JP2013536937A - 漏れ検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、取り込まれるガス中のガス成分（ヘリウム）を検出する第１センサ（１６）を有する漏れ検出器に関する。前記センサは飽和やコンタミネーションに影響されやすいので、第２センサ（３８）が設けられている。前記センサは熱伝導センサである。この熱伝導センサは、低い検出感度を有し、さらに、ガス成分の高濃度で、コンタミネーションが生じる危険がない。２つのセンサ（１６：３８）は、極端な感度測定から、著しい漏れが生じ得る高濃度のガス成分を有する例まで幅広い検出範囲を許容する。

Description

本発明は、吸引ガス中の少なくとも１つのガス成分を検出する漏れ検出器に関する。

トレーサガスとしてヘリウムを用いた漏れテストのために、市販の装置は、通常、操作において高真空の生成が必要とされる質量分析計によってヘリウムの存在を検出する。別の検出方法は、ヘリウムを選択的に透過させる膜を使用する。この膜は、圧力センサが位置するキャビティを封じている。キャビティ内部では、周囲空気のヘリウムの分圧に対応する圧力が生じている。膜は、通常、加熱を必要とする。前記センサは、ワイズテクノロジー（Wise Technology）の分圧センサとして言及されている。このセンサは、INFICON GmbH（インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング）製である。ワイズテクノロジー（Wise Technology）の漏れ検出器は、独国特許出願公開第１０２００５０２１９０９号明細書、及び独国特許出願公開第１０２００５０４７８５６号明細書に記載されている。質量分析計または分圧センサの形式の前記センサは、高感度を有するが、過剰濃度のトレーサガスに影響されやすい。ワイズテクノロジー（Wise Technology）を用いたヘリウムの検出は、０．５ｍｂａｒの分圧に限定される。著しい漏れが生じた状態では、センサは、高濃度に対して保護されなければならない。著しいコンタミネーションが生じた後、ユーザーが漏れテストを継続できないように、装置は、何秒もの間、ブラインド(blind)される。特に、著しい漏れが生じた部位を突き止めることは不可能である。スニファープローブが著しい漏れが生じた部位の近傍に到達すると、システムは、センサを、保護のためのブラインドモードに切り替える。同様の方法で、他のセンサシステムは、コンタミネーションや飽和に影響されやすい。飽和の限界に到達すると、濃度測定は不可能である。

可飽和ガス選択性センサ(saturable gas-selective sensor)タイプの別のセンサは、質量分析計である。質量分析計は、極めて高い感度とガス選択性を有するが、機能するには、測定入口で、高真空すなわち極めて低い値の全圧を必要とする。もし全圧が許容可能な限界値を超えるならば、質量分析計は飽和範囲に到達する。

独国特許出願公開第１０２００５０２１９０９号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０４７８５６号明細書 米国特許第３０２０７４６号明細書 米国特許第３７８６６７５号明細書 特開平０９−２９２３０２号公報

本発明の目的は、濃度及び全圧のそれぞれを高くする方向に測定範囲が拡張された高感度の漏れ検出器を開発することである。

本発明にかかる第１のバリエーションの漏れ検出器は、請求項１に規定されている。

本発明によれば、可飽和ガス選択性センサタイプの第１センサが設けられている。加えて、熱伝導センサタイプである第２センサが設けられている。第１センサは、低濃度を測定するのに用いられ、第２センサは、第１センサが動作しない高濃度の測定を引き受ける。

熱伝導センサを含む漏れ検出器は公知である。前記センサの例は、米国特許第３０２０７４６号明細書、米国特許第３７８６６７５号明細書、及び特開平０９−２９２３０２号公報に記載されている。それらのセンサは、測定ブリッジに含まれガスすなわちガス流の中に配置された温度依存抵抗を有する。ガス流すなわちガスは、抵抗から熱を消散させる。ガスの密度が高くなればなるほど、抵抗からの熱消散は大きくなる。通常、一定の抵抗温度を維持するのに必要な加熱力が測定される。これによって、抵抗の熱伝導度の大きさが示される。ガスの流れがヘリウムを含む空気であるとき、ガス全体の密度は、ヘリウム部分が増加するにつれて減少する。これによって、熱伝導度も減少する。熱伝導センサは、低いガス選択性を有する。しかしながら、熱伝導センサは、飽和またはコンタミネーションのレベルに依存せず、周囲ガスのガス成分が高濃度であっても作動する。しかしながら、測定感度は限定される。

