JP2001516014A - ヘリウム漏洩検出器の動作方法及びこの方法を実施するのに適したヘリウム漏洩検出器 - Google Patents

ヘリウム漏洩検出器の動作方法及びこの方法を実施するのに適したヘリウム漏洩検出器

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Abstract

(57)【要約】 ヘリウム検出器（４）を有し、排気装置を有し、この排気装置は少なくとも１つの高真空ポンプ（６）及び予真空ポンプ（９）を含み、ならびにバルブ（１６）を有し、このバルブ（１６）のコンダクタンスが調整可能であり、バルブ（１６）はテストガスが存在するどうかが検査される貫流するガス流の変調に使用される、ヘリウム漏洩検出器（１）の動作方法。簡単なやり方で感度を制御することができるために、次のことが提案される。すなわち、変調特性は変化可能であり、変調特性の変化によって有効吸い込み能力が漏洩検出器のインレットで変化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念記載の構成を有するヘリウム漏洩検出器の動作
方法に関する。さらに、本発明はこの方法を実施するのに適したヘリウム漏洩検
出器に関する。
【０００２】 ヘリウム漏洩検出においては、真空ポンプの吸い込み能力の低減によって検出
限界が改善される。吸い込み能力の低減のためには閉鎖切り換え可能な絞りを使
用するか又は予真空ポンプを連結解除することが周知である。両方の場合におい
て、吸い込み能力は段階的に低減され乃至は感度向上は段階的に向上される。こ
のような感度向上は比較的長い測定時間によって購われる。というのも、この測
定時間は真空ポンプの吸い込み能力の低減によって増大するからである。
【０００３】 本発明の課題は、本発明に関連するタイプのヘリウム漏洩検出器の動作方法に
おいて、高い感度による測定を最適な短い時間で実施することができるために、
吸い込み能力に対する、すなわち漏洩測定の検出限界に対する制御を簡略化する
ことである。さらに、検出限界の無段階的な変化を可能にすることである。
【０００４】 本発明では上記課題は特許請求項の特徴部分記載の構成によって解決される。
【０００５】 本発明では、テストガスが存在するかどうかが検査されるガス流の変調特性（
Modulationseigenschaft）を変化させることによって、真空ポンプの有効吸い込
み能力、すなわち漏洩検出の感度を制御することができる。使用者にとっては、
検出限界をその都度所望の適用形態に適合させることが可能である。これは、使
用者が所定の変調特性を調整することによって可能である。この適合によって、
その都度最適な短い測定時間で作動させることが可能になる。変調可能なインレ
ットバルブを有する本発明によって吸い込み能力の制御が行われるので、真空ポ
ンプ自体における吸い込み能力の変化のための特別な手段はもはや必要ない。
【０００６】 本発明によって可能となる有利な動作方法では、検出限界を漏洩測定過程の間
に自動的に下限まで変化させることができる。調整量としては質量分析計から供
給される信号が使用され、この信号の大きさは、まだ漏洩が記録されていない場
合には検査されるガス流におけるヘリウムバックグランウンドに依存し、測定時
間が増大するにつれて小さくなる。所定の信号の大きさを下回らない限りは、変
調特性は変化されずに比較的高い吸い込み能力が保持される。この信号の大きさ
が所定の限界を下回ると、変調特性の変化によって吸い込み能力が低減され、こ
れにより感度が上昇する。それゆえ、このやり方で実施されるどんな漏洩検出及
び漏洩測定も最適な短い測定時間内で実施されうる。
【０００７】 本発明の他の利点及び詳細は、図１〜図４に基づいて説明する。
【０００８】 図１及び２は概略的に本発明のヘリウム漏洩検出器の実施例を示している。
【０００９】 図３及び４は変調特性の説明のための線図である。
【００１０】 図１のヘリウム漏洩検出器１にはインレット２、このインレット２に接続され
た導路３及び質量分析器として構成されたテストガス検出器４が示されている。
