CN117501083A - 泄漏检测器 - Google Patents
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Abstract
一种用于整体和局部泄漏检测组合的泄漏检测装置，包括：测试试样端口(14)；试样高真空泵(16)，其入口与所述测试试样端口(14)连接；至少一个预真空泵(20)，其入口通过测试试样管线(18)与所述试样高真空泵(16)的出口(19)连接；以及气体检测器(32),其与至少一个预真空泵(20)连接，所述气体检测器(32)通过至少一条第一气体管线(28)与所述试样高真空泵(16)、所述测试试样管线(18)和/或所述测试试样端口(14)连接，使得来自所述试样端口(14)的气体通过所述第一气体管线(28)供应给所述气体检测器(32)进行气体分析；其特征在于：在所述测试试样管线(18)中配置与气体压力传感器连接的气体测压体积(22)，使得在使用所述气体检测器(32)进行气体测量时，可以通过测量所述气体测压体积(22)中的压力曲线来进行整体泄漏检测。
Description
本发明涉及一种泄露检测装置和用于整体和局部泄漏检测组合的泄漏检测方法。
在整体气体泄漏检测的“上升率”方法中，借助真空泵对试样进行抽真空，然后测量抽真空试样中的总压力曲线，以便根据总压力曲线推断试样的气体泄漏。如果压力基本恒定，则可以假设试样是紧密的。如果总压力曲线增加，则假设试样存在泄漏。
作为整体泄漏检测的替代方案，局部泄漏检测是在喷枪的帮助下或在嗅探器泄漏检测器的帮助下进行的，以定位试样中的泄漏位置。在传统的气体泄漏检测方法中，只能进行整体泄漏检测或局部泄漏检测。对于压力增加测量，必须完全隔离待测体积，即测量过程中不得进一步排空测量体积，以免压力发生变化。然而，相比之下，具有测试气体喷枪的传统泄漏检测设备需要从测试试样连续泵送待测量的气体。现有泄漏检测装置不可能同时测量整体密封性和测试气体喷雾泄漏检测。
相比之下，本发明的目的是提供一种改进的检漏装置和改进的检漏方法。
在本发明的检漏装置的第一变型中，连接待测试样的测试试样端口与试样高真空泵的入口相连。试样高真空泵的出口通过试样管线与预真空泵的入口连接。此外，所述预真空泵与气体检测器连接，所述气体检测器通过至少第一气体管线与所述试样高真空泵、所述试样管线和/或所述试测试试样端口连接，使得所述气体检测器通过所述第一气体管线从所述试测试试样端口供应用于气体分析的气体。本发明第一种变型的特点是，在测试试样管线中形成与气体压力传感器连接的气体测压体积，以便在使用气体检测器进行气体分析时，可以通过同时测量气体测压体积中的压力曲线进行整体泄漏检测，例如总压力、差压、气体压力或分压。
在本发明的检漏装置的第二种变型中，还设有待测试样连接的测试试样端口，预真空泵的入口通过检测器管线与检测器高真空泵的出口连接。所述气体检测器与所述检测器高真空泵的入口连接，并通过至少一条第一气体管线连接至所述测试试样管线和/或所述测试试样端口，使得所述气体检测器通过所述气体管线由所述测试试样端口提供气体。本发明第二变型的特点是，在所述检测器管线中形成与所述气体压力传感器相连的气体测压体积，使得在所述气体检测器进行气体测量时，可以通过测量所述气体测压体积中的压力曲线来进行整体泄漏检测。
所述气体检测器可以是能够以气体选择方式检测某种气体的分压传感器，例如质谱仪。
本发明的两种变体的共同特征是，与气体压力传感器连接的气体测压体积，在使用气体检测器进行气体测量时或之后，通过测量气体测压体积中的压力曲线来实现整体泄漏检测，以进行局部泄漏检测。所述气体检测器用于局部检漏，所述气体测压体积及其连接的气体压力传感器可与局部检漏同时或快速交替进行整体检漏。
在本发明的整体和局部泄漏检测组合的检漏方法中，首先将测试试样连接到测试试样端口，然后将测试试样抽真空。将测试试样中的气体输送到气体测压体积中，在气体测压体积中测量一段时间内总压力的压力曲线。同时，在试样上喷上试验气体，例如以氢气或氦气的形式，从测试试样中抽出的部分气体通过气体管线供给气体检测器，由气体检测器进行分析。同时，试样高真空泵可以对从测试试样中抽出的气流进行分流，使轻质气体组分通过气体管线供给气体检测器，而试样高真空泵从测试试样中抽出的气体大部分被压缩到气体测压体积中。这是典型的空气。压缩成气体测压体积的空气不能通过测试试样高真空泵进入气体检测器。