第１センサが可飽和ガス選択性センサタイプのセンサであるという記述は、センサがガス成分の特定の濃度、または特定の分圧以上の有用な定量測定結果を提供しないように理解されるべきである。これは、コンタミネーションの場合を含む。コンタミネーションは、濃度の値が高くなるにつれて生じる。著しいコンタミネーションが生じた後、検出システムは、ユーザーが漏れテストを継続できないように何秒もの間ブラインドされる。特に、著しい漏れが生じた部位を突き止めることは不可能である。スニファープローブが著しい漏れが生じた部位の近傍に到達すると、システムは、センサを、保護のためのブラインドモードに切り替える。飽和ガス選択性センサタイプのセンサのうち、以下に示す質量分析計、ワイズセンサ（wise sensor）、金属水素化物をベースにした水素検出用のセンサ、金属酸化物をベースにした水素検出用の（冷媒やアルコールの分析用の）センサ、分散または非分散の吸収によるセンサ(sensors with dispersive or non-dispersive absorption)である。

熱伝導センサである第２センサは、過剰濃度の値に影響されやすくないので、恒久的に作動状態にすることができる。低濃度では、両方のセンサタイプは作動状態である。一方、第１センサは、濃度が上昇すると、ブラインドモードに切り替えられる。ブラインドモードへの切り替えは、第１センサの測定値、及び第２センサの測定値に応じて両方で制御することができる。

第１センサのブラインド状態の実行は、様々な方法で達成できる。１つの可能性は、第１センサへのガスの流れを遮断することである。別の可能性は、第１センサを非作動モードに切り替えることである。これは、ワイズセンサを用いて、膜が冷たくなり透過性を低下させるように、加熱電流がガス選択性膜を通過するのを阻止することによって達成される。

別の適用例では、本発明は、ガスが手持ち式のスニファープローブに吸引されるスニファー漏れ検出器において有用である。第２センサは、スニファープローブに、あるいはスニファープローブが柔軟な管を介して接続されたベース装置に配置することができる。

有用な熱伝導センサは、例えば、浜松社のＡＷＭ２３００センサ、またはゲルハルドワーグナー社のＴＣＳ２０８Ｆ３センサである。

本発明の漏れ検出装置を用いて、エアコンシステムや冷蔵庫で使用される冷媒を検出することも可能である。冷媒は、空気よりも低い伝導度を有し、従って熱伝導センサの信号のサインによってヘリウムや水素と区別できる。このサインは、空気のサインと反対のものである。

本発明にかかる第２のバリエーションの漏れ検出装置は、請求項７に規定されている。ここで、第１センサから第２センサへの切り替えは、全圧に応じて制御される。前記漏れ検出器は、全圧を感知する第１センサとの接続に有用である。ここで、第２センサは、臨界の全圧以上の範囲をカバーする。一方、第１センサは、精密測定に使用される。第２センサは、全圧を同時に測定するようにさらに構成することができる。この場合、第２センサは、第１センサをブラインドモードに切り替えさせることができる。代案として、両センサから独立し、両センサを制御する全圧の計測器を提供することも可能である。

定量測定が熱伝導センサによって達成されるとともに、品質測定（ガスタイプの評価）が分圧センサによって達成されて、同時に、両センサによって操作することも可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１のバリエーションにかかるスニファー漏れ検出器の概略図。 テストチャンバを有する漏れ検出器の概略図。 ２つのセンサタイプの測定範囲を示すダイアグラム。 本発明の第２のバリエーションにかかる実施形態の概略図。

図１のスニファー漏れ検出器は、弁Ｖ２を介してスニファープローブ１２と接続されたベース装置１０を備えている。スニファープローブ１２は、ガスが漏れる検査対象物の漏れ口を調べるために手で移動させることができる。

ベース装置１０は、本発明の例では、膜ポンプとして構成されポンプステージ１３ａ，１３ｂを有する２ステージポンプである真空ポンプ１３を備えている。真空ポンプは約３ｍｂａｒの最終圧力を生成する。

