DE69208108T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung von Gasleckage - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasleckagetestvorrichtung, die Gas-Mikro-Leckage von bzw. aus einer Testprobe in einen Gasieckagetest detektiert
Stand der Technik
• Gewöhnlicherweise sind verschiedene Arten von Gasleckagetestverfahren und -vorrichtungen vorgesehen, wie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt
• Figur 1 zeigt eine der herkömmlichen Gasleckagetestvorrichtungen, die gemäß dem sogenannten Vakuumverfahren konstruiert ist (das heißt, ein Testverfahren, in dem Versuchsgas zur Tesnprobe hingeblasen wird). Darin ist ein Leckagedetektor 2 verburden mit einer Testprobe 1, so daß das Gas zwischen ihnen fließen kann. Zusätzlich ist eine Saugpumpe 3 mit der Testprobe 1 verbunden, so daß die Innenwand der Testprobe 1 evakuiert wird. Weiter ist eine Hellumgasflasche vorgesehen, die Heliumgas ausbläst (das heißt, He-Gas), und zwar zur Außenwand der Testprobe aus ihrer He-Gas-Blasleitung 5.
• Nachdem die Testprobe unter Verwendung der Vakuumpumpe 3 evakuiert worden ist, verbindet diese Vorrichtung den Leckagedetektor 2 mit der Innenseite der Testprobe, so daß He-Gas zur Testprobe 1 hingeblasen wird, und zwar über die Blasleitung 5. Wenn ein Leckagepunkt in der Wand der Testprobe 1 existiert, muß He-Gas in die Testprobe 1 von einem solchen Punkt aus eintreten, was vom Leckagedetektor 2 detektiert wird.
• Figur 2 zeigt eine andere Vorrichtung gemäß einem anderen Vakuumverfahren (das heißt, das Testverfahren der Haubenbauart bzw. das Haubentestverfahren, daß auch das Versuchsgas (Test- bzw. Sondengas oder "probe gas") zur Testprobe hinbläst). Hierin kann, ähnlich der verherigen Vorrichtung, die in Figur 1 gezeigt wurde, die Testprobe 1 selektiv verbunden werden zu entweder dem Leckagedetektor 2 oder der Saugpumpe 3. Weiter wird diese Testprobe 1 von einem Container bedeckt wie beispielsweise einer Haube 6.
• In dieser Vorrichtung evakuiert die Vakuumpumpe 3 die Testprobe 1 und dann wird Heliumgas in die Haube 6 gefüllt. In diesem Zustand tritt, wenn ein Leckagepunkt in der Testprobe 1 existiert, He-Gas in den Leckagedetektor 2 über diesen Punkt ein, so daß der Leckagedetektor 2 He-Gasleckage detektieren wird. Gemäß dieser Vorrichtung ist es möglich, Gasleckage im gesamten Teil der Testprobe 1 zu detektieren, wodurch die Gasleckagemenge als eine Gesamtheit gemessen werden kann
• Figur 3 zeigt eine Gasleckagetestvorrichtung gemäß dem Vakuuminnendruckverfahren. Hierin wird die Testprobe 1, die mit He-Gas zuvor gefüllt wurde, in eine kammer 7 eingeführt und dann evakuiert die Vakuumpumpe 3 diese Kammer 7. In diesen Zustand, wenn ein Leckagepunkt in der Testprobe 1 vorhanden ist, leckt He-Gas aus diesem Punkt, was von dem Leckagedetektor 2 detektiert wird.
• Figur 4 zeigl eine Gasleckagetestvorrichtung gemäß dem "Schnüffelverfahren". Hierin wird die Testprobe 1, die mit unter Druck gesetztem He-Gas gefüllt ist, in die Kammer 7 eingeführt, und dann evakuiert die Vakuumpumpe 3 die Kammer 7. Zusätzlith schnüffelt ein Schnüffelaufnehmer (Sonde) 4 um die Testprobe 1 herum, und folglich wird He-Gas, das aus dem Leckagepunkt der Testprobe 1 leckt, vom Leckagedetektor 2 detektiert
• Figur 5 zeigt eine Gasleckagetestvorrichtung gemäß dem Integrationsverfahren. Hierin wird die Testprobe 1, die mit unter Druck gesetztem He-Gas gefüllt ist, in eine Haube 8 eingeführt, deren Aufnahmefähigkeit bzw. -kapazität bekannt ist. Nachdem die Vakuumpumpe 3 die Haube 8 evakuiert, wird die Testprobe 1 so wie sie ist für eine lange Zeit gelassen. In einer solchen Zeitperiode mißt diese Vorrichtung tine Veränderung der Heliumdichte im He-Gas, das aus der Testprobe 1 lecken soll. Durch Integrieren einer solchen Variation von Heliumdichte, ist es möglich, die Mikro- Leckagemenge zu detektieren.
• Ungeachtet der oben erwähnten Merkmale leidet jede der herkömmlichen Gasleckagetestvorrichtungen unter den folgenden Nachteilen.