質量分析計４のインレットには導路５を介して高真空ポンプ６（有利にはターボ
分子真空ポンプ）が接続されている。この高真空ポンプ６のアウトレットにはバ
ルブ８を有する導路７が接続されており、この導路７は予真空ポンプ９のインレ
ットに接続されている。導路３にはバルブ１３、１４を有する導路区間１１、１
２が接続されている。導路１１、１２を介してインレット２に流入するガスは直
接的に（導路１１）又は間接的に（導路１２）質量分析計４に到達する。ガス経
路の選択はバルブ１３、１４によって行われる。バルブ８及び１３が閉じられて
いる場合、開いたバルブ１４によって予真空ポンプ９がテストサンプル又はテス
トチャンバ（図示せず）の排気に使用される。このテストチャンバは漏洩検出の
開始前にインレット２に接続される。
【００１１】 ヘリウム漏洩検出器１の本発明の動作を可能にするために、導路３には構成部
材（バルブ１６）が設けられる。このバルブ１６は貫流するガス流の変調を可能
にする。このバルブ１６の開口断面積乃至はコンダクタンスは変化可能である。
この種の変調の詳細はＤＥ-Ａ-４４０８８７７から周知である。
【００１２】 有利には電気的に制御可能なプロポーショナルバルブであるバルブ１６の操作
のために制御機器２１が設けられている。この制御機器の構成要素はパルス発生
器である。選択されたパルス波形に相応してこのバルブのコンダクタンスが変化
する。このパルスの波形は次のように調整される。すなわち、一方でこのバルブ
を貫流するガス流の所望の変調が行われ、他方でこのバルブ１６の平均開口時間
乃至は平均コンダクタンスを制御できるように調整される。図３及び４に基づい
てこのバルブ調整の実施例を説明する。
【００１３】 制御機器２１から送出される信号はさらに増幅器２３に基準信号として供給さ
れる。この増幅器２３は質量分析計から供給される信号を処理するために使用さ
れる。増幅及びロックイン（ＬＯＣＫ−ＩＮ）原理による位相感知整流（phasen
empfindliche Gleichrichtung）の後で信号表示が行われる。信号表示器はブロ ック２４である。
【００１４】 図２の実施例は基本的に図１の実施例に相応する。相違点乃至は補足した点は
次のとおり： 高真空ポンプ６は高真空側に配置されたターボ分子ポンプ段６´及び予真空側
に配置されたスパイラルポンプ段６″を有する２段式摩擦真空ポンプである。
【００１５】 上記のポンプ段の間には中間接続部３１が設けられ、この中間接続部３１には
導路１１が接続されている。
【００１６】 バルブ１３の代わりに導路１１にバルブ１６が設けられている。
【００１７】 予真空ポンプ９は、ダイヤフラム真空ポンプである。
【００１８】 ポンピング過程中のバルブ１６の制御及び質量分析計４における圧力の間接的
な監視のために圧力測定機器３２が設けられる。この圧力測定機器３２の信号は
制御機器２１に供給される。
【００１９】 ヘリウム漏洩検出器１のインレット２の領域における圧力の監視のために、さ
らに別の圧力測定機器３３が設けられる。この圧力測定機器３３の信号も制御機
器２１に供給される。
【００２０】 図３及び４は、変調によってバルブ１６の平均コンダクタンスを制御できるよ
うな特性を有する変調の選択の可能性を示している。図３ａ〜図３ｃ及び図４ａ
〜図４ｃの各々には２つの水平方向ラインが記入されており、これらの２つの水
平方向ラインはバルブ状態「開」（ライン３５）及び「閉」（ライン３６）に相
応する。
【００２１】 図３ａ〜図３ｃにおける変調においては、パルス発生器が一定の周波数及び一
定の振幅を有する周期的に変化する信号を供給する。この振幅はほぼライン３５
とライン３６との間の間隔の半分に相応する。これらの信号の波形において同一
の曲線３７の位置は図３ａ〜図３ｃにおいて異なる。図３ａに相応する変調特性
においては、バルブ１６の開口断面積は周期的に半分開いた状態と完全に開いた
状態との間で変化する。図３ｃに相応する変調特性においては、この開口断面積
は周期的に半分開いた状態と閉じた状態との間で変化する。図３ｂに相応する変
