EP2917714A1 - Lecktestgerät - Google Patents

Lecktestgerät

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Publication number
EP2917714A1
EP2917714A1 EP13788995.2A EP13788995A EP2917714A1 EP 2917714 A1 EP2917714 A1 EP 2917714A1 EP 13788995 A EP13788995 A EP 13788995A EP 2917714 A1 EP2917714 A1 EP 2917714A1
Authority
EP
European Patent Office
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test
gas
container
test gas
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13788995.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf NELLES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inficon GmbH Deutschland
Original Assignee
Inficon GmbH Deutschland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inficon GmbH Deutschland filed Critical Inficon GmbH Deutschland
Publication of EP2917714A1 publication Critical patent/EP2917714A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/042—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems
    • G01M3/205—Accessories or associated equipment; Pump constructions

Definitions

  • the invention relates to a leak test device having a test chamber for receiving a test object and a test gas sensor connected to the test chamber via gas-conducting components for determining test gas emerging from the test object.
  • Leak testing devices operate by using a detectable test gas to determine if a test object, such as a container or conduit, is gas tight.
  • mass spectrometers are often used, which are able to detect different gases. Mass spectrometers require a high vacuum for their operation. They thus require a very complicated vacuum pumping device.
  • a gas-selective test gas sensor can be used, which reacts specifically only to the test gas and measures the partial pressure of the test gas.
  • An example of such a test gas sensor is the Wise sensor. This contains a heated quartz window, which is only permeable to the test gas helium or hydrogen.
  • a pressure measuring device in particular a cold cathode device. Since no other gases than the test gas (helium) enter the cavity, the pressure sensor's measuring signal provides information about the helium concentration at the sensor surface.
  • test gas sensors In test gas sensors, the problem of contamination of the sensor occurs with an excessive exposure to the gas to be detected (test gas). With increasing contamination, the sensor becomes insensitive to the test gas, so that no meaningful results are obtained.
  • the invention has for its object to provide a test gas sensor, which can be used reliably even in contaminated environments.
  • the test gas sensor is arranged together with the gas-conducting components in a container flushed with fresh air under pressure, wherein test gas penetrating into the container is discharged into the environment.
  • an overpressure is generated, which prevents ambient air from entering the container.
  • the container should always be sealed against the environment, but the quality of the seal is not too great requirements.
  • the seal serves primarily to maintain an overpressure of the fresh air inside the container, so that external atmospheric influences do not act on the interior of the container.
  • Fresh air is understood to mean outside air that is sucked away from the test chamber and the container.
  • the test chamber and the container are usually located in a factory hall, whose air can be contaminated with the test gas (helium), without this being noticed. The fresh air is therefore not drawn in the same hall, but as outside air from the outdoors.
  • the gas-carrying components may be valves, hoses, filters and similar parts. Leaks can now occur with such components. It should be noted that the commonly used test gas helium is a very "thin" gas that penetrates the smallest column. The test gas exiting the test gas sensor and the gas-conducting components is removed by the permanent flushing of the container with fresh air, so that in the container a fresh air atmosphere is permanently maintained.
  • the test gas sensor used is preferably a Wise sensor or quartz window sensor as described in EP 1295117 B1.
  • a sensor contains a selective membrane permeable to a particular test gas and a pressure sensor behind the membrane.
  • a reference line for supplying gas to the test gas sensor has an inlet arranged in the container. In this case, the reference line, through which unburned gas is sucked, need not be led out of the container.
  • the test gas sensor requires a pump for discharging gas after passing the test gas sensor.
  • this pump is arranged outside the container. It is advantageous here that the pump can be replaced without intervention in the container and that there is a free choice of the pump for the user.
  • the tank through which fresh air flows, contains a fresh air inlet and an air outlet.
  • a throttle element is preferably provided to maintain an overpressure to the environment in the container.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a leak test device according to the present invention.
  • the leak test device has a test chamber 10 for receiving a test object 11.
  • the test piece 11 is a hollow body which is filled with the test gas (helium).
  • the test chamber 10 is sealed to the outside. It is connected to a compressed air source 12 to temporarily initiate rinsing compressed air in the test chamber. After rinsing, atmospheric pressure prevails in the test chamber.
  • a compressed air source 12 to temporarily initiate rinsing compressed air in the test chamber. After rinsing, atmospheric pressure prevails in the test chamber.
  • fans 13 for circulation and mixing of the gas in the test chamber.
  • the test object 11 is connected to a test gas source 14 via a line 15 connected, so that in the interior of the specimen, an overpressure relative to the environment of the specimen is generated.
  • This has a sensor housing 21, which is sealed with a removable cover 22.
  • a selective, permeable to the test gas membrane 23 which defines a cavity located behind it.
  • a pressure measuring device 24, z. B. a cold cathode device In this cavity is a pressure measuring device 24, z. B. a cold cathode device. Gas entering the sensor housing 21 through the metering line 18 is checked for the presence of test gas downstream of the diaphragm 23, and a corresponding measured value generated by the pressure meter 24 is supplied to electronics 25 whose output signal indicates the test gas concentration.
  • This container has a fresh air inlet 31 to which fresh pressurized air is supplied. Fresh air does not mean the ambient air, which may be contaminated with test gas, but fresh air supplied from outside.
  • an air outlet 32 At the fresh air inlet 31 opposite wall of the container is an air outlet 32, which includes a throttle device 33.
  • the throttle device 33 causes that in the interior of the container 30 always a relation to the ambient pressure increased pressure is maintained.
  • the sensor housing 21 is connected to a suction pump 34, which pulls the gas to be examined through the sensor housing 21 and thus along the membrane 23.
  • the pump 34 is disposed outside of the container 30 and thus can be freely selected or replaced without intervention in the container 30.
  • a reference line 26 which contains a valve V2 is connected to the inlet 19.
  • the inlet 27 of the reference line 26 is located inside the container 30. This ensures that the reference line is always supplied with fresh air.
  • the reference line is used to monitor the background of the test gas sensor. It also allows a permanent flushing of the sensor with open valve V2 and blocked valve VI of the measuring line 18th
  • valves VI and V2 are operated alternately. During a measuring process, valve VI is open and valve V2 is blocked.
  • the control of the valves is carried out by a (not shown) control device, similar to DE 10 2010 007 417 AI.
  • the container 30 must be generally tight, no higher demands are placed on the quality of the seal.
  • the overpressure to the environment ensures that from the environment no gas can penetrate into the container.
  • the leak tester works in continuous operation. Contamination of the ambient air with test gas can not falsify the measurement.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Das Lecktestgerät weist eine Prüfkammer (10) zur Aufnahme eines Prüflings und einen mit der Prüfkammer verbundenen Testgassensor (20) zur Ermittlung von aus dem Prüfling austretenden Testgas auf. Der Testgassensor (20) ist zusammen mit dem gasführenden Komponenten in einem mit Frischluft durchspülten Behälter (30) angeordnet, wobei in den Behälter eindringendes Testgas in die Umgebung ausgespült wird.