• In den Vorrichtungen, wie in den Figuren 1, 2 gezeigt, wird nach dem Evakuieren der Testprobe 1 He-Gas um die Testprobe 1 herumgefüllt, so daß Gasleckage detektiert wird, und zwar durch das Detektieren von He-Gas, das in die Testprobe eingebracht werden soll. Auf der anderen Seite wird in den Vorrichtungen, wie in den Figuren 3 bis 5 gezeigt, nach dem Füllen der Testprobe 1 mit unter Druck gesetztem He-Gas Gasleckage detektiert und zwar durch Detektieren von He-Gas, das auf die Außenseite der Probe 1 lecken soll. Wie oben beschrieben, unterwerfen die herkömmlichen Vorrichtungen die Innenseite oder Außenseite (das heißt Innenseite der Kammer) der Testprobe 1 einer Vakuumevakuierung. Jedoch ist es auf Grund der Existenz von natürlichem He-Gas (bei 5 ppm) in der Luft schwierig für den Leckagedetektor, korrekt die Gasmikroleckage zu detektieren.
• Um eine solche Gasmikroleckage mit Genauigkeit zu detektieren, muß die Evakuierung auf einen Hochvakuumzustand ausgeführt werden, was die Testzeit länger macht Zusätzlich kann ein solcher Hochvakuumzustand erfordern, daß mehr als zwei Bauarten von Pumpen zusammengekuppelt sind, was das Evakuierungssystem komplizierter macht.
• Beim Untersuchen einer großen Anzahl von Testproben muß die Vakuumevakuierung in einer relativ kurzen Zeitperiode ausgeführt werden. Aus diesem Grund ist es nötig, eine große Vakuumevakuierungsvorrichtung vorzusehen, was jedoch die gesamten Systemkosten erhöht.
• Auch wenn eine solche große Vakuumevakuierungsvorrichtung verwendet wird, können flüchtige Stoffe oder Wassergehalt erzeugt werden, und zwar von der Testprobe oder der Wand des Testbehälters, und Gas oder Luft kann aus Mikro-Löchern der Testprobe ausgestoßen werden. So ist es schwierig, den Vakuumgrad in einer kurzen Zeitperiode zu erhöhen. Zusätzlich kann He-Gas, das in der Luft existiert, als ein Hintergnindrauschen für den Detektor wirken. Diese Faktoren machen die Detektierungspräzision von geleckten He-Gas niedricer.
• Mit Bezug auf den Stand der Technik sei hingewiesen auf WO-88-04774, die eine Einrichtung und einen Prozeß offenbart, die dafür ausgelegt sind, um sowohl große als auch kleine Lecks in Testobekten zu detektieren. Der Kleinleck-Komponentenleckdetektor bzw. Komponentenleckdetektor für kleine Lecks weist Containermittel auf, wie beispielsweise einen Handschuhkasten, der bei einem Druck von ungefähr einer Atmosphäre gehalten wird, und zwar um Testobjekte aufzunehmen, weiter ein beweglichen Aufnehmer, der mit dem Handschuhkasten angeordnet ist, und zwar zum Schnüffeln und zum Aufrehmen der Proben von Detektierungsgas in der Nähe des Testobjekts, eine Antriebspumpe, die aus einer Getter-Pumpe oder einer modifizierten Kryo- Pumpe besteht, die zwischen dem Versuchsaufnehmer und dem Massedetektor zum Messen des Detektierungsgases gelegen ist, und einen Massedetektor. Die Antriebspumpe ist fähig, ein Spül-Träger-Gas einzufangen, wie beispielsweise Stickstoff, aber sie ist niht fähig, ein Detektierungsgas einzufangen, wie beispielsweise Helium.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasleckagetestvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Testen von Gasleckage nach Anspruch 5. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist dementsprechend ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gasleckagetestvorrichtung vorzusehen, die nicht vom Hintergrundrauschen beeinträchtigt wird, das vom Versuchs- bzw. Sondengas unter einem niedrigen Vakuumgrad hervorgeruren wird, so daß Gasmikroleckage mit Leichtigkeit und bei hoher Geschwindigkeit detektiert werden kann.
• Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gasleckagetestvorrichtung vorzusehen, die einen Gasleckagetest an einer großen Anzahl von Testproben ausführen kann, ohne ihre Systemzusammenstellung kompliziert zu machen.
• Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Testen von Gasleckagen mit hoher Genauigkeit und bei hoher Geschwindigkeit vorzusehen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist eine Gasleckagetestvorrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist : Einen Testbehälter, der eine Testprobe in luftdichter Art und Weise speichern bzw. aufnehmen kann; Evakuierungsmittel, die Luft oder Gas aus dem Testbehälter entfernen können; Versuchsgaseinführmittel, die Versuchsgas in das Innere der Testprobe einführen können; Versuchsgasdetektierungsmittel, die mit dem Testbehälter verbunden sind, die Versuchsgas im Testbehälter detektieren; und Ersatzgasliefermittel, die Ersatzgas in den Testbehälter liefern können
