JP2612999B2 - Mass spectrometry type gas leak detector - Google Patents
Mass spectrometry type gas leak detectorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、各種産業上で使用され
る装置、機器類の気密性をテストする質量分析型ガス漏
れ検知器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mass spectrometric gas leak detector for testing the airtightness of devices and equipment used in various industries.
【０００２】[0002]
【従来の技術】気密性が要求される分野の１つとして通
信用ケ−ブルがある。通信用ケーブルは、ケーブルが水
につかった状態であっても湿気、水分がケーブル内に侵
入し、回線故障を起こさないように、重要市外ケ−ブ
ル、及び回線数の多い市内ケ−ブル等は大気圧よりも高
い圧力で乾燥ガス（乾燥空気又は窒素ガス）が充填さ
れ、ガス保守されている。従来、ガス保守された通信用
ケーブル（以下では、ガスケーブルと略称する）及びそ
の接続部のガス漏れを検知する方法として、作業者の手
の届く範囲で目視可能な箇所は、石鹸水をケーブルに塗
布する方法、あるいはピンホールからガスが漏洩する際
に発生する超音波をマイクロホンで集音し、可聴周波数
に変換・増幅し、イヤ−ホンで検出する方法が取られて
いた。また、漏洩箇所の探索が広範囲にわたる場合や、
地下管路内に引き込んだケーブルの漏洩有無確認の場
合、フロンガスを被検出ケーブルに充填し、「ライス効
果」を利用した、フロンガス検知器を用いて、ガス漏洩
の有無を調べる方法が取られていた。後者の方法は、Ｄ
ガス点検法として開発された方法であって、長い実績を
有している。しかし、近年、フロンガスによるオゾン層
の破壊が地球規模的に問題になっており、フロンガスの
使用禁止が早急に実施されようとしている。さて、この
種のガスケーブルは、電柱間に張られた、いわゆる架空
カーブルと、地下に敷設された地下ケーブルの２種類が
あって、この内、地下ケーブルは、通常マンホール間に
埋設された管路中に収容されている。マンホールは深
さ、スペース、入手孔の大きさ等と換気の点から、必要
最小限の装置類しかマンホ−ル内には持ち込めない。2. Description of the Related Art A communication cable is one of the fields requiring hermeticity. Communication cables must be installed in order to prevent moisture and moisture from entering the cables even when the cables are soaked in water, and to prevent line failures. Bulls and the like are filled with a dry gas (dry air or nitrogen gas) at a pressure higher than the atmospheric pressure, and gas is maintained. Conventionally, as a method for detecting a gas-maintained communication cable (hereinafter abbreviated as a gas cable) and a gas leak at a connection portion thereof, a portion which can be visually observed within a reach of an operator uses a soapy water cable. Or a method in which ultrasonic waves generated when gas leaks from a pinhole are collected by a microphone, converted to an audible frequency, amplified, and detected by an earphone. Also, if the search for leaks is extensive,
When checking for leaks of cables drawn into underground pipelines, a method has been adopted in which the cable to be detected is filled with CFC gas and the presence or absence of gas leaks is checked using a CFC detector using the Rice effect. Was. The latter method is D
This method was developed as a gas inspection method and has a long track record. However, in recent years, destruction of the ozone layer by Freon gas has become a problem on a global scale, and the ban on the use of Freon gas is about to be implemented immediately. There are two types of gas cables of this type: so-called overhead cables, which are stretched between utility poles, and underground cables laid underground. Of these, underground cables are usually pipes buried between manholes. Housed on the street. In terms of depth, space, size of the access hole, etc., and ventilation, manholes can carry only the minimum necessary equipment into the manhole.
