DE3715452A1 - Leckfuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasleckfühler und ist insbeson­ dere, jedoch nicht ausschließlich mit Fühlern befaßt, die ein Massenspektrometer enthalten, das auf die Anwesenheit eines Testgases anspricht. Die Erfindung ist vorwiegend auf einen Leckfühler gerichtet, der tragbar oder in anderer Weise als integrale Einheit aufgebaut ist, z.B. zum Anpassen oder Einpassen an bzw. in ein System, das eine Kamner oder ein Gehäuse enthält, welche(s) auf Lecken geprüft werden soll.

Es ist bekannt, einen Gegenstand auf Lecken dadurch zu prüfen, daß ein Suchgas wie Helium gegen eine Fläche des Ge­ genstandes gerichtet wird und daß ein Vakuumdetektor wie ein Massenspektrometer benutzt wird, um die Anwesenheit von Such­ gas zu erfassen, das zu einer entgegengesetzt liegenden Fläche durchgedrungen ist.

Typischerweise wird das Suchgas so angewendet, daß es die Au­ ßenseite des zu untersuchenden Gegenstandes, beispielsweise einer Kammer, umspült, deren Inneres ausgepumpt wird und die mit dem Massenspektrometer in Verbindung steht. Alternativ kann das Suchgas unter Druck in das Innere des zu untersu­ chenden Behälters eingeführt werden, während eine evakuier­ te, mit einem Massenspektrometer in Verbindung stehende Sonde über die Außenfläche des Behälters geführt wird. In jedem Fall zeigt das Massenspektrometer ein Lecken durch An­ sprechen auf das Helium oder das andere benutzte Suchgas an.

Zur zufriedenstellenden Ausführung sollte das Massenspektro­ meter bei einem niedrigen Druck von typischerweise in der Größenordnung von 10^-4 mbar arbeiten, und solche Druckwerte sind in Anwesenheit von kondensierbaren Dämpfen wie Wasser­ dampf oder anderen Verunreinigungen, wie flüchtige Kohlenwas­ serstoffe, die aus dem Inneren des zu untersuchenden Gegen­ standes entwickelt werden können, schwierig zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

Es sind eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, um zu verhindern, daß kondensierbare Dämpfe ein als Leckfühler benutztes Massenspektrometer erreichen. Bei einem solchen Verfahren wird eine gekühlte Fläche zwischen die zu untersu­ chende Kammer und das Massenspektrometer gesetzt, um derarti­ ge Dämpfe daran kondensieren zu lassen. Die gekühlte Fläche, die in Form einer Kältefalle oder einer Kältekammer bestehen kann, wird am Einsatz des Massenspektrometers angeordnet und kann durch eine kryogene Flüssigkeit, z.B. Flüssig-Stick­ stoff, gekühlt werden. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß ein dauernder Nachschub der kryogenen Flüssig­ keit erforderlich ist, was sich als schwierig und unbequem erweist, und Lagerungsprobleme erzeugen kann, und außerdem leidet dieses Verfahren an dem Nachteil, daß so kondensierte Dämpfe nicht permanent aus dem Niederdrucksystem entfernt werden oder nicht unwirksam bleiben.

Bei einem anderen Verfahren, bei dem die zu untersuchende Kammer mittels einer Haupt-Dampfdiffusionspumpe evakuiert wird, die durch eine mechanische Pumpe gestützt wird, wird die Diffusionspumpe so ausgelegt, daß sie ein schlechtes Druckverhältnis für Helium besitzt, jedoch Luft und Wasser­ dampf wirksam auspumpt. Die zu untersuchende Kammer wird zwi­ schen der Hauptpumpe und der Stützpumpe angeschlossen. Die Hauptpumpe, die alternativ auch eine Turbomolekular-Pumpe sein kann, pumpt sowohl Luft als auch kondensierbare Dämpfe aus dem Massenspektrometer ab, läßt jedoch Helium von der Kammer zum Spektrometer in Gegenrichtung durch. Diese Be­ triebsweise erlaubt eine Lecktestung bei Druckwerten in der Testkammer bis zu 0,7 mbar. Jedoch ist die Empfindlichkeit der Untersuchung im Vergleich zu dem oben beschriebenen übli­ chen Verfahren stark herabgesetzt, und die Ansprechzeit des Fühlers erhöht, da sie von der Stützpumpe abhängt. Weiterhin ist die Reaktion auf die Leistungszuführung für den Diffu­ sionspumpenheizer sehr empfindlich.