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, sind weiter andere bzw. weitere Evakuierungsmittel vorgesehen, die Luft oder Gas aus dem Inneren der Testprobe entfernen können.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist ein Verfahren vorgesehen zum Testen der Gasleckage, das folgende Schritte aufweist: Speichern bzw. Aufnehmen einer Testprobe in einem Testbehälter; Ersetzen der Luft im Testbehälter mit einem Ersatzgas; Detektieren der Dichte des Versuchsgases, das im Testbehälter vorhanden ist, um einen Hintergrundwert zu erhalten; Einführen bzw. Einbringen des Probegases in die Testprobe; Detektieren der Dichte des Probegases im Testbehälter um zu bestimmen, ob oder ob nicht das Probegas aus der Testprobe leckt, und zwar auf Grund des Hintergrundwertes.
• In der oben beschriebenen Konfiguration, nach dem Speichern bzw. Aufnehmen der Testprobe innerhalb des Testbehälters, ersetzen bzw. liefern die Ersatzgasliefermittel Ersatzgas in den Testbehälter, so daß die Innenluft oder das Innengas durcn das Ersatzgas ersetzt werden. Dann entfernen die Evakuierungsmittel Luft oder Gas aus dem Testbehälter, so daß die Dichte des Versuchsgases im Testbehälter verringert wird. Danach detektieren die Versuchsgasdetektierungsmittel die Dichte des Versuchsgases im Testbehälter, wodurch ein Hintergrundwert berechnet wird. Danach führen die Versuchsgaseinführmittel Versuchsgas in das Innere der Testprobe ein. In diesem Zustand, wenn ein Leckagepunkt in der Testprobe existiert, leckt Versuchsgas an bzw. in den Außenraum der Testprobe im Testbehälter, was von den Versuchsgasdetektierungsmittein detektiert wird. Wenn somit der Dichtewert des Versuchgases, der von den Detektierungsmitteln detektiert wird, höher wird als der Hintergrundwert, ist bewiesen, daß ein oder mehrere Leckagepunkte in der Testprobe existieren müssen.
• Übrigens sind als Verfahren zur Gasersetzung des Testbehälters, das von dem Ersatzgasliefermitteln ausgeführt wird, drei Verfahren vorgesehen. Insbesondere wird im ersten Verfahren, die Gasersetzung unter atmosphärischem Druck ausgeführt; im zweiten Verfahren, wird sie ausgeführt nach dem vollständigen Entfernen der Luft oder des Gases aus dem Testbehälter; und im dritten Verfahren, wird sie ausgeführt, nachdem die Luft oder das Gas aus dem Testbehälter zu einem gewissen Grad entfernt wurde. Weiter kann die vorliegende Erfindung ein anderes Verfahren einsetzen, indem die Lußt im dem Testbehälter mit dem Ersatzgas vermischt bzw. verdünnt wird. Hierbei ist es, um den Hintergrundwert zu verringern und auch um die Gasleckagedetektionsgenauigkeit zu verbessern, für die vorliegende Erfindung vorzuziehen, das Verfahren zu verwenden, in dem das Ersatzgas in den Testbehälter eingeführt wird nachdem die Luft oder das Gas aus dem Testbehälter entfernt wurde.
• Wie zuvor beschrieben, wird das Einführen bzw. Einlassen des Versuchsgases in die Testprobe unter dem Zustand ausgeführt, in dem Luft in der Testprobe existiert. Oder es ist möglich, Testgas in die Testprobe einzuführen bzw. einzulassen, nachdem das Innere der Testprobe einer Evakuierung durch die Evakuierungsmittel unterworfen wurde. Um die Gasleckagedetektierungsgenauigkeit zu verbessern, ist es vorzuziehen, Versuchsgas einzuleiten, nachdem das Innere der Testprobe der Evakuierung unterworfen wurde.
• Als Versuchsgas ist es möglich, Fleon-Gas (gegebenenfalls Neon-Gas), Wasserstoff-Gas, Helium-Gas, usw. einzusetzen. Als das Frsatzgas, ist es möglich, Stickstoff-Gas, Sauerstoff-Gas, Dampf, Fleon-Gas, usw. einzusetzen. In diesem Fall doch, darf das Ersatzgas nicht die Komponente des Versuchsgases enthalten. Mit anderen Worten, das Ersatzgas darf nicht die Komponente des Versuchs- bzw. Probegases enthalten, deren Volumen größer ist, als das von zumindest der Luft. Insbesondere ist das Volumen des Versuchsgases geringer als ein zehntel Volumen der Luft. Daher kann, wenn das Fleon-Gas als das Versuchsgas verwendet wird, Fleon-Gas nicht als das Ersatzgas verwendet werden
• Was das Gas betrifft, das in den Testbehälter und die Testprobe eingeführt bzw. eingeleitet werden soll, ist es möglich, abwechselnd entweder das Versuchsgas oder das Ersatzgas zu verwenden. Mit anderen Worten, das Versuchsgas kann in den Testbehälter eingeführt werden, während das Ersatzgäs in die Testprobe eingeführt werden kann. Zusätzlich können verschiedene Modifikationen bei der Verwendung des einzuführenden bzw. einzuleitenden Gases gemacht werden. In diesen Fall können beispielsweise die Versuchsgasdetektormittel mit der Testprobe verbunden werden.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
• Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich, wobei Bezug genommen wird auf die Begleitzeichnung in der die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung klar gezeigt sind
• In der Zeichnung zeigt:
• Figur 1 bis 5 schematische Zeichnungen, die jeweils eine Systemzusammenstellung bzw. -konfiguration der herkömmlichen Gasleckagetestvorrichtung veranschaulichen;
• Figur 6 eine schematische Zeichnung, die eine Systemzusammensteilung bzw. -Konfiguration einer Gasleckagetestvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
• Figur 7 eine schematische Zeichnung, die eine Systemzusammenstellung bzw -konfiguration einer Gasleckagetestvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
• Figur 8 ein Graph bzw. eine Kurve, die nie Variation der Gasleckagegeschwindigkeit von He-Gas zeigt, und zwar mit Bezug auf die Gasersetzung, die N&sub2;-Gas verwendet; und
• Figur 9 eine schematiscne Zeichnung, die eine Konstruktion eines He-Gas-Leckagedetektors unter Verwendung einer Turbomolekularpumpe veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele [A] Erstes Ausführungsbeispiel
• Figur 6 ist eine schematische Zeichnung, die die Gasleckagetestvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In Figur 6 besitzt ein Vakuumbehälter 12 eine Größe, in der eine Testprobe 11 darin in luftdichter Weise gespeichert bzw. aufgenommen werden kann. Hierin ist das Innere dieser Testprobe 11 verbunden mit einem Kupferrohr P1 mit einem Durchmesser von beispielsweise 1/4 Inch (6,4 mm). Dieses Kupferrohr P1 erstreckt sich zur Außenseite des Vakuumbehälters 12 und zwar in luftdichter Weise und ist weiter mit einer Druckflasche bzw. einem Behälter 14 verbunden, der Heliumgas speichert, welches als Versuchsgas verwendet wird, und zwar über ein anderes Rohr 94. Zusätzlich ist ein AUF/ZU-Ventil V2 in der Mitte des Rohres P4 vorgesehen.
• Ein anderes Rohr P5 verbindet den Vakuumbehälter 12 mit einem Reservetank 15, der Stickstoff-Gas speichern wird (das heißt N&sub2;-Gas), das als Ersatzgas verwendet wird. Dieser Reservetank 15 ist weiter mit einer N&sub2;-Gasflasche 16 verbunden und zwar über ein Rohr P6. Hierin ist ein Lüftventii V3. und ein AUF/ZU-Ventil V4 an bzw. in dem Rohr P5 vorgesehen, während AUF/ZU-Ventile V5, V6 auf bzw. im Rohr P6 vorgesehen sind.
• Inzwischen ist der Vakuumbehälter 12 mit einer Vakuumevakuierungseinheit 18 verbunden, und zwar über ein Rohr P7. Zusätzlich ist dieser Vakuumbehälter 12 auch verbunden mit einem Leckagedetektor 19 und zwar über ein Rohr P8. Dieser Leckagedetektor 19 ist konstruiert um Versuchsgas zu detektieren und es dann in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das heißt ein Detektions- bzw. Detektorsignal, das an eine Leckageentscheidungseinhelt (nicht gezeigt) über Drähte 20 ausgegeben wird.
• Als nächstes wird die oben erwähnte Gasleckagetestvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Zuerst wird die Testprobe 11 in den Vakuumbehälter 12 eingeführt, und das Rohr P1 wird mit der Testprobe 11 verbunden. Danach wird die Vakuumevakuierungseinheit 18 angetrieben, so daß sie das Ventil V7 öffnet und die Luft aus dem Behälter 12 entfernt. Nachdem der Innendruck des Vakuumbehälters 12 auf einen gewissen Druck reduziert ist, der ungefähr von 10 Torr (das heißt 1,33*10³ Pa) bis 1 Torr (das heißt 1,33*10² Pa) reicht, wird das Ventil V3 geöffnet, so daß N&sub2;-Gas zum Vakuumbehälter 12 geliefert wird, und zwar von der Druckflasche 16 über den Reservetank 15. Um den Reservetank 15 normal mit N&sub2;-Gas zu füllen, werden die Ventile V5, V6 normalerweise geöffnet. Hier ist das Ventil V4 vorgesehen um den Gasfluß einzustellen; daher ist es normalerweise zu einem gewissen Ventilöffnungsgrad geöffnet, der größer ist als der Minimumventilöffnungsgrad. Nebenbei bemerkt kann die Gasflußsteuerung für N&sub2;-Gas von einem der Ventile V3 oder V4 ausgeführt werden. Nachdem N&sub2;-Gas eingelassen wird, so daß der Innendruck des Vakuumbehälters 12 ungefähr 50 Torr (das heißt 6,65*10³ Pa) erreicht, wird das Ventil V3 geschlossen. Die Öffnen/Schließen-Zeitpunkte der Ventile hängen vom Innendruck des Vakuumbehälters 12 ab, was mit der Detektionsgenauigkeit von He-Gas in Bezug steht