在这里，如果在气体测压体积和预真空泵之间形成一个选择性可锁定的截止阀，以便在增压测量期间将气体测压体积与预真空泵分开，这是一个优点。因此，在压力增加测量期间，可使用预真空泵来抽离气体检测器和/或与气体检测器连接的检测器高真空泵。这对于质谱气体检测器来说是特别有利的。
因此，气体管线可以将测试试样高真空泵的中间气体端口与气体检测器连接，例如，通过检测器高真空泵的中间气体端口。另外，可提供气体管线，将测试试样高真空泵与预真空泵和/或气体测压体积与气体检测器之间的测试试样管线连接起来，例如，通过检测器高真空泵的中间气体端口。在这里，可以在中间气体管线中设置一个具有预设电导的节流阀，以便从气体测压体积向气体检测器提供连续的气流。考虑到已知的节流阀的电导和/或通过节流阀的压降，可以确定气体测压体积的总压力增加。
具体地说，测试试样高真空泵可以是与常规质谱逆流检漏仪一起操作的增压泵。每条中间气体管线，如果可能的话，检测器高真空泵和预真空泵之间的连接管线应各设有一个选择性关闭的截止阀。
气体测压体积上设有气体压力传感器，用于测量气体测压体积内的压力曲线。气体压力传感器可以是气密性传感器，也可以是用于总压力测量的压力表。
在附图中：
图1示出了泄漏检测装置的第一示例性实施例的示意框图；
图2示出了第一压力曲线；
图3示出了第二压力曲线；
图4示出了泄漏检测装置的第二示例性实施例的示意框图；以及
图5示出了泄漏检测装置的第三示例性实施例的示意框图。
图1所示的示例性实施例是指本发明的第一变型。测试试样12连接到测试试样端口14，该测试试样端口14以导气方式连接到测试试样高真空泵16的输入端。测试试样高真空泵16通过测试试样管线18与预真空泵20连接，具有气体测压体积22，该气体测压体积22通过测试试样管线18的第一部分与测试试样高真空泵16的出口19连接，并通过测试试样管线18的第二部分以导气方式与预真空泵20的入口连接。气体测压体积22与气体压力传感器24连接，气体压力传感器24测量气体测压体积22内的气体压力p1。
测试试样高真空泵16的中间真空端口26通过第一气体管线28与检测器高真空泵30连接。检测高真空泵30和测试试样高真空泵16均为常规设计的涡轮分子泵。检测器高真空泵30的入口与气体检测器32连接。气体检测器32是由检测器高真空泵30抽真空的质谱仪。检测器高真空泵30通过连接管线34与预真空泵20连接。图1所示的组件是基于逆流原理的质谱气体检漏仪，其中气体从测试试样12通过逆流中的气体管线28进入气体检漏仪32。
第二气体管线36将气体测压体积22与检测器高真空泵30的另一个中间气体端口连接起来。这里，第二气体管线36有一个节流阀38与例如预设可调的气体传导。通过第二气体管线36，气体可从气体测压体积22逆流中连续进入，经检测器高真空泵30进入气体检测器32。虽然在图1所示的示例性实施例中，将第一气体管线28和第二气体管线36组合显示，但是可以想象在图中未显示的其他示例性实施例，其中提供第一气体管线28而没有第二中间气体管线36，或者提供第二中间气体管线36而没有第一气体管线28。
第三气体管线40在所有示例性实施例中是可想象的，并且在图中所示的示例性实施例中提供。第三气体管线40以导气方式将气体测压体积22与气体检测器高真空泵30的进一步中间气体端口连接，并具有选择性关闭阀V3。气体测压体积22可通过阀门V3和第三中间气体管线40排出。
第一气体管线28具有可选择性关闭的第一截止阀V1。第二中间气体管线36具有可选择性关闭的第二截止阀V2。第三中间气体管线40具有可选择性关闭的第三截止阀V3。连接气体测压体积22和预真空泵20的测试试样管线18的第二部分具有可选择性关闭的第四截止阀V4。连接检测高真空泵30与预真空泵20的连接管线34具有可选择性关闭的第五截止阀V5。
第一气体管线28设有第二压力传感器42，该第二压力传感器42分别测量测试试样高真空泵16的中间气体出口和中间气体真空端口26处的压力。
连接管线34在第五阀V5与检测器高真空泵30出口之间有第三压力传感器44，该第三压力传感器44测量检测器高真空泵30出口的压力。
