包括以下的步骤：

抽出气体，

其特征在于包括进一步的步骤：

计算所述体积信号(MS)的信号抖动dQ/dt，

预设触发值T，

仅在所述体积信号(MS)的信号抖动dQ/dt小于所述触发值T时激活清零功能，以及

仅在与清零后的漏率Q对应的体积信号(MS)超出输入的触发值T时指示泄漏。

7.如权利要求6所述的测漏方法，其中在满足条件|dQ/dt |＞c·T及dQ/dt＜0时禁止所述清零功能，其中c为常数值。

8.如权利要求6或7所述的测漏方法，其中在满足条件|dQ/dt|＜k·T或dQ/dt＞0时激活所述清零功能，其中k为常数值。

9.如权利要求6或7所述的测漏方法，其中显示设备(54)显示所述清零功能是否激活。

10.一种测漏器，包括：真空连接件(11)、与所述真空连接件相连的高真空泵设备(13)、质谱分析器(16)、微型计算机(17)以及控制设备(18)，所述控制设备(18)包括显示设备(54)以及用于清零信号的输入设备(21)，所述清零信号用于减小由所述质谱分析器提供的体积信号(MS)，

其特征在于，设置有：微分电路(50)，所述微分电路(50)通过表示漏率Q的所述体积信号(MS)产生信号抖动dQ/dt；逻辑装置(51、52、53)，所述逻辑装置(51、52、53)对所述信号抖动dQ/dt进行求值并且禁止或激活用于清零信号的禁止装置(40)，触发脉冲输入器(42)提供触发值T，所述触发值指示从何值起漏率应该是可测量的，其中在满足条件|dQ/dt|＞c·T及dQ/dt＜0时，所述禁止装置(40)禁止所述清零信号，其中c为常数值。