• Durch Schließen des Ventils V3 wird die Luft im Vakuumbehälter 12 periodisch evakuiert, und zwar von der Vakuumevakuierungseinheit 18 und folglich muß der Innendruck des Vakuumbehälters 12 verringert werden. Wenn dieser Innendruck des Vakuumbehälters 12 verringert ist, und zwar auf den vorbestimmten Druck (beispielsweise 0,75 Torr, das heißt ungefähr 100 Pa) bei dem der He-Leckagedetektor 19 arbeiten kann, wird das Ventil V8 geöffnet. Als nächstes wird das Ventil V7 geschlossen, so daß der Leckagedetektor 19 die Dichte des He-Gases im Vakuumbehälter 12 detektiert. Hierin wird die detektierte Dichte des He-Gases in den Hintergrundwert umgewandelt, von welchem Daten zur Leckageentscheidungseinheit gesandt werden. Wenn der Hintergrundwert gemessen wird, ist es möglich, das Ventil V7 nicht zu schließen, und die Evakuierung des Vakuumbehälters 2 fortzusetzen.
• Als nächstes wird das Ventil V2 geöffnet und zwar um He-Gas in die Testprobe 11 einzuführen bzw. einzuleiten. In diesem Fall, wenn ein Leckagepunkt in der Wand der Testprobe 11 existiert, muß He-Gas von der bzw. aus der Testprobe 11 über einen solchen Leckagepunkt ausgestoßen werden, und folglich muß es in den Raum des Vakuumbehälters 12 lecken. Dann detektiert der Leckagedetektor 19 die He-Gasdichte innerhalb oes Vakuumbehälters 12. Das Detektionssignal wird über Drähte 20 an die Leckageentscheidungseinheit geliefert, worin dessen Wert mit dem vorangegangenen Hintergrundwert verglichen wird. Wenn der Detektionswert, der erhalten wird nachdem He-Gas in den Vakuumbehälter 12 eingeführt wird, größer ist, als der Hintergrundwert, wird entschieden, daß die Gasleckage in der Testprobe 11 aufgetreten ist
• Im ersten Ausführungsbeispiel, nachdem die Gasersetzung (oder die Gaslösung bzw. -vermischung) im Vakuumbehälter 12 durch die Verwendung von N&sub2;-Gas ausgeführt ist, und der Vakuumbehälter 12 evakuiert wird, wird He-Gas in die Testprobe als das Sonden- bzw. Versuchsgas eingeführt. Daher kann im Vergleich zu den herkömmlichen Vorrichtungen, das vorliegende Ausführungsbeispiel den Hintergrundwert von He-Gas reduzieren. In einem solchen hintergrundwertreduzierten Zustand bzw. Zustand mit reduziertem Hintergrundwert detektiert das vorliegende Ausführungsbeispiel He-Gas, das aus der Testprobe leckt. Daher, auch wenn die Gasleckagemenge extrem klein ist, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel sicher die Gasleckage detektieren. Zusätzlich, auch wenn der Hochvakuumzustand nicht erhalten werden kann, so daß die Vakuumevakuierung auf einen relativ niedrigen Vakuumgrad ausgeführt werden kann, ist es möglich, He-Gas zu detektieren, das aus bzw. von der Testprobe geleckt ist. Daher kann die Kapazität der Vakuumpumpe oder der Vakuumevakuierungseinheit 18 verringert werden. So kann das vorliegende Ausführungsbeispiel einen Gasleckagetest in einer kurzen Zeitperiode ausführen und zwar durch Verwendung der einfachen Evakulerungseinheit
[B] Zweites Ausführungsbeispiel
• Figur 7 ist eine schematische Zeichnung, die eine Gasleckagetestvorrichtung gemäß des zweiten Ausführungsbeipiels der vorliegenden Erfindung zeigt, in der Teile, die den in Figur 6 gezeigten identisch sind, mit den selben Bezugszeichen bezeichnet werden, daher wird deren Beschreibung ausgelassen. Es liegt ein Hauptunterschied zwischen dem ersten dem zweiten Ausführungsbeispiel im Vorsehen eines Ventilnetzwerks V1, das zwischen den Rohren P1, P4 vorzusehen ist. Dieses Ventilnetzwerk V1 ist mit den Rohren P2, 93 verbunden, wobei das Rohr P2 vorgesehen ist, um die Luft einzuführen bzw. einzuleiten, während das Rohr 93 weiter mit einer Pumpe 13 verbunden ist.
• Im oben erwähnten zweiten Ausführungsbeispiel, wird die Testprobe 11 in einen Vakuumbehälter 12 eingebracht und dann wird die Testprobe 11 mit dem Rohr P1 verbunden. Danach wird das Ventilnetzwerk V1 übergewechselt bzw. umgeschaltet, um die Pumpe 13 anzutreiben, während das Ventil V2 geöffnet wird, um die Luft aus der Testprobe 11 zu entfernen. Als nächstes wird die Vakuumevakuierungseinheit 18 angetrieben und das Ventil V7 wird geöffnet, so daß der Vakuumbehälter 12 evakuiert wird. Danach wird, ähnlich des vorangegangenen ersten Ausführungsbeispiels, das Innengas des Vakuumbehälters 12 durch das Ersatzgas ersetzt und der Vakuumbehälter 12 wird wieder evakuiert, um dadurch die Dichte des Probegases zu verringern, das sich im Vakuumbehälter 12 befindet, und dann mißt das zweite Ausführungsbeispiel den Hintergrundwert