Description

Lecktestqerät
Die Erfindung betrifft ein Lecktestgerät mit einer Prüfkammer zur Aufnahme eines Prüflings und einem mit der Prüfkammer über gasführende Komponenten verbundenen Testgassensor zur Ermittlung von aus dem Prüfling austretendem Testgas.
Lecktestgeräte arbeiten in der Weise, dass ein detektierbares Testgas verwendet wird, um festzustellen, ob ein Testobjekt, beispielsweise ein Behälter oder eine Leitung, gasdicht ist. Als Testgassensor werden häufig Massenspektrometer eingesetzt, die im Stande sind, verschiedene Gase zu erkennen. Massenspektrometer benötigen zu ihrem Betrieb aber ein Hochvakuum. Sie erfordern somit eine sehr aufwendige Vakuumpumpvorrichtung. Als Alternative zur Verwendung eines Massenspektrometers kann ein gasselektiver Testgassensor eingesetzt werden, der speziell nur auf das Testgas reagiert und den Partialdruck des Testgases misst. Ein Beispiel für einen derartigen Testgassensor ist der Wise-Sensor. Dieser enthält ein beheiztes Quarzfenster, das nur für das Testgas Helium oder Wasserstoff durchlässig ist. In einem geschlossenen Hohlraum, in den das Testgas durch das Quarzfenster hindurch eindringt, befindet sich eine Druckmesseinrichtung, insbesondere eine Kaltkathodeneinrichtung. Da in den Hohlraum keine anderen Gase als das Testgas (Helium) gelangen, gibt das Messsignal des Drucksensors Aufschluss über die Heliumkonzentration an der Sensorfläche.
Bei Testgassensoren tritt das Problem der Verseuchung des Sensors mit einer zu hohen Beaufschlagung mit dem nachzuweisenden Gas (Testgas) auf. Mit zunehmender Verseuchung wird der Sensor gegen das Testgas unempfindlich, so dass keine aussagekräftigen Ergebnisse erhalten werden.
In einer Umgebung, in der Lecktestversuche stattfinden, sind gelegentlich Wolken von Testgas vorhanden, die im Räume schweben und geruchsmäßig nicht identifizierbar sind. Über unvermeidliche Undichtigkeiten und Permeation an Ventilen und Schlauchverbindungen des Lecktestgerätes würde der Testgassensor in einer mit Testgas angereicherten Industrieumgebung beeinträchtigt, sodass keine genauen Messungen mehr möglich wären.
In DE 10 2010 007 417 AI (Inficon GmbH) ist ein Lecktestgerät beschrieben, das außerhalb des Testgassensors ein mit einem nicht-kontaminierten Spülgas gefülltes Reservoir aufweist, das dann mit dem Testgassensor verbunden wird, wenn in einem Bereitschaftsmodus die Testgaskonzentration an dem Testgassensor einen Grenzwert übersteigt. Dadurch kann lediglich eine vorübergehende Spülung des Testgassensors erreicht werden, jedoch kein prozesssicherer Dauerbetrieb des Testgassensors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Testgassensor zu schaffen, der auch in kontaminierten Umgebungen prozesssicher eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäß ist der Testgassensor zusammen mit den gasführenden Komponenten in einem mit Frischluft unter Druck durchspülten Behälter angeordnet, wobei in den Behälter eindringendes Testgas in die Umgebung abgeführt wird.
In dem Behälter wird, ähnlich wie in einem Reinraum, ein Überdruck erzeugt, der verhindert, dass Umgebungsluft in den Behälter eindringt. Der Behälter sollte grundsätzlich gegen die Umgebung abgedichtet sein, jedoch werden an die Qualität der Abdichtung keine allzu großen Anforderungen gestellt. Die Abdichtung dient in erster Linie der Aufrechterhaltung eines Überdrucks der Frischluft im Innern des Behälters, so dass äußere Atmosphäreneinflüsse nicht auf das Innere des Behälters einwirken. Unter Frischluft wird Außenluft verstanden, die entfernt von der Prüfkammer und dem Behälter angesaugt wird. Die Prüfkammer und der Behälter sind in der Regel in einer Fabrikhalle angeordnet, deren Luft mit dem Testgas (Helium) verseucht sein kann, ohne dass dies bemerkt wird. Die Frischluft wird daher nicht in der gleichen Halle angesaugt, sondern als Außenluft aus dem Freien.
Die gasführenden Komponenten können Ventile, Schläuche, Filter und ähnliche Teile sein. Bei solchen Komponenten können nun Undichtigkeiten auftreten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das häufig verwendete Testgas Helium ein sehr "dünnes" Gas ist, das kleinste Spalte durchdringt. Das aus dem Testgassensor und den gasführenden Komponenten austretende Testgas wird durch die permanente Durchspülung des Behälters mit Frischluft abgeführt, so dass in dem Behälter eine Frischluftatmosphäre permanent aufrecht erhalten wird.