【０００３】ガス検知器は、種々の原理のものが用いら
れているが、検出感度が最も高い検知方法は、質量分析
型のガス検知器である。従来、この種の質量分析型のガ
ス検知器には、大別して、磁場偏向型と、四重極型マス
フィルターがあり、古くから、真空装置のヘリウムリー
クディテクタとして使用されてきた。これら真空装置の
リーク試験の場合、リークディテクタは真空装置の近く
の清浄な場所で使用されていた。しかし、屋外にあるガ
スケーブルの保守現場は、環境がさまざまであり、質量
分析計のような精密計器は今まで用いられたことがなか
った。[0003] Gas detectors of various principles are used, but the detection method with the highest detection sensitivity is a mass spectrometry type gas detector. Conventionally, this type of mass spectrometry type gas detector is roughly classified into a magnetic field deflection type and a quadrupole type mass filter, and has long been used as a helium leak detector in a vacuum apparatus. In leak tests of these vacuum devices, the leak detector was used in a clean place near the vacuum device. However, outdoor gas cable maintenance sites have various environments, and precision instruments such as mass spectrometers have never been used.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】市販のヘリウムリーク
ディテクタは、最も軽いものでも重量は３０ｋｇ以上あ
るため、装置本体をマンホール内に持ち込むことが出来
ない。従って、装置本体を地上に置いて作業をする場
合、最低でも５ｍ程度のガスサンプリングチューブを接
続し、ガス漏れ探索場所からのサンプリングガスを高速
に吸引し、装置本体の質量分析管部に送り込まねばなら
ない。しかも、マンホール内は塵埃が浮遊し、湿度も高
い環境にある。一方、大気圧のサンプリングガスは検知
ガス透過膜を通して質量分析管に導入する方法がとられ
ている。このように、ヘリウムリークディテクタを劣悪
な環境下で使用する場合、検知ガス透過膜等の目詰まり
が最も懸念されるところである。従って、防塵フィルタ
ーや検知ガス透過膜等の消耗部品の交換時期が表示され
れば、未熟練者でも容易に取り扱うことができ、大変便
利である。Since the commercially available helium leak detector weighs at least 30 kg even if it is the lightest, the apparatus main body cannot be brought into a manhole. Therefore, when working with the apparatus main body on the ground, it is necessary to connect a gas sampling tube of at least about 5 m, suction the sampling gas from the gas leak search site at high speed, and send it to the mass spectrometer tube section of the apparatus main body. No. In addition, the manhole is in an environment where dust floats and the humidity is high. On the other hand, a method has been adopted in which a sampling gas at atmospheric pressure is introduced into a mass spectrometer tube through a detection gas permeable membrane. As described above, when the helium leak detector is used in a poor environment, clogging of the detection gas permeable membrane or the like is the most concerned. Therefore, if the replacement time of the consumable parts such as the dustproof filter and the detection gas permeable membrane is displayed, even an unskilled person can easily handle it, which is very convenient.
【０００５】また、交通量の激しい道路上でのマンホー
ル内ガス漏れ検知作業は出来る限り短時間で終了するこ
とが要請される。ガス漏れ検知器は小型で可搬性、操作
性、無保守性に優れた高感度なものでなければならな
い。そのため、測定値の校正用の基準ガスを用いない
で、検知器内部で自動校正する機能が特に要求される。
このような仕様を満足する市販のガス漏れ検知器は存在
しなかった。Further, it is required that the operation of detecting a gas leak in a manhole on a road with heavy traffic is completed in as short a time as possible. The gas leak detector must be small, highly portable, operable and maintenance-free and highly sensitive. Therefore, a function for automatically calibrating inside the detector without using a reference gas for calibrating the measured value is particularly required.
There was no commercially available gas leak detector satisfying such specifications.
