CN103154689B - 检漏器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一探漏器，所述探漏器包括用于探测吸入气体一气体组分（氦）的第一传感器（16）。由于该传感器对饱和或污染敏感，因此提供了第二传感器（38），第二传感器为热导传感器，该热导传感器在气体组分的高浓度下仍然具有一较低的检测灵敏度，因此不会被污染。两个传感器（16，38）一起可探测一个更大的范围，从非常灵敏的测量到气体组分浓度较高的测量，而气体组分浓度较高时则说明发生了较大的泄漏。

Description

检漏器
技术领域
本发明涉及用于检测吸入气体中至少一种气体组分的探漏器。
背景技术
对于使用氦作为探漏气体进行的泄漏检测，一般情况下，商用仪器是依靠质谱仪来检测氦是否出现，而质谱仪则需要生成一个真空环境。另一检测方法是利用氦可被选择性通过的薄膜。该薄膜密封出一个空腔，并在该空腔中设置一压力传感器。在空腔内部，与环境空气中氦的分压对应的压力会被生成。一般情况下需要对薄膜进行加热。该传感器在智慧技术中被称为分压传感器。英福康有限责任公司生产有这种传感器。在德国专利申请文件DE102005021909A1和DE102005047856A1中对使用智慧技术的探漏器进行了描述。其中，该传感器可以以质谱仪或具有高灵敏性的分压传感器形式进行提供，但该分压传感器对探漏气体的过高的浓度比较敏感。依靠智慧技术对氦的检测只限于分压为0.5毫巴(mbar)的情况。对于较大情况的泄漏，必须对传感器进行保护以远离高浓度氦，这是因为，在高浓度氦污染后，探漏器会失效并持续数秒，这样用户无法继续进行探漏检测。具体地，是无法确定泄漏的位置。当其嗅探探头到达泄漏点时，探漏系统将会转换到失效模式，以保护系统。类似地，其它传感器系统也对气体污染或饱和敏感，当到达饱和限制时，泄漏测量也无法进行。
另一种可渗透气体选择性传感器型的传感器为质谱仪。该质谱仪具有较高的灵敏度以及气体选择性，但其操作需要一高真空，即：在其测量输出端存在非常低的总压力值。当总压力值上升到允许的限定值时，质谱仪会到达饱和范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一高灵敏度探漏器，以使得测量范围得到扩展，从而可用于高浓度和高总压力的环境。
本发明的一个方面提供了探漏器的第一变体。
根据本发明，提供了一种可渗透气体选择性传感器型的第一传感器。另外，还提供了一种热导探传感型的第二传感器。第一传感器用于测量低浓度，第二传感器用于测量高浓度，在高浓度下，第一传感器无法工作。
众所周知，探漏器包括一热导传感器。US3,020,746、US3,786,675以及JP09292302A已经对所述热导传感器进行了描述。该传感器具有一依赖温度的电阻，该电阻包括在测量电桥中，并暴露在气体或气流中。所述气体或气流可带走电阻产生的热量。气体密度越大，从电阻上带走热量更多。一般情况下，可以对电阻的发热量进行测量，这对于保持一恒定电阻温度是非常必要的。因此，这也暗示了电阻的热导率的数量级。当气流为包括氦的气体时，当氦增加时，总气体的密度会减少。因此，总气体的热导率也会减少。热导传感器只有较低的气体选择性。尽管如此，他们不会依赖饱和、污染程度，而且会随着环境气体中的气体组分高浓度变化而变化。尽管如此，其灵敏度还是会被限制。
第一传感器为一种可饱和气体选择性传感器型的传感器，可以这样理解，当大于气体组分的某一浓度或某一分压之上时，包括气体组分高浓度值时发生污染的情形，该传感器不能提供一有用的定量检测结果。在发生严重污染后，该传感器系统会持续失效数秒钟，这样会使得用户不能持续进行泄漏检测。具体地，不能实现严重泄漏位置的定位。当嗅探探头到达泄漏位置时，传感器系统将会转换到失效模式，以保护系统。可渗透气体选择性传感器型传感器可以为：质谱仪、智慧传感器、用于探测H2的基于金属氢化物的传感器、用于探测H2的基于金属氧化物的传感器(可用于分析制冷剂或酒精)、能够分散吸收或非分散吸收的传感器。