真空管１４は、真空ポンプ１３から吸引チャンバ１５につながっている。吸引チャンバ１５は、トレーサガスセンサ１６の上流に形成されている。吸引チャンバ１５の壁は、トレーサガスセンサ１６のハウジングに接続されている。トレーサガスセンサ１６のセンサ面１７は、吸引チャンバ１５によって包囲されている。吸引チャンバ１５の内部では、ガスガイドプレート１８が、間隔をあけたセンサ面１７に面し、センサ面１７と平行に配置されている。スニファー管１１は、ガスガイドチャンバ１９の中に開口している。ガスガイドチャンバ１９は、向かい合った両端部に、ガスが吸引チャンバ１５に流入可能な側面開口２０を備えている。ガスガイドチャンバ１９は、センサ面１７の前でガスの分配を実行する。

トレーサガスセンサ１６は、独国特許出願公開第１００３１８８２号明細書に記載されたセンサと同様の方法で構成されている。センサ面１７は、ヘリウムを選択的に透過させる膜によって形成され、電気的に、または放熱によって加熱されるようになっている。テストのために、トレーサガスセンサ１６は、石英膜によって封じされたハウジング内の圧力を示す電気信号を発生するペニング圧力センサ、または別の圧力センサを有している。この圧力から、トレーサガスの検出量を示す信号が得られる。

真空管１４は、真空ポンプ１３と吸引チャンバ１５との間に、通常の操作モードの吸引力を決定する第１絞り部Ｄ１を有している。第１絞り部Ｄ１は、弁Ｖ１を有するバイパス管２６によってバイパスされている。

絞り部Ｄ２が、空気導入管に設けられている。弁Ｖ３は、入口Ｅ１または入口Ｅ２を出口Ａと接続する。入口Ｅ１は第１分流部３０と接続され、第１分流部３０は、管３１を介してトレーサガスセンサ１６の入口と接続されている。管３１は、絞り部Ｄ４を有している。

別の通路が、分流部３０から絞り部Ｄ２及び弁Ｖ４を介して真空管１４に延びている。絞り部Ｄ２，Ｄ４は、Ｄ２を通る流れが、Ｄ４を通る流れよりもはるかに大きくなるように互いに調整されている。Ｄ２を通る流れは、Ｄ４を通る流れの少なくとも１０倍であり、特に、少なくとも５０倍である。望ましくは、Ｄ２を通る流れは、Ｄ４を通る流れの約１００倍である。

スニファープローブ１２からベース装置１０につながるスニファー管１１は、スニファープローブを弁Ｖ２と接続する測定管３５、及び真空ポンプ１３の入口と弁Ｖ５を介して接続された吸入管３６を備えている。吸入管３６は、測定管３５よりもはるかに大きな吸引力を有している。例えば、測定管を通して取り込まれるガスの流速は３００ｓｃｃｍである。一方、吸入管３６を通して取り込まれるガスの流速は２７００ｓｃｃｍである。吸入管３６は、測定管の場合よりもはるかに多くのガスを取り込むことによって、スニファー漏れ検出器の距離感度を増加させるために用いられる。測定感度は、吸入管を非作動状態にすることによって増加する。

本発明によれば、ワイズテクノロジーセンサとして構成された第１センサ１６に加えて、第２センサ３８が設けられている。第２センサは熱伝導センサである。第２センサ３８は、望ましくは、スニファープローブ１２に、特に、スニファープローブ１２の吸入管３６に配置されている。第２センサ３８は、ベース装置１０の位置３８ａに配置してもよい。いかなる場合でも、高い全圧が広がる領域に第２センサを配置することが有利である。これは、対象のガス成分の分圧が最も高く、したがって検出限界が最も有利であるからである。第２センサを配置する別の可能性は、真空ポンプ１３の出口に存在する。しかしながら、第２センサからの信号が第１センサからの信号よりも時間において遅れて生じることは、好ましくはない。望ましくは、熱伝導センサからの信号が第１センサからの信号よりも早く得られるべきである。