Als Testgassensor wird vorzugsweise ein Wise-Sensor oder Quarzfenstersensor benutzt wie er in EP 1295117 Bl beschrieben ist. Ein solcher Sensor enthält eine selektive, für ein bestimmtes Testgas durchlässige Membran und hinter der Membran einen Drucksensor. Ein Vorteil besteht darin, dass kein Hochvakuum erforderlich ist, wie bei einem Massenspektrometer. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Referenzleitung zum Zuführen von Gas zu dem Testgassensor einen in dem Behälter angeordneten Einlass aufweist. In diesem Fall braucht die Referenzleitung, durch die unverseuchtes Gas angesaugt wird, nicht aus dem Behälter herausgeführt zu werden.
Der Testgassensor benötigt eine Pumpe zum Abführen von Gas nach dem Passieren des Testgassensors. Zweckmäßigerweise ist diese Pumpe außerhalb des Behälters angeordnet. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Pumpe ohne einen Eingriff in den Behälter ausgewechselt werden kann und dass eine freie Wahl der Pumpe für den Anwender besteht.
Der Behälter, der von Frischluft durchströmt wird, enthält einen Frischlufteinlass und einen Luftauslass. An dem Luftauslass ist vorzugsweise ein Drosselelement vorgesehen um in dem Behälter einen Überdruck gegenüber der Umgebung aufrechtzuerhalten.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lecktestgerätes nach der vorliegenden Erfindung.
Das Lecktestgerät weist eine Prüfkammer 10 zur Aufnahme eines Prüflings 11 auf. Der Prüfling 11 ist ein Hohlkörper, der mit dem Testgas (Helium) gefüllt wird. Die Prüfkammer 10 ist nach außen abgedichtet. Sie ist an eine Druckluftquelle 12 angeschlossen, um zum Spülen zeitweilig Druckluft in die Prüfkammer einzuleiten. Nach dem Spülen herrscht in der Prüfkammer atmosphärischer Druck. In der Prüfkammer befinden sich Ventilatoren 13 zur Umwälzung und Durchmischung des in der Prüfkammer befindlichen Gases. Bei dem Prüfvorgang wird der Prüfling 11 an eine Testgasquelle 14 über eine Leitung 15 angeschlossen, sodass im Innern des Prüflings ein Überdruck gegenüber der Umgebung des Prüflings erzeugt wird.
Aus der Prüfkammer 10 führt eine Messgasleitung 18, die ein steuerbares Ventil VI enthält, zu einem Anschluss 19 des Testgassensors 20. Dieser weist ein Sensorgehäuse 21 auf, das mit einem abnehmbaren Deckel 22 dicht verschlossen ist. In dem Sensorgehäuse befindet sich eine selektive, für das Testgas durchlässige Membran 23, die einen dahinter befindlichen Hohlraum begrenzt. In diesem Hohlraum befindet sich eine Druckmesseinrichtung 24, z. B. eine Kaltkathodeneinrichtung. Gas, das durch die Messleitung 18 in das Sensorgehäuse 21 eintritt, wird auf das Vorhandensein von Testgas hinter der Membran 23 überprüft und ein entsprechender Messwert, der von der Druckmesseinrichtung 24 erzeugt wird, wird einer Elektronik 25 zugeführt, deren Ausgangssignal die Testgaskonzentration angibt.
Der gesamte Testgassensor 20, einschließlich der zugehörigen gasführenden Komponenten, wie Ventile, Filter, Wanddurchführungen u.dgl., ist in einem geschlossenen Behälter 30 angeordnet. Dieser Behälter weist einen Frischlufteinlass 31 auf, dem unter Druck stehende Frischluft zugeführt wird. Unter Frischluft wird nicht die Umgebungsluft verstanden, die mit Testgas verseucht sein kann, sondern aus dem Freien zugeführte Frischluft. An der dem Frischlufteinlass 31 gegenüberliegenden Wand des Behälters befindet sich ein Luftauslass 32, der eine Drosselvorrichtung 33 enthält. Die Drosselvorrichtung 33 bewirkt, dass im Innern des Behälters 30 stets ein gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhter Druck aufrecht erhalten wird.
Das Sensorgehäuse 21 ist an eine saugende Pumpe 34 angeschlossen, die das zu untersuchende Gas durch das Sensorgehäuse 21 - und damit entlang der Membran 23 - zieht. Die Pumpe 34 ist außerhalb des Behälters 30 angeordnet und kann somit ohne einen Eingriff in den Behälter 30 frei gewählt oder ausgetauscht werden.
An den Einlass 19 ist außer der Messleitung 18 noch eine Referenzleitung 26 angeschlossen, die ein Ventil V2 enthält. Der Einlass 27 der Referenzleitung 26 befindet sich im Innern des Behälters 30. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Referenzleitung stets mit Frischluft gespeist wird. Die Referenzleitung dient zur Überwachung des Untergrundes des Testgassensors. Sie ermöglicht auch ein permanentes Spülen des Sensors bei geöffnetem Ventil V2 und gesperrtem Ventil VI der Messleitung 18.
Die Ventile VI und V2 werden abwechselnd betätigt. Bei einem Messvorgang ist das Ventil VI geöffnet und das Ventil V2 gesperrt. Die Steuerung der Ventile erfolgt durch eine (nicht dargestellte) Steuervorrichtung, ähnlich wie in DE 10 2010 007 417 AI.
Der Behälter 30 muss zwar generell dicht sein, jedoch werden an die Qualität der Abdichtung keine höheren Anforderungen gestellt. Der Überdruck gegenüber der Umgebung sorgt dafür, dass aus der Umgebung kein Gas in den Behälter eindringen kann.
Das Lecktestgerät arbeitet im Dauerbetrieb. Verseuchungen der Umgebungsluft mit Testgas können die Messung nicht verfälschen.