【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的はフロンガスに替わる、ガス漏れ点検法に
使用する、保守性に優れた、小型で、高感度の質量分析
型ガス漏れ検知器を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object the use of a gas leak inspection method instead of chlorofluorocarbon gas, which is excellent in maintainability, is small, and has high sensitivity, and mass detection type gas leak detection. To provide equipment.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、ガスサンプリング部と真空排気部と質量分
析部と測定結果解析表示部とからなる質量分析型ガス漏
れ検知器において、前記測定結果解析表示部が、サンプ
リングガスに含まれる大気成分ガスを基準ガスとして検
知ガス濃度を校正表示する機能と、前記大気成分ガスの
イオン電流値に応じて複数のメッセ−ジを選択表示する
機能とを少なくとも具備することを特徴とするものであ
る。According to the present invention, there is provided a gas leak detector comprising a gas sampling section, a vacuum exhaust section, a mass analysis section, and a measurement result analysis display section. A measurement result analysis display unit for calibrating and displaying the detected gas concentration using the atmospheric component gas contained in the sampling gas as a reference gas, and a function for selectively displaying a plurality of messages according to the ion current value of the atmospheric component gas. And at least the following.
【０００８】また、前記メッセ−ジの選択表示機能が、
フィラメント切断表示と検知ガス透過膜交換表示である
ことを特徴とするものである。The message selection display function is
The display is characterized by a filament cutting display and a detection gas permeable membrane exchange display.
【０００９】また、前記ガスサンプリング部が、ガス導
入部の防塵フィルタ−と流量計と前記検知ガス透過膜と
吸引ポンプとから校正され、ガス導入部の一部に設けら
れた検知ガス透過膜を通して、質量分析部に検知ガスが
導入されるものであり、流量計の表示マークによって防
塵フィルターを交換することを特徴とするものである。The gas sampling section is calibrated by a dust filter, a flow meter, the detection gas permeable membrane and a suction pump of the gas introduction section, and passes through a detection gas permeable membrane provided in a part of the gas introduction section. The detection gas is introduced into the mass spectrometer, and the dust filter is replaced by the display mark of the flow meter.
【００１０】[0010]
【作用】本発明は上記手段により、防塵フィルターが目
詰まりを生じると吸引ガス量が変化することになるか
ら、流量計の指示値によってフィルター交換時期を知る
ことが出来る。一方、検知ガス透過膜が目詰まりを起こ
し、コンダクタンスが低下すると、質量分析部における
大気ガスのイオン電流が減少する。イオン電流値が一定
値以下になった場合、検知ガス透過膜交換表示灯が点灯
するようになっているから、検知ガス透過膜の交換時期
を知ることが出来る。以上のようにして、消耗部品であ
る、防塵フィルターと検知ガス透過膜の交換時期を容易
に知ることができる。According to the present invention, when the dustproof filter is clogged by the above means, the amount of suction gas changes, so that the filter replacement time can be known from the indicated value of the flow meter. On the other hand, when the detection gas permeable membrane is clogged and the conductance decreases, the ion current of atmospheric gas in the mass spectrometer decreases. When the ion current value becomes equal to or less than a certain value, the detection gas permeable membrane replacement indicator light is turned on, so that it is possible to know the replacement time of the detection gas permeable membrane. As described above, it is possible to easily know when to replace the dust-proof filter and the detection gas permeable membrane, which are consumable parts.
【００１１】また、測定値の自動校正機構は、質量分析
部のイオンソース室でイオン化されイオンコレクタに達
した大気ガスイオン成分、例えば、窒素イオン、酸素イ
オン等を基準として検知ガス濃度を校正することによっ
て、真空排気部の排気性能の劣化等に伴う真空度の変
化、並びに上記検知ガス透過膜のコンダクタンス変化の
影響を受けないように工夫されている。The automatic calibration mechanism of the measured value calibrates the detected gas concentration based on the atmospheric gas ion components, such as nitrogen ions and oxygen ions, which are ionized in the ion source chamber of the mass spectrometer and reach the ion collector. In this way, it is designed so as not to be affected by the change in the degree of vacuum due to the deterioration of the exhaust performance of the vacuum exhaust unit and the change in the conductance of the detection gas permeable membrane.
