DE2841224A1

DE2841224A1 - Gas-leckmessgeraet

Info

Publication number: DE2841224A1
Application number: DE19782841224
Authority: DE
Inventors: Alfred K Franz; Georg Saeuger
Original assignee: Organisation Europeenne de Recherches Spatiales
Current assignee: Organisation Europeenne de Recherches Spatiales
Priority date: 1977-10-04
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1979-04-12
Also published as: BE859352A; FR2405479A1; DE2841224C2; FR2405479B3; GB2005427B; US4195224A; GB2005427A

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE
Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln
Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln
Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln

5 KÖLN 1 21.9.1978 Sch-DB/Se

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

ORGANISATION EUROPEENNE DE RECHERCHES SPATIALES, Rue Mario Nikis, 8-1o, Paris, Frankreich

Gas-Leckmeßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gas-Leckmeßgerät, das mit einem Massenspektrometer arbeitet.

Gebräuchlich ist ein Lecksucher mit Helium, der im wesentlichen aus, einem Massenspektrometer besteht, das auf das Vorhandensein von Helium anspricht. Die Analysenröhre des Massenspektrometer wird in einem System unter Vakuum gehalten, in welchem Helium enthaltende Luft strömt. Bei schwacher Heliumkonzentration in der Luft ergibt sich der Gesamtdruck in dem Vakuumsystem durch die Strömungsgeschwindigkeit der Luft. Der Partialdruck des Heliums P„

ist proportional der Strömungsaeschwindigkeit 0 nach der

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Telefon- (0221) 23 Ί5 41 - 4 ■ Telex - 888 2307 dopa d - Telegramm: Dompalenl Köln

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Gleichung: Q = P„ -S, wobei S die Pumpgeschwindigkeit des Gerätes ist.

Der Meßbereich wird praktisch durch zwei Faktoren eingeschränkt:

1. Die geringe Empfindlichkeit des Massenspektrometers im Bereich sehr hohen Vakuums, in dem der Geräuschpegel sehr niedrig ist. Der kleinste gegenwärtig

-13 -14 neßbare Partialdruck entspricht 1o bis 1o mm Hg

Stickstoff (1,333 . 1o~¹¹ bis 1,333 . 1o~¹° Pa).

2. Der Geräuschpegel, der -viel höher liegt als der kleinste meßbare Partialdruck, wenn der Betriebsdruck

-4 -6 in dem üblichen Bereich von 1o bis 1o mm Hg

(1,333 . 1o~² bis 1,333 . 1o~⁴ Pa) gehalten wird.

Die Einschränkung des Meßbereiches aufgrund des ersten Paktors läßt sich durch Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Vakuumsystem und/oder durch Herabsetzung der Pumpgeschwindigkeit überwinden. Diese beiden Schritte bewirken eine Vergrößerung des Gaspartialdruckes, aber gleichzeitig haben sie eine Vergrößerung des Betriebsdruckes in dem Vakuumsystem und damit des Geräuschpegels zur Folgender praktisch etwa proportional zum Geßamtdruck steigt. Die Einschränkung aufgrund des zweiten erwähnten Faktors erlaubt die Messung eines Partialdruckes, der fünf oder sechs Größenordnungen kleiner ist als der Gesamtdruck. Für die angegebenen höheren Druckbereiche kann der meßbare Partialdruck in

-9 -12 -7

der Größenordnung von 1o bis 1o mm Hg (1,333 . 1o

bis 1,333 . 1o~¹° Pa) liegen.

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Es sind verschiedene Versuche zur Verringerung dieser Abhängigkeit des Meßbereiches von dem Geräusch unternommen worden - z.B. die Verwendung einer Doppelkonzentration, von Ablenkplatten, einer Ionenzählung -. Jedoch haben alle diese Versuche kostspielige Mittel erfordert und die besten erzielten Resultate waren eine Messung von Partialdrücken etwa acht Größenordnungen niedriger als der Gesamtdruck.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät zu schaffen, das mit einem erhöhten Gaspartialdruck für einen niedrigen Betriebsdruck arbeitet, und das sich durch einen niedrigen Geräuschpegel auszeichnet.

Ein erfindungsgemäßes Gas-Leckmeßgerät mit einem Massenspektrometer , an das eine erste Pumpvorrichtung angeschlossen ist, die in der Kammer eines Massenspektrometer ein relatives 'Vakuum erzeugt, ist gekennzeichnet durch eine weitere selektive Pumpvorrichtung mit einer ersten Pumpgeschwindigkeit für die Luft und mit einer zweiten Pumpgeschwindigkeit für das zu analysierende Gas, wobei die zweite Pumpgeschwindigkeit kleiner als die erste Pumpgeschwindigkeit ist, und durch eine zwischen die selektive Pumpvorrichtung und die erste Pumpvorrichtung eingeschaltete Drosselvorrichtung, die eine Öffnung aufweist, welche so gewählt ist, daß sie eine Menge durchläßt, die im Vergleich zu der von der selektiven Pumpvorrichtung für Luft erzeugten Menge sehr klein ist.

Das erfindungsgemäße Gerät wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, die eine Versuchsan-Ordnung darstellt, die bei einer Zelt-Leckmessanlage

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verwendet wurde, d.h. bei einer Anlage, in welcher der dem Experiment unterworfene Prüfkörper in einem als Zelt bezeichneten abgeschlossenen Raum aufbewahrt wird. Das erfindungsgemäße Gerät ist jedoch auch anwendbar in einer Messanlage mit Ansaugung.