由于作为热导传感器的第二传感器对过高浓度值并不敏感，因此，第二传感器一直可处于活动/运行状态。对于低浓度，二种传感器都是有效地，而当浓度升高时，第一传感器则会转换到失效模式。转换到失效模式可以根据第一和第二传感器的测量值进行控制。
可以通过不同的方式来实现第一传感器的失效状态。其中一种方式可以是：切断流向第一传感器的气流。另一种方式是：将第一传感器转换到非活动模式。而对于智慧传感器，这则可以通过如下方式来实现：中断流经气体选择性薄膜的加热电流，以使薄膜冷却下来，从而使得其渗透性变差。
在其它应用中，本发明可用于嗅探探漏器，使用嗅探探漏器时，气体被吸入到手持嗅探探头中。第二传感器可以设置在嗅探探头中或一基体装置中，所述嗅探探头通过柔性导管连接到所述基体装置。
作为示例地，有用的热导传感器可以为滨松(Hamamatsu)生产的传感器AWM2300或由葛罕德瓦格纳(GerhardWagner)公司生产的传感器TCS208F3。使用本发明的探漏器，当探漏器被用到空调系统或冷藏柜中时可以检测到制冷剂。制冷剂具有比空气更低的传导性，因此，所以有别于热导传感器信号的标志氦或氢，标志氦或氢为空气标志的相对物。
本发明的第二方面提供了本发明探漏器的第二变体。在这里，从第一传感器到第二传感器的转换可以根据总压力来控制。该探漏器与对总压力灵敏的第一传感器关联是有益的。在这里，第二传感器探测范围覆盖了一临界总压力以上的范围，而第一传感器则用于更精密的测量。还可以对第二传感器进行配制，以使得其可以同时测量总压力。在这种情况下，第二传感器可以导致第一传感器转换到失效模式。可选地，可以提供一独立于两个传感器和控制两传感器的总压力计。
还可以同时对两个传感器进行操作，通过热导传感器对定量检测进行作用，而通过分压传感器对定量检测(气体型的估计)进行作用。
附图说明
后面将结合附图对本发明实施例进行更详细地描述。在图中：
图1为本发明第一变体的一嗅探探漏器的示意图；
图2为带有一测试腔的探漏器的示意图；
图3为两传感器测量范围的示意图；以及
图4为本发明实施例第二变体的示意图。
具体实施方式
图1中的嗅探探漏器设置有一基体装置10，该装置10通过一阀门V2连接到一嗅探探头12。嗅探探头12可由操作员的手进行引导，以用于检测测试对象的泄漏点，即气体泄漏的位置。
基体装置10包括一真空泵13，作为示例地，真空泵为具有泵级13a和13b的两级泵，泵级13a和13b被配制用作隔膜泵。所述真空泵生成一大约为3毫巴(mbar)的最终压力。
真空导管14从真空泵13引出到达吸入腔15，吸入腔15形成于探漏气体传感器16的上游。吸入腔15的壁与探漏气体传感器16的外壳邻接。其中，探漏气体传感器16的传感器表面17被吸入腔15封闭。在吸入腔15中，气体引导板18面向传感器表面17设置，两者之间相距一定距离，并相互平行。嗅探导管11通向气体引导腔19。在其对端该导管11设置有边孔20，通过边孔20气体可以进入吸入腔15。气体引导腔19可以影响传感器表面17气体的分布。
可以对探漏气体传感器16以DE10031882A1中描述的传感器配置方式一样进行配置。传感器表面17可通过可选择通过氦的薄膜来组成，并可通过电加热或辐射加热的方式进行加热。对于其他方面，探漏气体16包括一笔状压力传感器或其它压力传感器，这些传感器可生成电信号，该信号表明了石英薄膜封闭出的外壳中的压力。通过该压力，可以得到探测到的探漏气体量的信号。