Es ist damit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Gas­ leckfühler zu schaffen, der besser fähig ist, einen optima­ len Betriebsdruckwert aufrechtzuerhalten.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Vorrichtung zur Leckprüfung eines Gegenstandes geschaffen durch Erfassen des Durchleckens eines Suchgases durch den Gegenstand mit einem Vakuumfühler, wobei die Vorrichtung ein Pumpsystem enthält, das vorwiegend zum Evakuieren des zu untersuchenden Gegen­ standes dient, zusammen mit einem Hilfspumpsystem zum Eva­ kuieren eines Suchgasfühlers, der auf das durch den Gegen­ stand hindurchleckende Suchgas reagiert.

Das vorwiegend zur Evakuierung des zu untersuchenden Gegen­ standes dienende Pumpsystem enthält üblicherweise eine Diffu­ sionspumpe bekannter Art und kann die bekannte Kombination aus Diffusionspumpe mit Stützpumpe (mechanischer Vorpumpe) umfassen.

Idealerweise umfaßt die Hilfspumpe ebenfalls eine Diffusions­ pumpe bekannter Art, die durch die Stützpumpe (Vorpumpe) des zum Auspumpen des Gegenstandes dienenden Pumpsystems oder durch eine unabhängige Stützpumpe unterstützt wird. Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung kann die Diffu­ sionspumpe durch eine Turbomolekular-Pumpe ersetzt werden.

Vorteilhafterweise ist der Suchgasfühler ein Massenspektrome­ ter der auf diesem Fachgebiet wohlbekannten Art.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher mit Bezug auf die Zeichnung erläutert, in der die einzige Figur eine schematische Darstellung einer tragbaren Massen­ spektrometer-Leckfühlereinheit mit den erfindungsgemäßen zwei Pumpen zeigt.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Leckfühlereinheit 2 eine tragbare Leckfühlereinheit, die als integrale Einheit innerhalb eines Gehäuses 4 aufgebaut ist. Die Leckfühlerein­ heit 2 kann andererseits aber auch so ausgelegt sein, daß sie auf oder in ein System gepaßt werden kann, das ein Gehäu­ se oder eine Kammer 6 enthält, welches auf Gaslecken zu un­ tersuchen ist.

Der Leckfühler 2 enthält außerhalb des Gehäuses 4 einen Vielzweck-Einlaß 8, der zur Verbindung mit der zu untersu­ chenden Kammer 6 in bekannter Weise angepaßt ist. Der Einlaß 8 ist über ein Grob- oder Vorpumpventil 10 mit einer Vorpum­ pe 12 verbunden, die zur Erzeugung einer Anfangs-Grobevakuie­ rung der Kammer 6 wirksam ist, bevor die Verbindung mit dem Leckfühler selbst über das Prüfventil 14 hergestellt wird. Während der Grobevakuierung ist das Vorpumpventil 10 geöff­ net und das Prüfventil 14 geschlossen.

An das Prüfventil 14 ist der Leckfühler selbst angeschlos­ sen. Zum Leckfühler gehört eine Diffusions- oder Turbomoleku­ larpumpe 16, die über das Prüfventil 14 mit der Kammer in Verbindung gebracht werden kann und durch eine Stütz- oder Vorpumpe 18 ausgepumpt wird. Durch direkte Verbindung über das Prüfventil 14 mit der Kammer 6 bewirkt die Diffusionspum­ pe 16 vornehmlich das Evakuieren der Kammer 6.

An das Prüfventil 14 ist über eine Drosselöffnung 20 auch ei­ ne Hilfsdiffusionspumpe 22 angeschlossen, die in dieser Aus­ führung der Erfindung ebenfalls durch die Vor- oder Stützpum­ pe 18 gepumpt wird, die aber alternativ auch durch eine unab­ hängige Stützpumpe oder durch die Grobpumpe 12 ausgepumpt werden kann.