第１センサ１６及び第２センサ３８からの信号が、制御手段４０に送信され、第１センサまたは第２センサが限界値以上の濃度を測定すると、制御ライン４１によって第２センサ１６をブラインドモードに切り替える。これによって、第１センサが飽和するか、またはコンタミネーションの限界を超えることがそれぞれ回避される。

図２に示す実施形態は、検査対象物５１が置かれる真空気密のテストチャンバ５０が設けられた漏れ検出器である。検査対象物５１は、トレーサガス５２で満たされている。テストチャンバ５０は、検査対象物５１に漏れ口がある場合、トレーサガスが検査対象物から漏れるように、真空排気されている。真空ポンプ５３は、吸入管５７を介してテストチャンバ５０に接続されている。吸入管５７は、第１センサ１６、及び第２センサ３８を備えている。第１センサは、例えば、ワイズテクノロジーセンサとすることができる。一方、第２センサは熱伝導センサである。取り込まれるガスの流路では、第２センサ３８は、第１センサ１６の上流に配置されている。第１センサ１６は、弁５６、５６ａによって開閉可能なバイパス管５４によってバイパスされている。

弁５６は、第２センサ３８からの信号に応じて、制御装置によって制御されている。第２センサによって測定されたトレーサガス濃度が限界値を超えるならば、弁５６，５６ａは、第１センサ１６がバイパス管５４によってバイパスされるように切り替えられる。これによって、第１センサは、コンタミネーションから保護される。

図３は、例としてガス成分のヘリウムを用いた第１及び第２センサの測定範囲の例を示す。ヘリウム濃度は、横軸に沿ってプロットされている。第１センサの測定範囲ＭＢ１が１Ｅ−０５％（＝１０^−４ｍｂａｒ）未満から１Ｅ−０１％（＝１ｍｂａｒ）の少し上までである一方、熱伝導センサの測定範囲ＭＢ２は１Ｅ−０２％以上の全範囲をカバーすることが分かる。したがって、両センサは、互いに補完している。

図４は、動作が例えば質量分析計である測定入口６０の全圧に依存する第１センサ１６ａが設けられた本発明の第２バリエーションにかかる実施形態を示す。測定入口６０は、例えばターボ分子ポンプである高真空ポンプ１３ａと、粗引き真空ポンプ１３ｂとを有しそれらが連続して配置された真空ポンプ１３に接続されている。高真空ポンプ１３ａの吸入口６２は、弁Ｖ２を介して導入管６４と接続され、導入管は、検査対象物６６を接続する接続部６５を備えている。検査対象物６６は、気密性がテストされる中空ボディである。本実施形態では、トレーサガス６８の雰囲気が、スプレー装置６７を用いて検査対象物の外側で生成されている。トレーサガスは、漏れ検出器に含まれた２つのセンサによって同定できる。トレーサガスが同定されると、検査対象物６６は、トレーサガス６８が流入した漏れ口を有する。

導入管６４は、２つの真空ポンプ１３ａ，１３ｂを接続する接続管７０にさらに接続されている。

弁Ｖ２は、吸入口６２と導入管６４とを接続し、弁は、全圧に依存して制御され、全圧が限界値以上に上昇すると、閉じモードに切り替えられる。弁Ｖ２が閉じられると、第１センサ１６ａは、センサがブラインドモードに切り替えられるように検査対象物６６から切り離される。

第２センサ３８は、導入管６４に接続されている。センサは熱伝導センサである。この熱伝導センサは、高い圧力で、全圧とは関係なく動作するように設計されている。測定入口６０に広がる低い全圧で、両センサタイプは作動状態である一方、高い全圧で、第１センサ１６ａは弁Ｖ２によってブラインドモードに切り替えられる。本実施形態では、全圧は、第２センサ３８を用いて導入管６４で測定される。もう１つの方法としては、全圧の測定は、第１センサの測定入口６０で達成することもできる。全圧を測定するために、個別の装置を使用することも可能である。

