DE4408877A1 - Testgaslecksucher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Testgaslecksuchers sowie auf einen für die Durchfüh­ rung dieses Verfahrens geeigneten Testgaslecksucher.

Testgaslecksucher der hier betroffenen Art werden zum Beispiel an eine Prüfkammer angeschlossen, in der sich ein oder mehrere Prüflinge befinden. Für den Fall, daß ein Prüfling leck ist, gelangt im Prüfling befindliches Testgas in die Prüfkammer und von dort aus in den Testgaslecksucher, mit dessen Hilfe es registriert wird. Bei einer weiteren Lecksuchmethode ist der Prüfling selbst mit dem Einlaß des Testgaslecksuchers verbunden. Der Prüfling wird von außen mit Testgas besprüht. Ist er leck, gelangt Testgas in den Prüfling und danach in den Testgaslecksucher.

Das durch den Einlaß des Testgaslecksuchers eintretende, für den Fall des Vorhandenseins eines Lecks Testgas enthaltende Gas kann dem im Lecksucher befindlichen Sensor (Testgasde­ tektor) unmittelbar zugeführt werden. Bei Helium als Testgas ist der Testgasdetektor üblicherweise ein auf die Masse 4 eingestelltes Massenspektrometer, das einen relativ nied­ rigen Betriebsdruck hat und deshalb eine Hochvakuumpumpe mit vorgeschalteter Vorvakuumpumpe benötigt. Wird das auf das Vorhandensein von Testgas zu untersuchende Gas dem Massen­ spektrometer unmittelbar zugeführt, müssen diese Druckverhältnisse berücksichtigt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das zu untersuchende Gas dem Auslaß der Hochvakuumpumpe zuzuführen. Gegebenenfalls vorhandenes Helium gelangt entgegen der Förderrichtung der Hochvakuumpumpe in das Massenspektrometer und wird dort registriert (Gegenstrom-Prinzip).

Die Empfindlichkeit von Testgaslecksuchern der beschriebenen Art ist u. a. durch den internen Testgas- bzw. Heliumunter­ grund begrenzt. Die Ursache dieses Untergrundes ist insbe­ sondere Helium aus früheren Messungen, das in Dichtungen und/oder in das Öl der Vorvakuumpumpe hineindiffundiert ist. Aus den Dichtungen und dem Öl langsam austretendes Testgas gelangt entgegen der Förderrichtung der Vakuumpumpen zum Massenspektrometer und verursacht den unerwünschten Unter­ grund.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit der Testgaslecksuche zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch Modulation des Gasstromes im Einlaß des Leckdetektors nach den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Durch die Anwendung der Erfindung können nicht modulierte Störungen, insbesondere der nicht modulierte Testgasuntergrund des Gerätes nach dem Prinzip der phasenempfindlichen Gleichrichtung eliminiert werden. Es besteht deshalb die Möglichkeit, sehr kleine Leckraten trotz des Vorhandenseins hoher Untergründe nachzuweisen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Zeitverhalten bei sehr kleinen Signalen/Leckraten deutlich besser ist als beim Stand der Technik.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbei­ spiel für einen Testgaslecksucher nach der Erfindung sowie

Fig. 2 und 3 Alternativen für Vorrichtungen zur Modulation des Einlaßgasstromes.

Beim Testgaslecksucher 1 nach Fig. 1 sind der Einlaß mit 2, die sich an den Einlaß 2 anschließende Leitung mit 3 und der als Massenspektrometer ausgebildete Testgasdetektor mit 4 bezeichnet. An den Einlaß des Massenspektrometers 4 ist über die Leitung 5 die Hochvakuumpumpe 6 (vorzugsweise eine Turbomolekularvakuumpumpe), angeschlossen. An den Auslaß der Hochvakuumpumpe 6 schließt sich die Leitung 7 mit dem Ventil 8 an, welche mit dem Einlaß der Vorvakuumpumpe 9 in Verbin­ dung steht. An die Leitung 3 sind die Leitungsabschnitte 11, 12 mit den Ventilen 13, 14 angeschlossen. Über die Leitungen 11, 12 gelangt das in den Einlaß 2 eintretende Gas entweder unmittelbar (Leitung 11) oder mittelbar (Leitung 12) in das Massenspektrometer 4. Die Auswahl des Gasweges erfolgt mit Hilfe der Ventile 13, 14. Sind die Ventile 8 und 13 ge­ schlossen, dann kann bei offenem Ventil 14 die Vorvakuum­ pumpe 9 der Evakuierung des Prüflings oder der Prüfkammer (nicht dargestellt) dienen, welche vor dem Beginn der Lecksuche mit dem Einlaß 2 verbunden werden.