【００１２】このような大気成分を基準にする測定値の
自動校正方法は、大気中の存在量が少ないヘリウム等を
プローブガスとしてガス漏れ探知を行なう分野において
は、利にかなっており、簡便で有効である。大気ガス成
分のイオン電流値を常時、あるいは間欠的に測定し、イ
オン電流値が０の場合は、フィラメント切断の表示灯を
点灯させ、０以上、一定値以下の場合は、上述のよう
に、検知ガス透過膜交換表示を出すようになっている。Such an automatic calibration method of measured values based on atmospheric components is advantageous and simple in the field of detecting gas leaks using helium or the like having a small amount in the atmosphere as a probe gas. It is valid. The ion current value of the atmospheric gas component is constantly or intermittently measured. When the ion current value is 0, the indicator light for filament cutting is turned on. When the ion current value is 0 or more and a certain value or less, as described above, A detection gas permeable membrane replacement display is displayed.
【００１３】以上説明したように、本発明の質量分析型
ガス漏れ検知器は、塵埃等の多い、劣悪な測定環境にお
いても、高感度で、保守性、操作性に優れたガス漏れ探
索の作業性を実施することが出来る。As described above, the mass spectrometry type gas leak detector of the present invention is a highly sensitive, maintainable, and operable gas leak detector even in a poor measurement environment with a lot of dust. Sex can be implemented.
【００１４】[0014]
【実施例】以下に図面を参照して本発明をより具体的に
記述するが、以下に示すものは本発明の一実施例にすぎ
ず、本発明の技術的範囲を何等制限するものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below more specifically with reference to the drawings. However, what is shown below is merely an embodiment of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention. .
【００１５】図１は本発明の質量分析型ガス漏れ検知器
の概略図、図２は図１の測定結果解析表示部の信号処理
のフローチャートであって、検知器本体は、ガスサンプ
リング部１００、真空排気部２００、質量分析部３０
０、測定結果解析表示部４００から構成されている。FIG. 1 is a schematic diagram of a mass spectrometry type gas leak detector of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of signal processing of a measurement result analysis display unit of FIG. Evacuation unit 200, mass analysis unit 30
0, a measurement result analysis display 400.
【００１６】ガスサンプリング部１００はガス吸引孔１
０１、防塵フィルター１０２、ガス導入管１０３、流量
計１０４、吸引ポンプ１０５、検知ガス透過膜１０６か
ら構成されている。吸引ポンプ１０５（吸引量２．５
ｌ／ｍｉｎ）によってガス吸引孔１０１から吸引された
サンプリングガスは、防塵フィルター１０２によって
０．５μｍ以下の塵埃のみが濾過され、流量計１０４を
経た後、多孔質タングステン膜からなる検知ガス透過膜
１０６に吹き付けられ、ほとんど全てのガスは排気孔１
０７から大気中に排出される。そして、検知ガス透過膜
１０６を透過した、極１部のガスが真空排気部２００に
よって排気され、質量分析部３００で濃度が測定され
る。防塵フィルター１０２に目詰まりが生じると流量計
１０４の指示値が低下するから、フィルター交換表示マ
ークまで達した時点で防塵フィルター１０２を交換する
ことになる。The gas sampling unit 100 has a gas suction hole 1
1, a dustproof filter 102, a gas inlet tube 103, a flow meter 104, a suction pump 105, and a detection gas permeable membrane 106. Suction pump 105 (suction volume 2.5
1 / min), only dust of 0.5 μm or less is filtered by the dustproof filter 102 through the gas suction hole 101, passes through the flow meter 104, and then passes through the detection gas permeable membrane 106 made of a porous tungsten film. And almost all gases are exhausted
From 07 to the atmosphere. Then, the gas at one pole that has passed through the detection gas permeable membrane 106 is exhausted by the vacuum exhaust unit 200, and the concentration is measured by the mass spectrometer 300. If the dust filter 102 becomes clogged, the indicated value of the flow meter 104 decreases, and the dust filter 102 is replaced when the filter replacement display mark is reached.