• Als nächstes wird das Ventilnetzwerk V1 umgeschaltet, so daß das Rohr p1 mit dem Rohr P2 verbunden ist, und das Ventil V2 wird geöffnet, um He-Gas in die Testprobe 11 einzuleiten. Danach detektiert der Leckagedetektor 19 die Dichte des He-Gases im Vakuumbehälter 12 und das Detektionsergebnis wird mit dem Hintergrundwert verglichen. Wenn der Detektionswert, der nach dem Einleiten von He-Gas erhalten wird, höher ist als der Hintergrundwert, wird entschieden, daß sich irgendwelche Leckagepunkte in der Testprobe befinden müssen
• Das zweite Ausführungsbeispiel ist so konstruiert, daß nach dem Evakuieren der Testprobe 11, das Versuchsgas (das heißt He-Gas) in die Testprobe 11 eingeleitet wird. Daher kann dieses Ausführungsbeispiel weiter die Leckagedetektionsgenauigkeit verbessern.
• Als nächstes werden die Effekte der vorliegender Erfindung beim tatsächlichen Gasleckagetest beschrieben werden. Figur 8 ist ein Graph bzw. eine Kurve, die eine Dichteveränderung von He-Gas in einem Evakuierungsprozeß zeigt, wobei die Horizontalachse die Zeit darstellt, während die Vertikaleachse die Gasleckagegeschwindigkeit von He-Gas darstellt (die der Detektionsspannung des Leckagedetektors entspricht ). Figur 8 weist zwei Arten von Kurven auf, die jeweils eine Variation der Leckagegeschwindigkeit darstellen, wobei die erste Kurve dem Zustand entspricht, in dem die Evakuierung vorgenommen wird nach dem Ausführen der Gasersetzung unter Verwendung von N&sub2;-Gas, während die zweite Kurve dem Zustand entspricht, in dem die Evakuierung ausgeführt wird, ohne die Gasersetzung unter Verwendung von N&sub2;-Gas auszuführen. In jeder Kurve wird die He-Gasdichte in einer kurzen Zeitspanne niedriger. Jedoch ist in der zweiten Kurve, wobei die Gasersetzung unter Verwendung von N&sub2;-Gas nicht ausgeführt wird, die He-Gasdichte relativ hoch, und der Hintergrundwert ist auch relativ hoch. Auf der anderen Seite muß in der ersten Kurve, wo die Evakuierung nach dem Ausführen der Gasersetzung unter Verwendung von N&sub2;-Gas ausgeführt wird, die detektierte He-Gasdichte geringer sein, und der Hintergrundwert wird deutlich niedrig.
• Wie zuvor beschrieben, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel derart konstruiert, daß nach dem Ersetzen der Luft im Vakuumbehälter 12 durch N&sub2;-Gas die Gasleckage von He-Gas in einem Zustand detektiert wird, in dem der Vakeumbehälter 12 auf einen relativ niedrigen Vakuumgrad evakuiert ist. Daher muß der Leckagedetektor 19 eine Funktion besitzen, in der He-Gas unter einem Zustand niedrigem Vakuumgrades detektiert werden kann. Da eine solche Vorrichtung He-Gas unter einem niedrigen Vakuumgrad detektieren kann, ist es möglich, eine der herkömmlichen Vorrichtungen einzusetzen, wie in den Figuren 3 bis 5 veranschaulicht. Auch in diesen Vorrichtungen muß ein Leckageventil oder eine Kapillare vorgesehen werden um den Gasflußwiderstand zu erhöhen und daher eine Gasdruckdifferenz vorzusehen. Als ein Verfahren, in dem He- Gas in hochansprechender bzw. schnell ansprechender und hochsensitiver bzw. hochempfindlicher Weise detektiert werden kann ohne Verwendung des oben erwähnten Leckageventlis oder der Kapillare, kann die moderne Technologie ein System anbieten, wie in Figur 9 veranschaulicht. Figur 9 veranschaulicht einen Leckagedetektor, der He-Gas unter einem niedrigen Vakuumgrad detektieren kann, und zwar unter Verwendung der Gegenströmung der Turbomolekularpumpe.
• Wie oben beschrieben, können die oben erwähnten Techniken He-Gas unter einem niedrigen Vakuumgrad detektieren. Jedoch aufgrund der Existenz von He-Gas bei 5 ppm in der atmosphärischen Luft muß der Hintergrundwert von He-Gas hoch sein, so daß Mikroleckage nicht mit Genauigkeit detektiert werden kann. Um eine solche Gasmikroleckage zu detektieren, wie zuvor beschrieben, muß der Vakuumbehälter auf einen hohen Vakuumgrad evakuiert werden, so daß der Hintergrundwert des He-Gases reduziert werden wird. Aus diesem Grund sind die oben erwähnten Techniken nicht verfügbar.