１０ ベース装置
１１ スニファー管
１２ スニファープローブ
１３ 真空ポンプ
１３ａ 高真空ポンプ（ポンプステージ）
１３ｂ 粗引き真空ポンプ（ポンプステージ）
１４ 真空管
１５ 吸引チャンバ
１６ 第１センサ（トレーサガスセンサ）
１６ａ 第１センサ
１７ センサ面
１８ ガスガイドプレート
１９ ガスガイドチャンバ
２０ 側面開口
２６ バイパス管
３０ 第１分流部
３１ 管
３５ 測定管
３６ 吸入管
３８ 第２センサ
３８ａ 位置
４０ 制御手段
４１ 制御ライン
５０ テストチャンバ
５１ 検査対象物
５２ トレーサガス
５３ 真空ポンプ
５４ バイパス管
５６ 弁
５６ａ 弁
５７ 吸入管
６０ 測定入口
６２ 吸入口
６４ 導入管
６５ 接続部
６６ 検査対象物
６７ スプレー装置
６８ トレーサガス
７０ 接続管
Ｖ１ 弁
Ｖ２ 弁
Ｖ３ 弁
Ｖ４ 弁
Ｖ５ 弁
Ｄ１ 第１絞り部
Ｄ２ 絞り部
Ｄ４ 絞り部
Ｅ１ 入口
Ｅ２ 入口
Ａ 出口

Claims (8)

1. ガスが取り込まれる真空ポンプ装置（１３，５３）、及び取り込まれた前記ガスの少なくとも１つのガス成分を検出するための第１センサ（１６）を有し、該第１センサが可飽和ガス選択性センサタイプである漏れ検出器において、
   熱伝導センサタイプである第２センサ（３８）が取り込まれた前記ガスの熱伝導度を検出するために設けられ、前記第１及び／または第２センサが限界値以上の前記ガス成分の濃度を検出すると、前記第１センサ（１６）をブラインドモードに切り替えるための手段が設けられ、前記第１センサ（１６）が前記ガス成分の低濃度の範囲をカバーし、前記第２センサ（３８）が高濃度の範囲をカバーすることを特徴とする漏れ検出器。
2. 前記第１センサ（１６）の上流で、弁（Ｖ２）が取り込まれたガスのガス流の中に配置され、前記弁は、前記ブラインドモードを実行するために閉じた状態に切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の漏れ検出器。
3. 前記第１センサ（１６）は、加熱可能で、選択的にガスを透過させる膜（１７）を備え、前記ブラインドモードを実行するために、前記膜の加熱が停止されることを特徴とする請求項１に記載の漏れ検出器。
4. 大気からガスを取り込むためのスニファープローブ（１２）が設けられ、前記第１センサ（１６）が測定管（３５）に設けられ、前記第２センサ（３８）が吸入管（３６）に設けられ、前記吸入管は、距離感度を増加させるように、前記スニファープローブ（１２）から前記真空ポンプ装置（１３）に直接繋がり、前記測定管よりも速い速度の流れを運ぶことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の漏れ検出器。
5. 前記第２センサ（３８）は大気圧に近い一定の全圧が広がる位置に配置され、前記センサは特に吸入管（３６）に、または前記漏れ検出器の空気出口に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の漏れ検出器。
6. 前記第１センサ（１６）の前記ブラインドモードの実行のために、制御装置（４０）によって制御される弁（５６，５６ａ）を有するバイパス管（５４）を備えることを特徴とする先行する請求項のいずれか1項に記載の漏れ検出器。
7. ガスが取り込まれる真空ポンプ装置（１３，５３）、及び取り込まれた前記ガスの少なくとも１つのガス成分を検出するための第１センサ（１６ａ）を有し、該第１センサが可飽和ガス選択性センサタイプである漏れ検出器において、
   熱伝導センサタイプである第２センサ（３８）が取り込まれた前記ガスの熱伝導度を検出するために設けられ、全圧が限界値以上であると、前記第１センサ（１６ａ）をブラインドモードに切り替えるための手段が設けられ、前記第１センサ（１６ａ）が前記全圧の低い範囲をカバーし、前記第２センサ（３８）が前記全圧の高い範囲をカバーすることを特徴とする漏れ検出器。
8. 前記第１センサ（１６）の上流で、弁（Ｖ２）が取り込まれたガスのガス流の中に配置され、前記弁は、前記ブラインドモードを実行するために、閉じた状態に切り替えられることを特徴とする請求項７に記載の漏れ検出器。

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