【００１７】真空排気部２００は、ターボ分子ポンプ２
０１（排気速度：３０ ｌ／ｓｅｃ）と、油回転ポンプ
２０２（排気速度：１０ ｌ／ｍｉｎ）と、図には示し
ていないが真空計並びに電磁弁類からなる。検知器本体
のメインスイッチをオン（ＯＮ）にすると、真空排気部
２００は自動運転に入る。The evacuation unit 200 includes the turbo molecular pump 2
01 (evacuation speed: 30 l / sec), an oil rotary pump 202 (evacuation speed: 10 l / min), and a vacuum gauge and solenoid valves (not shown). When the main switch of the detector main body is turned on (ON), the evacuation unit 200 starts an automatic operation.
【００１８】質量分析部３００は、イオンソース室３０
１、希土類磁石を使用した６０度偏向型のセクタ型磁場
３０２、イオンコレクタ室３０３からなる。検知ガス透
過膜１０６を透過した検知ガス（ヘリウム）と大気ガス
はイオンソース室３０１でイオン化され、加速電極、ス
リットを通って、セクタ型磁場３０２で目的の質量数の
イオンのみが弁別され、イオンコレクタ室３０３でイオ
ン電流が検出される。概略測定モードの場合は、加速電
極にｍ／ｅ＝４のヘリウムイオンのみが通過する直流高
電圧を加え、精密測定モードの場合は、ｍ／ｅ＝３から
８のイオン（ヘリウムイオンと窒素２価イオン）が通過
するよう、加速電極を電圧走引する。The mass spectrometer 300 includes the ion source chamber 30
1. A 60 ° deflection type sector magnetic field 302 using a rare earth magnet, and an ion collector chamber 303. The detection gas (helium) and the atmospheric gas that have passed through the detection gas permeable membrane 106 are ionized in the ion source chamber 301, pass through the accelerating electrode and the slit, and are discriminated only by the sector type magnetic field 302 by ions of the target mass number. An ion current is detected in the collector chamber 303. In the case of the rough measurement mode, a DC high voltage allowing only helium ions of m / e = 4 to pass is applied to the accelerating electrode. In the case of the precision measurement mode, ions of m / e = 3 to 8 (helium ions and nitrogen 2) are applied. (Charged ions) are passed through the accelerating electrode.
【００１９】測定結果解析表示部４００では、図２に示
すフローチャートに従って、イオン電流ｉの大きさがチ
ェックされる。すなわち、ｉ＝０かどうかがまず判定さ
れ、ｉ＝０の場合は、イオンソース室３０１のフィラメ
ントが切断し、イオン電流が流れない場合であるから、
フィラメント切断表示灯が点灯され、警報音の発生と共
に測定者に注意を促すようになっている。次に、イオン
電流ｉが予め定められた値ＩO と比較されｉ＜ＩO の場
合は、検知ガス透過膜１０６の目詰まりによって、イオ
ン電流が減少しているわけであるから、検知ガス透過膜
交換表示灯を点灯させ、警報音の発生と共に測定者に注
意を促すようになっている。そして、ｉ＞ＩO の場合に
のみ、ガス濃度が表示される。In the measurement result analysis display section 400, the magnitude of the ion current i is checked in accordance with the flowchart shown in FIG. That is, it is first determined whether i = 0 or not. If i = 0, the filament of the ion source chamber 301 is cut and no ion current flows.
The filament cut indicator light is turned on to alert the measurer with an alarm sound. Next, the ion current i is compared with a predetermined value I o, and if i <I o , the clogging of the detection gas permeable membrane 106 decreases the ion current. The membrane replacement indicator light is turned on to alert the measurer when the alarm sounds. Then, only when i> I O , the gas concentration is displayed.