調特性においては、バルブ１６の開口断面積は周期的にほぼ１/４開いた状態と ３/４開いた状態との間で変化する。明らかに、図３ａ及び図３ｃに図示された 状態においては、バルブ１６の（時間平均された）平均開口断面積は異なる。図
３ａの変調においては、平均開口断面積は、すなわち１つ又は複数の真空ポンプ
の有効吸い込み能力は相対的に大きい。従って、漏洩検出の比較的低い感度が得
られる。図３ｂ（中程度の吸い込み能力）及び図３ｃ（低い吸い込み能力）に相
応する変調特性の変化によって漏洩検出の感度は上昇する。
【００２２】 図４ａ〜図４ｃに図示された曲線３８、３９、４０に相応する変調特性におい
ては、バルブ１６の開口断面積は連続的に開と閉との間で変化する。図４ｂの変
調ではこの変調は周期的であり、この結果、中程度の吸い込み能力、すなわち中
程度の感度が得られる。図４ａの変調では、「開」方向に向けられた変動は「閉
」方向に向けられた変動よりも大きな持続時間を有する。バルブ１６の平均開口
時間、すなわち吸い込み能力は比較的大きく、感度は低い。図４ｃの変調では、
時間特性が逆であり、つまり平均開口時間、すなわち吸い込み能力は比較的小さ
く、この変調特性によって実施される漏洩検出の感度は高い。
【００２３】 図３及び図４は所望の目的を実現する多くのパルス波形のうちのほんの２つを
示したにすぎない。重要なのは、これらの変調特性は電子手段によって、一方で
テストガスが存在するかどうかが検査される流入ガス流の所望の変調が実現され
るように選択されることであり、さらに他方でバルブ１６の平均開口断面積が（
すなわち真空ポンプのインレットにおける有効吸い込み能力が）無段階式に又は
段階式に調整されるように選択されることである。本発明のタイプのヘリウム漏
洩検出器を動作することができるためには、較正曲線が求められる。この較正曲
線は有効吸い込み能力に依存して相対的な感度を提示する。この較正曲線は正確
な測定信号を形成するために使用される。これは必要不可欠である。というのも
、所定の漏洩レートにおいて変調特性に依存する異なる測定値が得られるからで
ある。
【００２４】 図１のヘリウム漏洩検出器による漏洩検出方法を実施するためには、まず最初
に、漏洩が存在するかどうかが検査されるテストサンプルがインレット２に接続
され、バルブ１４及び１６を開いた状態でならびにバルブ８、１３を閉じた状態
で予真空ポンプ９によって排気される。周知のやり方で次いでまず最初に粗漏洩
検出が行われる。この粗漏洩検出は、バルブ８が開かれうるような値に圧力が達
した場合に可能である。テストサンプルが粗漏洩していない場合には、バルブ１
４が閉鎖され、バルブ１３が開放され、流入ガス流がバルブ１６によって変調さ
れる。変調特性は、これらの変調特性が所望の感度に相応するように一度だけ選
択される。バルブ１３及び１４の切り換え直後に所定の感度による漏洩検出が開
始される。
【００２５】 他の方法では、漏洩検出の感度が測定時間の増大につれて連続的に上昇される
。これは、次のことによって行われる。すなわち、大きな吸い込み能力かつ低い
感度によって作動するように変調特性がまず最初に選択されることによって行わ
れる。その後で変調特性は例えば無段階式に、低い感度を有する比較的大きな吸
い込み能力から高い感度を有する小さい吸い込み能力へと移行するように変化さ
れる。粗漏洩検出と低い感度による微漏洩検出と高い感度による微漏洩検出との
間のなんらかの時点にテストガスが記録された場合、このテストサンプルは漏洩
している。この漏洩検出過程は中断される。漏洩発見は最適な短い測定時間で行
われた。
【００２６】 バルブ１６を貫流するガス流がヘリウムバックグラウンドを有する場合には、
変調特性の無段階式変化に対する調整量として、質量分析計４から送出される信
号を使用することができる。気密なテストサンプルの場合には、質量分析計４か
ら送出される信号は検査されるガス流に含まれるヘリウムバックグラウンドに相
応する。測定時間が増大するにつれて、この信号の大きさは減少する。所定の信
号の大きさをまだ下回らない限りは、変調特性は変化されず、この結果、最初の
高い有効吸い込み能力が保持される。この信号の大きさが所定の値を下回って初