Ein dem Versuch zu unterwerfender Prüfkörper S ist in einem Zelt 1 untergebracht. Zweck des Versuches ist es, den Austritt eines in dem Prüfkörper S enthaltenen Gases zu messen. Infolge des Lecks wächst die Gaskonzentration in der in dem Zeltraum 1 enthaltenen Luft. Eine homogene Mischung von Luft und diesem Gas wird durch schematisch angedeutete Gebläse 2 erreicht.

Das Messgerät gemäß der Erfindung ist an das Zelt 1 über eine Leitung 3 angeschlossen, in der sich ein Ventil 4 befindet, durch das ein Strom einer Luft-Gasmischung fließt. Das Messgerät enthält ein Massenspektrometer 5, an das eine Pumpeinheit 6 angeschlossen ist, die zur Erzeugung des erforderlichen Vakuums in der Einrichtung 5 ausgewählt wurde. Bei dem Massenspektrometer handelt es sich um eine bekannte Einrichtung, die Ionen des zu analysierenden Gases erzeugt und sie nach ihrem Verhältnis Ladung/Masse trennt, um die Masse von Ionen jeder Art festzustellen. Diese Einrichtung enthält eine bei 7 angedeutete Ionenquelle·und eine Meßvorrichtung 8. Zum Eichen des Gerätes wird eine bekannte Gasmenge in das Zelt eingespritzt und das sich ergebende Signal gemessen.

Gemäß der Erfindung enthält das Massenspektrometer außerdem eine selektive Pumpvorrichtung 9 und eine Drosselanordnung to mit einer geeignet gewählten Öffnung 11. Die selektive Pumpvorrichtung 9 kann aus irgendeinem Aggregat besteht, das eine höhere Pumpgeschwindigkeit für Luft und

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eine geringere Pumpgeschwindigkeit für das zu analysierende Gas hat. Typische Beispiele geeianeter Aggregate sind die Titan-Sublimationspumpe, die Kryogen-Pumpe und die Ionenreduktionspuitipe. Die jeweils zu verwendende Pumpenart hängt von dem zu analysierenden Gas ab. Die Titan-Sublimationspumpe ist besonders geeignet für die Kohlenwasserstoffe, Frigen und die Edelgase; die Kryogen-Pumpe ist insbesondere vorteilhaft für Neon, Deuterium und Helium, weil sie bei Temperaturen im Bereich von 20° bis 25° K arbeitet. Die Ionenreduktionspumpe kann zur Messung von Edelgasen benutzt werden.

Die Drosselanordnung 1o ist zwischen die selektive Pumpvorrichtung 9 und die Pumpeinheit 6 eingeschaltet. Die Öffnung 11 der Drosselanordnung 1o ist so gewählt, daß sie eine Gasmenge durchläßt, die sehr klein im Vergleich zur Förderleistung der selektiven Pumpvorrichtung 9 ist.

Durch die Wirkung der selektiven Pumpvorrichtung 9 werden die Luft und das zu analysierende Gas mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch die Öffnung 11 gepumpt, und zwar wird das Gas mit einer langsameren Geschwindigkeit als die Luft gepumpt und hierdurch ergibt sich eine beträchtliche Erweiterung des Meßbereiches für Gas.

Zum Nachweis dieser Meßbereichserweiterung wurde die Versuchseinrichtung, wie auf der Zeichnung dargestellt, mit einem Ventil 12 ausgestattet, das zu der Drosselanordnung parallelgeschaltet wurde: Bei offenem Ventil 12 arbeitet das Gerät wie ein herkömmlicher Lecksucher und bei geschlossenen Ventil arbeitet das Gerät erfindungsgemäß mit selektiver Pumpwirkung. Dieses Versuchsgerät hat folgende Daten:

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Pumpgeschwindigkeit

für Luft Leckrate

Durchlaßmenge an der Drosselöffnung etwa 4oo Liter pro Sekunde

etwa 1 . 1o

etwa 1 Liter pro Sekunde

mm Hg Liter pro Sekunde

Der Einsatz dieses Gerätes zum Messen des Gaslecks eines Raumschiffes brachte folgende Ergebnisse für die Gaszusammensetzung :

Luft
Argon Krypton (Isotop 84) Geschlossenes
Ventil

2,5 . 1o mm Hg
1 . 1o mm Hg
6 . 1o~ mm Hg (etwa 2 . 1o mm Hg

Geöffnetes Ventil

3,3 . 1ο mm Hg

—8

3,3 . 1ο mm Hg

errechnet)

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Leerseite

Claims

Anspruch

Gas-Leckmeßgerät mit einem Massenspektrometer, an das eine erste Pumpvorrichtung angeschlossen ist, die in dem Gerät ein relatives Vakuum erzeugt, gekennzeichnet durch eine weitere selektive Pumpvorrichtung (9) mit einer ersten Pumpgeschwindigkeit für Luft und mit einer zweiten Pumpgeschwindigkeit für das zu analysierende Gas, wobei die zweite Pumpgeschwindigkeit kleiner als die erste Pumpgeschwindigkeit ist, und durch eine zwischen die selektive Pumpvorrichtung (9) und die erste Pumpvorrichtung (6) eingeschaltete Drosselanordnung (1o), die eine Öffnung (11) aufweist, welche so gewählt ist, daß sie eine Menge durchläßt, die im Vergleich zu der von der selektiven Pumpvorrichtung (9) für Luft geförderten Menge sehr klein ist.

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