【００２０】測定モードは、測定モード切替スイッチに
よって概略測定モード、精密測定モードの２種が選択で
き、概略測定モードを選択すると、ヘリウム量が連続的
に表示される。精密測定モードを選択すると、ｍ／ｅ＝
３から８の間を反復走引し、大気中の窒素２価イオンを
基準にして、ヘリウム濃度がその都度校正表示される。The measurement mode can be selected from a rough measurement mode and a precision measurement mode by a measurement mode switch. When the rough measurement mode is selected, the helium amount is continuously displayed. When the precision measurement mode is selected, m / e =
The helium concentration is calibrated and displayed each time based on the nitrogen divalent ion in the atmosphere by repeatedly running between 3 and 8.
【００２１】本発明の質量分析型ガス漏れ検知器におい
ては、ガス導入管１０３の経路の途中に設けられた吸引
ポンプ１０５によって、ガス導入管１０３の１端である
ガス吸引孔１０１から吸引されたサンプリングガスは、
防塵フィルター１０２によって塵埃が除去された後、吸
引ガスの一部が検知ガス透過膜１０６を通して質量分析
部３００へ導かれる。吸引ガス量は流量計１０４でモニ
ター出来るようになっている。防塵フィルター１０２が
目詰まりを生じると吸引ガス量が変化することになるか
ら、流量計１０４の指示値によってフィルター交換時期
を知ることが出来る。一方、検知ガス透過膜１０６は長
時間の使用によって、防塵フィルター１０２によっても
除去されない小さな塵埃が堆積するのでコンダクタンス
が低下する。もちろん、検知ガスとともに大気ガスも検
知ガス透過膜１０６を透過するから、検知ガス透過膜１
０６が目詰まりを起こし、コンダクタンスが低下する
と、質量分析部３００における大気ガスのイオン電流が
減少する。イオン電流値が一定値以下になった場合、検
知ガス透過膜交換表示灯が点灯するようになっているか
ら、検知ガス透過膜１０６の交換時期を知ることが出来
る。以上のようにして、消耗部品である、防塵フィルタ
ー１０２と検知ガス透過膜１０６の交換時期を容易に知
ることができる。In the mass spectrometric gas leak detector of the present invention, the gas is sucked from the gas suction hole 101 which is one end of the gas introduction pipe 103 by the suction pump 105 provided in the middle of the path of the gas introduction pipe 103. The sampling gas is
After the dust is removed by the dust filter 102, a part of the suction gas is guided to the mass spectrometer 300 through the detection gas permeable membrane 106. The amount of suction gas can be monitored by the flow meter 104. If the dustproof filter 102 is clogged, the amount of suction gas changes, so that the filter replacement time can be known from the indicated value of the flow meter 104. On the other hand, when the detection gas permeable film 106 is used for a long time, small dust that is not removed by the dustproof filter 102 accumulates, so that the conductance decreases. Of course, the atmospheric gas is transmitted through the detection gas permeable membrane 106 together with the detection gas.
When 06 causes clogging and the conductance decreases, the ion current of atmospheric gas in the mass spectrometer 300 decreases. When the ion current value becomes equal to or less than a certain value, the detection gas permeable membrane replacement indicator light is turned on, so that it is possible to know the replacement time of the detection gas permeable membrane 106. As described above, it is possible to easily know when to replace the dust-proof filter 102 and the detection gas permeable membrane 106, which are consumable parts.