真空导管14包括设置在真空泵13和吸入腔15之间的第一节流阀D1。该节流阀决定了正常操作模式下的吸气功率。第一节流阀D1通过一旁通管26进行桥接，旁通管26包括一阀门V1。
一节流阀D2设置在一空气入口管中。阀门V3将入口E1或入口E2连接到出口A上。入口E1与第一分流器30连接，该第一分流器30通过一管道31连接在探漏气体传感器16的入口，管道31包括一节流阀D4。
从分流器30延伸出的一路径通过一节流阀D2和阀门V4到达真空管道14。对节流阀D2和D4进行调整以相互适应，这样，流经D2的气流大于流经D4的气流。流经D2的气流至少是流经D4的气流的10倍，具体地，至少为10倍。优选地，流经D2的气流大约为流经D4的气流的100倍。
从嗅探探头12引出、达到基体装置10的嗅探管道11包括一测量管35以及一进气管36，该测量管35将嗅探探头和阀门V2连接起来，进气管36通过阀门V5与真空泵13的入口连接。所述进气管36的吸气量大于测量管35。作为示例地，通过测量管吸入的气体流率为300sccm，而通过进气管36吸入的气体流率为2700sccm。通过在测量管的情况下吸入更多的气体，进气管36可用于增加嗅探探漏器的距离灵敏度，测量灵敏度可通过使进气管失效来增加。
根据本发明，除了第一传感器16之外还可以设置一第二传感器38，其中，第一传感器可以被设置为一智慧技术传感器，第二传感器被设置为热导传感器。优选地，第二传感器38设置在嗅探探头12中，具体地，可以设置在嗅探探头12的进气管36中，也可以被设置在基体装置10的位置38a处。在任何情况下，设置第二传感器在具有较高总压力的测试现场是有益地。这是因为，此时感兴趣的气体组分的分压最高，会存在探测限制。第二传感器也可以设置在真空泵13的出口，然而，这是不常用的，这是因为来自第二传感器的信号将会迟于第一传感器的信号。优选地，来自热导传感器的信号将早于第一传感器的信号可以被使用。
来自第一传感器16和第二传感器38的信号被提供给控制装置40。当第一或第二传感器测量到高于限定值的浓度时，控制装置40通过一控制线41将第一传感器16转换到失效模式。因此，第一传感器变得饱和值或超过了污染限定值。
图2所示的实施例提供了一探漏器，该探漏器设置一严格真空的测试腔50，在该测试腔中设置有一测试对象51。测试对象充有探漏气体52，该探漏气体是从所述测试对象中泄漏出来的。一真空泵53通过进气管57连接在测试腔50上。所述进气管57包括第一传感器16和第二传感器38。作为示例地，所述第一传感器可以为一智慧技术传感器，所述第二传感器可以为一热导传感器。在吸入气体的气流路径上，第二传感器38设置在第一传感器16的上游。第一传感器16通过一旁通管54被桥接，旁通管54可以通过阀门56、56a被打开和关闭。
阀门56由一控制装置进行控制，该控制装置根据第二传感器38的信号进行控制。当第二传感器测量的探漏气体浓度超过一限定值时，阀门56和56a被转换，这样第一传感器16可通过旁通管54被桥接，因此，第一传感器被保护，以免受到污染。
图3示出了使用气体组分氦的第一和第二传感器的测量范围。氦浓度沿着横坐标被绘制。可以看出，第一传感器的测量范围MB1位于少于1E-05％(＝10-4mbar)到稍微高于(＝1mbar)的范围。而热导传感器则覆盖了整个高于1E-02％的范围。这样，两个传感器可以互补。
图4示出了本发明第二变体的一实施例。其中，第一传感器16a被提供，例如，质谱仪，其功能决定于其测量入口60处的总压力。测量入口60连接在真空泵13上，真空泵13包括顺序设置的一高真空泵13a(例如，涡轮分子泵)和低真空泵13b。高真空泵13a的进气口62通过一阀门V2与入口管64连接，该入口管包括一连接件65，以用于连接一测试对象66。测试对象66为气密性待测试的空腔体。在本发明中，探漏气体68的空气通过喷洒装置67在测试对象的外部形成。通过包括在探漏器中的两个传感器可以对探漏气体进行检测。当检测到探漏气体时，则测试对象66存在一泄漏点，探漏气体68已通过该泄漏点进入。