Claims

Patentansprüche
1. Lecktestgerät mit einer Prüfkammer (10) zur Aufnahme eines Prüflings (11) und einem mit der Prüfkammer über gasführende Komponenten verbundenen Testgassensor (20) zur Ermittlung von aus dem Prüfling austretenden Testgas, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Testgassensor (20) zusammen mit den gasführenden Komponenten in einem mit Frischluft unter Druck durchspülten Behälter angeordnet ist, wobei in den Behälter eindringendes Testgas in die Umgebung abgeführt wird.
2. Lecktestgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzleitung (26) zum Zuführen von Gas zu dem Testgassensor (20) einen in dem Behälter (30) angeordneten Einlass (27) aufweist.
3. Lecktestgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (34) zum Abführen von Gas nach dem Passieren des Testgassensors (20) außerhalb des Behälters (30) angeordnet ist.
4. Lecktestgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (30) einen Frischiufteinlass (31) und einen Luftauslass (32) aufweist, wobei an dem Luftauslass (32) ein Drosselelement (33) vorgesehen ist, um in dem Behälter einen Überdruck gegenüber der Umgebung aufrecht zu erhalten.
EP13788995.2A 2012-11-09 2013-11-08 Lecktestgerät Withdrawn EP2917714A1 (de)

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EP2917714A1 true EP2917714A1 (de) 2015-09-16

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