气体压力传感器24位于测试试样高真空泵16的预真空端口处，因此在一定程度上位于泄露检测器的入口处。在本发明的方法中，测量气体测压体积22中的压力增量位于被测的测试试样高真空泵16的后面，即下游。测试试样高真空泵16也可称为增压泵。
测试试样高真空泵16将从测试试样12抽出的气流分离成氦气和/或氢气等轻组分，主要输送到检测器高真空泵30，用于局部泄露检测(喷雾检漏)，而从测试试样12抽出的大部分空气则输送到测试试样高真空泵16后面，即下游的气体测压体积22中。由于中间气体真空端口26与测试试样高真空泵16出口之间存在较大的压缩，测试试样高真空泵16对空气组分起到了阻隔作用。通过开关连接到气体测压体积22的检测器管线18、36、40中的至少一个阀门，即阀V2、V3或V4中的至少一个，优选通过开关该第三阀V3，循环关闭气体测压体积22。当空气流入并被测试试样高真空泵16压缩时，气体测压体积22中的压力增加，并由压力传感器24测量。压力的增加与测试试样12的整体泄漏成正比。对此，中间气体真空端口26也可简称为中间气体出口，连续打开并与气体检测器32相连，更具体地说是检测器高真空泵30的第一中间气体端口。因此，局部泄漏检测(本例为喷雾泄漏检测)可以与基于质谱逆流原理的整体泄漏检测同时进行。
作为通过第四阀V4完全关闭气体测压体积22的替代方案，可以通过第二中间气体管线36的节流阀38将气流引导到检测器高真空泵30的第二或同一中间气体端口。经测试试样高真空泵16压缩进入气体测压体积22的气体可经节流阀38流动，并逆流通过检测器高真空泵30进入气体检测器32。通过节流阀38的压降可以确定，并且与压力增加一样，该压降是测试试样12的整体泄漏的度量。在该方法中，还可以通过测试试样高真空泵16的开放中间气体真空端口26进行与整体泄漏检测并行的局部泄漏检测。
下面，用图2中的压力分布曲线来描述压力增加的测量。在此过程中，通过泄漏进入测试试样12的气体被测试试样高真空泵16从测试试样12中抽走。由于压缩差异，轻气体，如氦，主要被输送到检测器高真空泵30。因此，氦常被用作测试气体。而剩余的空气主要被输送到试样高真空泵16后面的气体测压体积22中。由于测试试样高真空泵16的中间气体真空端口26与其用于空气元件的出口19之间的压缩较大，气体聚集在气体测压体积22内，使测压体积22内的压力增大。压力的增加与试样的整体泄漏率成正比。
由于所有进入的气体都是通过测试试样高真空泵16输送的，因此气体测压体积22中的压力增加与测试试样12的体积无关。压力通过连接到气体测压体积22的合适的总压力传感器或气密性传感器(例如，压力传感器24)被测量。
气体测压体积22中的压力最好保持在测试试样高真空泵16仍能很好地保持压缩且轻气体回流低的范围内。通常情况下，压力范围在0毫巴到5毫巴之间。在这方面，压力p1应保持在0毫巴和5毫巴之间。如果压力p1增加太多，可以通过短暂打开连接到气体测压体积22的检测器管线18、36、40中的至少一个阀门来排出气体，即第二阀V2、第三阀V3或第四阀V4或这些阀V2、V3、V4的任何组合。
在预设的时间t内测量该气体测压体积22内的压力增加，或测量达到一定压力增加的时间。
在通过压力增加法进行整体泄漏测量的同时，也可以通过轻气体(如氦气或氢气)进行局部泄漏检测，因为主要是轻气体通过第一阀V1输送到气体检测器32。这使得可以同时进行局部泄漏检测，方法是用轻测试气体喷洒测试试样，并对整个测试试样12进行整体密封性测量。整体泄漏率是测量气体测压体积22的体积VA和压力增量Δp/Δt的结果，q＝VA[I]*Δp[mbar]/t[s]。
如果第一阀V1、第二阀V2、第五阀V5处于开启状态，而第三阀V3、第四阀V4处于关闭状态，则可以通过压差测量直接测量整体密封性。这里，与上述压力增加测量相反，气体测压体积22并不是完全封闭的。气体经节流阀38输送至检测器高真空泵30。这种节流导致气体测压体积22的压力增加，这是由第一个压力传感器24测量的。压力的增加与测试试样中流入气体的量成正比，因此与泄漏量成正比。由此产生的压力冲程如图3所示，在这里用作泄漏的测量。通过短暂打开第三阀V3和/或第四阀V4，就可以确定机组的最终压力或平衡压力。然后，第三阀V3开启时的平衡压力与阀V3关闭时的压力之间的压力差产生流量。与上述总压测量方法一样，可以同时进行整体泄漏检测和局部氦气或氢气泄漏检测。