めて、有効吸い込み能力が減少しこれにより感度が上昇するように変調特性が変
化される。気密なテストサンプルの場合には、漏洩検出は所望の感度に達した後
で終了される。この漏洩検出方法の経過においてテストサンプルが漏洩している
ことが検出される場合、この漏洩発見は常に最適な短い時間内に行われる。
【００２７】 図２の実施例にはバルブ１６が導路１１に設けられている。この導路１１は中
間接続部に接続されている。最終圧力において比較的劣るダイヤフラムポンプ９
の吸い込み能力をスパイラルポンプ６″によってサポートするために、この装置
ではバルブ１６を早めに絞り調節により開放することが可能である。さらに、導
路３はバルブ１６によって制約を受けないので、この結果、このバルブ１６は漏
洩検出の前に導路３を介するテストサンプルの排気を妨害しない。
【００２８】 導路７には圧力測定機器３２が接続されている。この圧力測定機器３２はその
測定信号を制御機器２１に供給し、この制御機器２１はとりわけバルブ１６を制
御する。これによって、バルブ１６をあまりにも早くに開くこと又はバルブ１６
をあまりにも大きく開きすぎることを阻止することができる。バルブ１６をあま
りにも早くに開くこと又はバルブ１６をあまりにも大きく開きすぎることは、質
量分析計の動作圧力を超過する圧力を結果的にもたらしうる。同じ目的を果たす
圧力測定機器を中間接続部３１に接続することもできる。
【００２９】 ヘリウム漏洩検出器１のインレット２の領域における圧力も同様に制御機器２
１によって監視される。そこに配置されている圧力測定機器３３はその信号を制
御機器２１に供給する。インレット圧力は所定の閾値を上回ってはならない。こ
れは、吸い込み能力がバルブ１６によって感度の向上のためにあまりにも迅速に
低減される時に発生する可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 概略的に本発明のヘリウム漏洩検出器の実施例を示している。
【図２】 概略的に本発明のヘリウム漏洩検出器の実施例を示している。
【図３】 変調特性の説明のための線図である。
【図４】 変調特性の説明のための線図である。
【符号の説明】
１ ヘリウム漏洩検出器 ２ インレット ３ 導路 ４ テストガス検出器 ５ 導路 ６ 高真空ポンプ ６´ ターボ分子ポンプ段 ６″ スパイラルポンプ ７ 導路 ８ バルブ ９ 予真空ポンプ １１ 導路 １２ 導路 １３ バルブ １４ バルブ １６ バルブ ２１ 制御機器 ２３ 増幅器 ２４ 信号表示器 ３２ 圧力測定機器 ３３ 圧力測定機器 ３５ ライン ３６ ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｂｏｎｎｅｒ ｓｔｒａＢｅ 498，Ｄ− 50968 Ｋｏｌｎ，ＢＲＤ Ｆターム(参考） 2G067 CC04 DD02

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヘリウム検出器（４）を有し、排気装置を有し、該排気装置
    は少なくとも１つの高真空ポンプ（６）及び予真空ポンプ（９）を含み、ならび
    にバルブ（１６）を有し、該バルブ（１６）のコンダクタンスが調整可能であり
    、前記バルブ（１６）はテストガスが存在するかどうかが検査される貫流するガ
    ス流の変調（Modulation）に使用される、ヘリウム漏洩検出器（１）の動作方法
    において、 変調特性は変化可能であり、該変調特性の変化によって漏洩検出器のインレッ
    トにおける有効吸い込み能力が変化されることを特徴とする、ヘリウム漏洩検出
    器（１）の動作方法。
  2. 【請求項２】 １つ又は複数の同一のテストサンプルにおける漏洩検出を実
    施する前に、所望の感度が所定の変調特性を選択することによって調整されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 テストサンプルにおける漏洩検出は感度を増大させながら実