入口管64进一步可连接到一连接管70，该连接管70用于将两真空泵13a和13b连接在一起。
阀门V2连接在进气管62和入口管64之间，该阀门根据总压力被控制，当总压力升高到一限定值之间时该阀门被转换到关闭状态。当阀门V2被关闭时，第一传感器16a与测试对象66分离，从而使得该传感器转换到失效模式。
第二传感器38连接在入口管64上，该传感器可以为一热导传感器。该热导传感器被设计成在高压力时独立于总压力。在测量入口60处低总压力占优势时，两个传感器都处于活动状态，而为高总压力时，第一传感器16a会通过阀门V2转换到失效模式。在本发明实施例中，入口管64处的总压力通过第二探测38进行测试。可选地，第一传感器的测量入口60也会被影响到。也可以使用一独立装置来测量总压力。

Claims (8)

1.一种具有真空泵(13、53)的探漏器，通过所述真空泵气体被吸入，所述探漏器中一第一传感器(16)用于探测被吸入气体中的至少一种气体组分，所述第一传感器为可渗透气体选择性传感器，其特征在于：
提供热导传感器型的一第二传感器(38)，以用于探测吸入气体的热导率，以及
当所述第一传感器和/或第二传感器检测到所述气体组分浓度大于一限定值时，提供用于将所述第一传感器(16)转换到失效模式的装置，所述第一传感器(16)用于检测所述气体组分的低浓度范围，所述第二传感器用于检测所述气体组分的高浓度范围。
2.如权利要求1所述的探漏器，其特征在于，在所述第一传感器的上游，在吸入气体的气体流中设置有一阀门(V2)，当为了转换到所述失效模式时所述阀门被转换到关闭状态。
3.如权利要求1所述的探漏器，其特征在于，所述传感器(16)包括一可加热、选择性气体可渗透的薄膜(17)，当为了转换到所述失效模式时停止对所述薄膜的加热。
4.如权利要求1至3任一权利要求所述的探漏器，其特征在于，设置一嗅探探头(12)，以用于从空气中吸入气体，所述第一传感器(16)设置在一测量管(35)上，所述第二传感器(38)设置在一进气管(36)上，所述进气管直接从所述嗅探探头(12)引出并到达所述真空泵(13)，所述进气管携带的气体的流速大于所述测量管中气流的流速，以增加距离灵敏度。
5.如权利要求1至3任一权利要求所述的探漏器，其特征在于，所述第二传感器设置在一位置处，在该位置处存在一恒定总压力，该总压力对应大气压力，具体地，所述第二传感器设置在所述探漏器的一进气管(36)处或空气入口处。
6.如权利要求1所述的探漏器，其特征在于，为实现所述第一传感器(16)的失效模式，设置一旁通管(54)，所述旁通管(54)包括由一控制装置(40)控制的阀门(56、56a)。
7.一种具有真空泵(13、53)的探漏器，通过所述真空泵气体被吸入，所述探漏器中一第一传感器(16a)用于探测被吸入气体中的至少一种气体组分，所述第一传感器为可渗透气体选择性传感器，其特征在于：
提供热导传感器型的一第二传感器(38)，以用于探测吸入气体的热导率，以及
当总压力大于一限定值时，提供用于将所述第一传感器(16a)转换到失效模式的装置，所述第一传感器(16a)用于检测低的所述总压力的范围，所述第二传感器用于检测高的所述总压力的范围。
8.如权利要求7所述的探漏器，其特征在于，在所述第一传感器(16a)的上游，在吸入气体的气体流中设置有一阀门(V2)，当为了转换到所述失效模式时所述阀门被转换到关闭状态。
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