图4和图5所示的示例性实施例是指本发明的两个变体，其中测压体积被设置为连接预真空泵20和检测器高真空泵30的检测器管线34的一部分，即在阀V5和检测器高真空泵30之间。在这里，压力传感器24可以通过阀门V5的循环关闭和打开来测量测压体积22中的压力，以便基于压力增加法进行整体泄漏检测。当阀V5关闭时，测量测压体积22中的压力增量。压力的增加与测试试样的整体泄漏率成正比。在V1阀开启的同时，气体检测器可以检测到喷在测试试样12上进行局部检漏的试验气体，对测试试样12进行局部泄漏检测。
可替代地或额外地，如果来自测试试样12周围大气的空气通过泄漏进入测试试样12并从那里供应给气体检测器32，则气体检测器32可用于确定测试气体信号的稳定增加，例如以空气中所含氦气含量的形式。通过这种方式，还可以进行整体泄漏检测。在不修改设备的情况下，用测试气体(如氦气)喷洒测试试样12就可以立即进行局部检测。
从这两种可能性的组合来看，可以将测试试样12中的内部泄漏，例如在测试试样12内部以爆裂氮气管道的形式，与存在于测试试样12外壳中的外部泄漏区分开来。内部泄漏会导致压力上升，压力传感器24可以测量到压力上升，而气体检测器32中的测试气体(例如氦气)背景信号不会增加。
Claims (20)
1.一种用于整体和局部泄漏检测组合的泄漏检测装置，包括：
测试试样端口(14)；
试样高真空泵(16)，其入口与所述测试试样端口(14)连接；
至少一个预真空泵(20)，其入口通过测试试样管线(18)与所述试样高真空泵(16)的出口(19)连接；以及
气体检测器(32),其与所述至少一个预真空泵(20)连接，所述气体检测器(32)通过至少一条第一气体管线(28)与所述试样高真空泵(16)、所述测试试样管线(18)和/或所述测试试样端口(14)连接，使得来自所述试样端口(14)的气体通过所述第一气体管线(28)供应给所述气体检测器(32)进行气体分析；
其特征在于：
在所述测试试样管线(18)中配置与气体压力传感器连接的气体测压体积(22)，使得在使用所述气体检测器(32)进行气体测量时，可以通过测量所述气体测压体积(22)中的压力曲线来进行整体泄漏检测。
2.一种用于整体和局部泄漏检测组合的泄漏检测装置，包括：
测试试样端口(14)；
检测器高真空泵(30)；
至少一个预真空泵(20)，其入口通过检测器管线(34)与所述检测器高真空泵(30)的出口相连；和
气体检测器(32)，其与所述检测器高真空泵(30)的入口相连，所述气体检测器(32)通过至少一个第一气体管线(28)与测试试样管线(18)和/或所述测试试样端口(14)连接，使得来自所述试样端口(14)的气体通过所述第一气体管线(28)供应给所述气体检测器(32)进行气体分析；
其特征在于：
在检测器管线(34)中配置与气体压力传感器(24)连接的气体测压体积(22)，使得在使用所述气体检测器(32)进行气体测量时，可以通过测量所述气体测压体积(22)中的压力曲线来进行整体泄漏检测。
3.根据权利要求2所述的泄漏检测装置，其特征在于，设置有试样高真空泵(16)，所述试样高真空泵(16)的入口与所述测试试样端口(14)连接，所述试样高真空泵(16)的出口(19)通过所述试样管线(18)与所述至少一个预真空泵(20)连接。
4.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，设置了以截止阀(V4，V5)或切断装置的形式用于所述至少一个预真空泵(20)的装置，用于在利用所述气体压力传感器(24)测量所述气体测压体积(22)中的所述压力曲线的同时解除所述至少一个预真空泵的抽吸能力对所述气体测压体积(22)的影响。
5.根据权利要求1或2所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述第一气体管线(28)与所述测试试样高真空泵(16)的中间气体端口相连。
6.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，与所述气体测压体积(22)连接的所述测试试样管线(18)和其他气体管线(36、40)中至少有一条设有节流阀(38)。