Die Diffusionspumpe 22 ist direkt mit einem Massenspektrome­ ter-Leckfühler 24 verbunden, der auf das die Kammer 6 umge­ bende oder auf sie abschnittweise aufgebrachte Suchgas rea­ giert.

Die Bemessung der Drosselöffnung 20 stellt sicher, daß die Diffusionspumpe 22 vorherrschend das Massenspektrometer 24 auspumpt, um sicherzustellen, daß irgendeine Erhöhung des Gasdruckes innerhalb der Kammer 6, die z.B. von außerordent­ lichem Einlecken von Gas in die Kammer oder von Entwicklung oder Desorption von Gas von den Wänden der Kammer herrührt, keine entsprechende Erhöhung des Gasdruckes im Massenspektro­ meter 24 erzeugt. Die vorliegende Erfindung stellt demzufol­ ge sicher, daß der Gasdruck im Massenspektrometer auf einem optimalen Pegel, vorzugsweise unter 10^-4 mbar gehalten werden kann, relativ unabhängig von Gasdruckschwankungen in­ nerhalb der Kammer 6.

Durch Benutzen der Erfindung kann die Größe des Pumpsyste­ mes, das zur Aufrechterhaltung eines optimalen Gasdruckes im Massenspektrometer 24 unabhängig von relativ hohem Gasdruck in der Kammer 6 notwendig ist, beträchtlich verringert werden. Typischerweise kann eine Diffusionspumpe mit einer Pumpgeschwindigkeit von 100 l/s bei einem üblichen Massen­ spektrometer-Leckfühler mit nur einer solchen Pumpe durch zwei Diffusionspumpen mit jeweiligen Pumpgeschwindigkeiten von nur 10 l/s ersetzt werden.

Es ist einzusehen, daß der erfindungsgemäße Leckfühler ein billigeres und wirksameres Pumpsystem ergibt bei Aufrechter­ haltung eines konstanteren und niedrigeren Gasdruckes inner­ halb des Massenspektrometers selbst.

Die Verwendung von zwei Diffusions- oder gleichartigen Pumpen bei einer unabhängigen Leckfühlereinheit ermöglicht es, die Einheit kompakter und dadurch leichter tragbar oder besser in bestehende Systeme einpaßbar zu gestalten.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Leckprüfung eines Gegenstandes durch Er­ fassen des Durchleckens eines Suchgases durch den Gegen­ stand mit einem Vakuumfühler, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpsy­ stem (16, 18) vorzugsweise zum Evakuieren des zu untersu­ chenden Gegenstandes (6) vorgesehen ist, zusammen mit einem Hilfs-Pumpsystem (20, 22, 18) zum Evakuieren eines auf das durch den Gegenstand hindurchleckende Suchgas an­ sprechenden Suchgasfühlers (24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpsy­ stem (16, 18) zum Evakuieren des zu untersuchenden Gegen­ standes (6) und das Hilfspumpsystem (22, 18) zum Zulassen eines Gasstromes angeschlossen (14) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpsy­ stem (16, 18) und das Hilfspumpsystem (20, 22, 18) im we­ sentlichen am Einlaß (8) des zu untersuchenden Gegenstan­ des (6) bzw. des Suchgasfühlers (24) angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpsy­ stem (16, 18) mit dem Hilfspumpsystem (22, 18) über eine Drossel-Öffnung (20) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dros­ sel-Öffnung (20) in ihrer Größe bemessen ist, sicherzu­ stellen, daß ein Anstieg des Gasdruckes in der zu untersu­ chenden Kammer (6) keinen entsprechenden Anstieg des Gas­ druckes im Suchgasfühler (24) erzeugt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpsy­ stem (16, 18) und das Hilfspumpsystem (20, 22, 18) inner­ halb des Vorrichtungs-Gehäuses (4) enthalten sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpsy­ stem (16, 18) eine Diffusionspumpe oder Turbomolekularpum­ pe (16) enthält.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfspumpsystem (20, 22, 18) eine Diffusions- oder Turbo­ molekularpumpe (22) enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu­ sions- oder Turbomolekularpumpe (16, 22) durch eine Vor­ pumpe (18) gestützt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätz­ lich eine unabhängige Vorpumpe (12) zum anfänglichen Aus­ pumpen des Suchgasfühlers (24) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Such­ gasfühler ein Massenspektrometerkopf (24) ist.