Um den erfindungsgemäßen Betrieb des Testgaslecksuchers 1 zu ermöglichen, befindet sich in der Leitung 3 ein Bauteil, das eine Modulation des durchströmenden Gases ermöglicht. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Ventil 16 vorgese­ hen, dessen Öffnungsquerschnitt veränderbar ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen eine regelbare Drossel 17 bzw. eine rotie­ rende Drosselklappe 18 in der Leitung 3. Sämtliche Bauteile ermöglichen eine vorzugsweise periodische Einlaßgasstrommo­ dulation.

Fig. 1 zeigt, daß zur Betätigung des Ventils 16 ein Schal­ ter 22 vorgesehen ist, der seinerseits vom Frequenzgenerator 21 betätigt wird. Das vom Frequenzgenerator 21 gelieferte Signal wird außerdem einem Verstärker 23 als Referenzsignal zugeführt. Der Verstärker 23 dient der Verarbeitung der vom Testgasdetektor 4 gelieferten Signale. Nach einer Verstär­ kung und phasenempfindlichen Gleichrichtung entsprechend dem LOCK-IN-Prinzip erfolgt die Signalanzeige. Als Signalanzeige ist der Block 24 dargestellt.

Bei moduliertem Einlaßgasstrom liegt am Ionenfänger des Massenspektrometers ebenfalls ein moduliertes Signal an, das vom synchron arbeitenden Verstärker nach dem LOCK-IN-Prinzip zu einem Gleichspannungssignal verarbeitet und bei 24 angezeigt wird. Insbesondere von einem Heliumuntergrund verursachte Störungen werden dadurch eliminiert. Extrem kleine Leckraten können noch festgestellt werden. Die vom Frequenzgenerator erzeugte Signalfrequenz f sollte kleiner als der Kehrwert der Zeitkonstanten t des Vakuumsystems sein, damit das Signal am Ionenfänger noch eine (hinreichend große) Modulation aufweist.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb eines Testgaslecksuchers (1) mit einem Gaseinlaß (2) und einem testgasempfindlichen Detektor (4), bei welchem ein in den Einlaß (2) gelan­ gender, im Falle des Vorhandenseins eines Lecks Testgas enthaltender Gasstrom dem Detektor (4) ganz oder teilweise zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom vorzugsweise periodisch moduliert wird und daß die Signale des Testgasdetektors (4) synchron mit der Modulation des Gasstromes verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Gasstromes und die Verarbeitung der Signale des Testgasdetektors nach dem LOCK-IN-Prinzip erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der gegebenenfalls Testgas enthaltende Gas­ strom dem Testgasdetektor (4) entweder unmittelbar oder mittelbar - im Gegenstrom einer an den Testgasdetektor (4) angeschlossenen Hochvakuumpumpe (6) - zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Modulations- und Signalverarbeitungsfrequenz nicht im Bereich der Netzfrequenz oder im Bereich der Zeitkonstanten des Vakuumsystems liegt.

5. Für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1, 2, 3 oder 4 geeigneter Testgasleck­ sucher (1) mit einem Einlaß (2) und einem Testgasde­ tektor (4), dadurch gekennzeichnet, daß einlaßseitig eine Vorrichtung (16, 17, 18) zur Modulation des Einlaßgasstromes vorgesehen ist.

6. Testgaslecksucher nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Vorrichtung zur Modulation des Einlaßgasstromes ein regelbares Ventil (16), eine regelbare Drossel (17) oder eine rotierende Drossel­ klappe (18) vorgesehen sind.

7. Lecksucher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Testgasdetektor (4) ein Massenspek­ trometer ist, dessen Einlaß mit einer Hochvakuumpumpe (6) in Verbindung steht und an dessen Signalausgang ein Verstärker (23) angeschlossen ist.

8. Lecksucher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzgenerator (21) zur Steuerung des Bauteiles (16, 17, 18) und zur Steuerung des Verstärkers (23) vorgesehen ist.