7.根据权利要求2的泄漏检测装置，其特征在于，在连接所述气体测压体积(22)和所述检测器高真空泵(30)的中间气体管线(36、40)中设置至少一个节流阀(38)。
8.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述气体管线(28)和/或至少一条中间气体管线(36、40)通向对所述气体检测器(32)进行排真空的检测器高真空泵(30)。
9.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述检测器高真空泵(30)的所述出口与所述预真空泵(20)连接，以便由此排真空。
10.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述气体检测器(32)为质谱仪。
11.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述气体压力传感器(24)是作为总压力传感器、气密性传感器或差压传感器的压力表。
12.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，设置有具有选择性可关闭截止阀(V2、V3)的至少一个其他气体管线(36、40)，和/或所述第一气体管线(28)具有选择性可关闭截止阀(V1)。
13.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，在连接所述检测器高真空泵(30)和所述至少一个预真空泵(20)的所述检测器管线(34)中设有选择性可关闭截止阀(V5)。
14.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述截止阀(V5)形成在连接所述测压体积(22)和所述至少一个预真空泵(20)的所述检测器管线(34)的一部分中。
15.根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于，所述测试试样管线(18)在所述气体测压体积(22)与所述至少一个预真空泵(20)之间具有选择性可关闭截止阀(V4)。
16.一种用于整体和局部泄漏检测组合的泄漏检测方法，其使用根据前述任一项权利要求所述的泄漏检测装置，其特征在于具有以下步骤：
将测试试样(12)连接到测试试样端口(14)；
抽空所述测试试样(12)；
将气体从所述测试试样(12)中抽取到所述气体测压体积(22)中，测量所述气体测压体积(22)中的压力曲线；
用测试气体喷洒到所述测试试样(12)；以及
将从所述测试试样(12)抽取的气体的部分气体流输送到所述气体检测器(32)中，用所述气体压力传感器(24)测量所述气体测压体积(22)中的压力曲线，同时用所述气体检测器(32)对所述气体进行分析。
17.根据权利要求16所述的泄漏检测方法，其特征在于，所述部分气流至少经由所述第一气体管线(28)或者经由所述第一气体管线(28)和中间气体管线(36)输送，所述中间气体管线(36)将所述气体测压体积(22)与所述检测器高真空泵(30)连接并且具有公知的节流阀(38)。
18.根据权利要求17所述的泄漏检测方法，其特征在于，在通过所述中间气体管线(36)输送所述部分气流以确定所述气体测压体积(22)中的所述压力曲线时考虑所述节流阀(38)。
19.根据权利要求16-18中的任一项所述的泄漏检测方法，其特征在于，在使用所述气体压力传感器(24)测量所述气体测压体积(22)中的所述压力曲线时，所述至少一个预真空泵(20)的所述吸气量对所述气体测压体积(22)的影响被解除。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的泄漏检测方法，其特征在于，将所述气体测压体积(22)与所述至少一个预真空泵(20)连接的至少一个气体管线路径，特别是所述检测器管线(34)、所述测试试样管线(18)或至少一个中间气体管线(36、40)，根据所述测压体积(22)中测量的压力的循环关闭和重新打开，在封闭状态下，根据基于压力增加方法的所述测压体积(22)的测量压力增加，推断出试样中的泄漏。
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