• Im Gegensatz dazu ist nas vorliegende Ausführungsbeispiel so konstruiert, daß nach dem Ersetzen der Luft im Vakuumbehälter 12 mit N&sub2;-Gas der Vakuumbehälter 12 evakuiert wird, um so die Dichte des Versuchsgases zu verringern, das im Vakuumbehälter 12 vorhanden ist, und dann wird die Gasleckagedetektion ausgeführt unter Verwendung von He-Gas als Versuchsgas. Daher kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die Gasleckage unter einem Zustand detektieren, in dem der Hintergrundwert relativ gering ist. Mito anderen Worten, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel effektiv die überlegende Eigenschaft bzw. Fähigkeit des vorangegangenen Leckagedetektors der Turbomolekularpumpenbauart bei der Detektion von Gasmikroleckage verwenden.
• Beim Testen der Massenproduktgüter muß die Inspektionszeit verkürzt werden, was wiederum anzeigt, daß es eine Notwendigkeit gibt, daß He-Gas in einem relativ niedrigem Vakuumgrad gemessen wird. Auf der anderen Seite ist gemäß dem Gasleckageinspektionsstandard (beispielsweise derzeit Fleon-Gasregulation) ein Verlangen bzw. eine Nachfrage, daß der Gasleckagetest unter hohem Vakuumgrad ausgeführt wird. In herkömmuchen Techniken muß es notwendig sein, die Gasmikroleckage unter einem Zustand zu beurteilen, in dem der Hintergrundwert von He-Gas durch hohen Vakuumgrad reduziert wird, so daß das S/N- bzw. Signal/Rausch-Verhältnis vergrößert wird.
• Inzwischen wird die Testprobe 11 im allgemeinen eine große Menge von flüchtigen Stoffen wie beispielsweise Öl, Wassergehalt und organisches Lösungsmittel erzeugen. In vielen Fällen sind die Endprodukte schon gestrichen worden, oder sie sind einer Harz-Behandlung unterworfen worden oder sie enthalten einen Wassergehalt wie beispielsweise Schwämme, Staub und ähnliches. Somit ist es um den mittleren oder hohen Vakuumgrad zu erreichen, nötig, eine Hochkapazitätsvakuumpumpe zu verwenden, deren Vakuumevakulerungscharakteristik bzw. -eigenschaft in einem Bereich zwischen den mittleren und hohen Vakuumgraden verbesserß ist. Jedoch besitzt ]ie in einem solchen Bereich zu verwendende Vakuumpumpe eine Kontruktionsschwäche bzw eine konstruktive Schwäche gegenüber Öl, Staub, Fasern, kleinen Sandkörnern und ähnlichem, die darin eintreten. Diese Stoffe werden die Haltbarkeit der Pumpe verschlechtern. Das selbe kann für den Leckagedetektor für He-Gas gesagt werden. Auch bei der Öldiffusionspumpe oder bei der Turbopumpe der Direktflußbauart muß das Analysierrohr und ähnliches für eine kurze Zeitperiode durch die Verschmutzung und ähnliches in Schwierigkeiten sein, was nachteilig ist
• Im Gegensatz dazu besitzt die Turbopumpe der Gegenflußbauart (das heißt die Rückdiffusionsbauart) eine Spezialkonstruktion, in der anderes Gas als He-Gas und H&sub2;-Gas nicht in den Teil eintreten kann, der anders ist als die unter hohem Vakuum stehenden oder unter Superhochvakuum stehenden Abschnitte, die das Analysierrohr (das heißt Spektrometer) enthalten. Kurz gesagt, die Verunreinigung oder Fremdstoffe werden durch die Hauptpumpe (normalerweise eine Rotationspumpe) ausgeworfen, die an der Auslaßseite (das heißt der Folgeleitungsseite) der Turbopumpe vorgesehen ist. Dies reduziert deutlich eine Möglichkeit dahingehend, daß die Turbopumpe und das Analysierrohr in Schwierigkeiten sind oder schlecht funktionieren auf Grund des Eintretens der Verunreinigung und von Fremdstoffen.
• Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist auf der Basis von der Kombination des He-Gasleckagedetektors der Rückdiffusionsbauart und Gasersatz/Evakuierungsmitteln konstruiert. Hierin verwendet der Leckagedetektor die Turbopumpe, die Molekularpumpe und ähnliches. In den Gasersatz/Evakuierungsmitteln wird die atmosphärische Luft, die He-Gas enthält, teilweise oder ganz durch das Gas ersetzt, wie beispielsweise N&sub2;-Gas oder O&sub2;-Gas, das kein He-Gas enthält oder organisches Lösungsmittel, Wasserdampfgehait und ähnliches, und dann wird die Evakuierung ausgeführt, danach ist der Partialdruck von He-Gas zu erniedrigen. Somit ist das vorliegende Ausführungsbeispiel verfügbar beim Detektieren der Gasmikroleckage bei hoher Geschwindigkeit und mit einfachem System.