    施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 感度は自動的に変化されることを特徴とする請求項３記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 変調特性の変化のための調整量として質量分析計から供給さ
    れる信号が使用され、該信号の大きさはまだ漏洩が記録されていない場合には検
    査されるガス流におけるヘリウムバックグラウンドに依存することを特徴とする
    請求項３又は４記載の方法。
  6. 【請求項６】 最初は比較的低い感度で作動され、 測定時間の増大につれてその大きさが減少する質量分析計から供給される信号
    が所定の信号の大きさに達するまでは、前記感度を決定する変調特性は変化され
    ず、 前記所定の信号の大きさを下回ると、前記変調特性は前記感度が増大するよう
    に変化されることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記所定の信号の大きさが一定のままにとどまるように変調
    特性が変化されることを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 漏洩検出の実施中には質量分析計（４）における圧力が間接
    的に監視されることを特徴とする請求項１〜７までのうちの１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 漏洩検出の実施中にはヘリウム漏洩検出器（１）のインレッ
    ト（２）の領域における圧力が監視されることを特徴とする請求項１〜８までの
    うちの１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のうちの１項記載の方法を実施するためのヘ
    リウム漏洩検出器（１）であって、 ヘリウム検出器（４）を有し、排気装置を有し、該排気装置は少なくとも１つ
    の高真空ポンプ（６）及び予真空ポンプ（９）を含み、ならびにバルブを有し、
    該バルブのコンダクタンスが調整可能であり、前記バルブはテストガスが存在す
    るかどうかが検査される貫流するガス流の変調（Modulation）に使用される、請
    求項１〜９のうちの１項記載の方法を実施するためのヘリウム漏洩検出器（１）
    において、 該ヘリウム漏洩検出器（１）には、変調特性の変化によって前記漏洩検出器の
    インレットにおける有効吸い込み能力が変化するような前記変調特性の変化を可
    能にする装置（２１）が装備されていることを特徴とする、請求項１〜９のうち
    の１項記載の方法を実施するためのヘリウム漏洩検出器（１）。
  11. 【請求項１１】 テストガス検出器（４）及び制御機器（２１）が互いに接
    続されていることを特徴とする請求項１０記載のヘリウム漏洩検出器。
  12. 【請求項１２】 圧力測定機器（３２）がテストガス検出器（４）における
    圧力の間接的な監視のために設けられていることを特徴とする請求項１０又は１
    １記載のヘリウム漏洩検出器。
  13. 【請求項１３】 圧力測定機器（３３）はインレット圧力の監視のために設
    けられていることを特徴とする請求項１０〜１２のうちの１項記載のヘリウム漏
    洩検出器。
  14. 【請求項１４】 ターボ分子真空ポンプ段（６´）及びスパイラルポンプ段
    （６″）が高真空ポンプ（６）を形成し、 予真空ポンプ（９）はダイヤフラム真空ポンプであり、 バルブ（１６）は２つの高真空段（６´、６″）の間の中間接続部（３１）に
    接続されていることを特徴とする請求項１０〜１３のうちの１項記載のヘリウム
    漏洩検出器。
  15. 【請求項１５】 バルブ（１６）は電気的に制御可能なプロポーショナルバ
    ルブであることを特徴とする請求項１０〜１４のうちの１項記載のヘリウム漏洩
    検出器。
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