Claims (6)

1. Gasleckagetestvorrichtung, die folgendes aufweist:

Einen Testbehälter (12), der geeignet ist, eine Testprobe (11) darin in luftdichter Weise zu speichern bzw. aufzunehmen;

Testbehälterevakuierungsmittel (V7, P7, 18) zum Evakuieren des Testbehälters (12);

Versuchsgaseinführmittel bzw. Versuchsgaseinleitmittel (P1, P4, V2, 14) zum Einleiten von Probe- bzw. Versuchsgas in einen Innenraum der Testprobe (11);

Versuchsgasdetektormittel (P8, P8, 19) zum Detektieren des Versuchsgases, das sich in dem Testbehälter (12) befindet; und

Ersatzgasliefermittel (V3, P5, V4, 15, V5, P6, V6, 16) zum Liefern von Frsatzgas in den Testbehälter (12).

2. Gasleckagetestvorrichtung nach Anspruch 1 die weiter folgendes aufweist:

Testprobenevakuierungsmittel (V1, 93, 13) zum Evakuieren der Testprobe (11).

3. Gaslecktagetestvorrichung nadi Anspruch 1 oder 2, wobei Helium-Gas (He-Gas) als das Versuchsgas eingesetzt wird.

4. Gasleckagetestvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Stickstoff-Gas (N&sub2;-Gas) als das Ersatzgas eingesetzt wird.

5. Verfahren zum Testen von Gasleckage, das folgende Schritte aufweist:

Speichen einer Testprobe (11) in einem luftgefüllten Testbehälter (12);

Evakuieren von Luft aus dem Testbehälter (12) auf einen vorbestimmten niedrigen Druck, und dann Spülen des Testbehälters (12) mit einem Ersatzgas, welches nicht ein Versuchsgas enthält;

Danach Detektieren der Dichte des Sonden- bzw. Versuchsgases in dem Testbehälter (12) um einen Hintergrundwert zu erhalten, der ein Hintergrundrauschen für eine Gasleckagedetektion darstellt;

Einführen bzw. Einleiten des Versuchs- bzw. Probegases in die Testprobe (11); und

Detektieren der Dichte des Versuchsgases im Testbehälter (12) um zu bestimmen, ob oder ob nicht das Ver suchs- bzw. Probegas aus der Testprobe (11) geleckt hat, und zwar auf Grund des Hintergrundwertes.

6. Verfahren zum Testen von Gasleckage nach Anspruch 5, wobei das Ersatzgas Stickstoff-Gas ist, und/oder das Versuchsgas Helium-Gas ist

Zeichnungsbezeichnungen

Figuren 1 - 5

prior art = Stand der Technik

Figur 6

sample gas = Versuchs- bzw. Probegas

N&sub2; gas = N&sub2;-Gas

He gas = He-Gas

Figur 7

air = Luft

sample gas = Versuchs- bzw. Probegas

N&sub2; gas = N&sub2;-Gas

He gas = He-Gas

Figur 8

He leckage velocity = He-Gas-Leckagegeschwindigkeit

chamber pres (-ssure) = Kammerdruck

non gas substitution of N&sub2; = Nicht-Gasersetzung von N&sub2;

gas substitution of N&sub2; = Gasersetzung von N&sub2;

time (min) = Zeit (min)

output voltage (V) = Ausgangasspannung (V)

Figur 9

direct flow detection = Direktströmungsdetektierung

counter flow detektion = Gegenströmungsdetektierung