【００２２】本発明の他の特徴である、測定値の自動校
正機構は、質量分析部３００のイオンソース室３０１で
イオン化されイオンコレクタ室３０３に達した大気ガス
イオン成分、例えば、窒素イオン、酸素イオン等を基準
として検知ガス濃度を校正する方式をとっている。すな
わち、割り算回路部を設け、検知ガスのイオン電流値を
大気ガスのイオン電流値で割ることによって、真空排気
部２００の排気性能の劣化等に伴う真空度の変化、並び
に上記検知ガス透過膜１０６のコンダクタンス変化の影
響を受けないように工夫されている。なお、特定の大気
ガスイオンでなく、イオンコレクタ室３０３に達した全
イオン電流を基準に用いる方法も可能である。Another feature of the present invention is a mechanism for automatically calibrating a measured value, which comprises an atmospheric gas ion component ionized in the ion source chamber 301 of the mass spectrometer 300 and reaching the ion collector chamber 303, for example, nitrogen ion, oxygen A method of calibrating the detected gas concentration based on ions and the like is adopted. That is, by providing a division circuit unit and dividing the ion current value of the detection gas by the ion current value of the atmospheric gas, the change in the degree of vacuum due to the deterioration of the exhaust performance of the vacuum exhaust unit 200 and the like, and the detection gas permeable membrane 106 It is devised so as not to be affected by the change in conductance. It is also possible to use a method in which the total ion current reaching the ion collector chamber 303 is used as a reference instead of the specific atmospheric gas ions.
【００２３】このような大気成分を基準にする測定値の
自動校正方法は、大気中の存在量が少ないヘリウム等を
プローブガスとしてガス漏れ探知を行なう分野において
は、利にかなっており、簡便で有効である。その反面、
この方法を実際に適用する場合、次のような問題点があ
る。すなわち、大気成分ガスのイオン電流が異常に減少
した場合、測定値が不安定になる。特に、イオンソース
室３０１のフィラメントが切断した場合、イオン電流値
は０となるから、割り算回路部で、電気回路雑音を拾っ
た、でたらめな測定値を表示する欠点があることが本発
明の完成の途中で判明した。本発明の質量分析型ガス漏
れ検知器においては、大気ガス成分のイオン電流値を常
時、あるいは間欠的に測定し、イオン電流値が０の場合
は、フィラメント切断の表示灯を点灯させ、０以上、一
定値以下の場合は、上述のように、検知ガス透過膜交換
表示を出すようになっている。Such a method for automatically calibrating measured values based on atmospheric components is advantageous and simple in the field of detecting gas leaks using helium or the like having a small amount in the atmosphere as a probe gas. It is valid. On the other hand,
When this method is actually applied, there are the following problems. That is, when the ion current of the atmospheric component gas abnormally decreases, the measured value becomes unstable. In particular, when the filament in the ion source chamber 301 is cut, the ion current value becomes 0. Therefore, there is a drawback that the division circuit section has a drawback of displaying random measurement values by picking up electric circuit noise. Turned out on the way. In the mass spectrometric gas leak detector of the present invention, the ion current value of the atmospheric gas component is constantly or intermittently measured, and when the ion current value is 0, the indicator light for filament cutting is turned on, and 0 or more. If the value is equal to or less than the predetermined value, the display for replacing the detected gas permeable membrane is displayed as described above.
【００２４】以上説明したように、本発明の質量分析型
ガス漏れ検知器は、塵埃等の多い、劣悪な測定環境にお
いても、高感度で、保守性、操作性に優れたガス漏れ探
索の作業を実施することが出来る。なお、言うまでもな
いことであるが、検知ガスとしては、フロンガスの代わ
りにヘリウム（Ｈｅ）ガスを使用することが高感度検出
の点で最も有利である。なぜなら、ヘリウムガスはガス
の透過性が最も大きいため、小さなピンホ−ルの検出に
適するからである。さらに、ヘリウムガスは空気よりも
軽いため、マンホールのように地下で作業する場合、酸
欠事故防止の点から好ましい。もちろん、本発明の質量
分析型ガス漏れ検知器は、ヘリウムガスに限られるもの
でなく、質量分析部３００を目的のガスの質量数に合わ
せて変更すれば、本発明の特徴はそのまま活かすことが
出来る。以下では、本発明の理解を容易にするために、
本発明の質量分析型ガス漏れ検知器の構成部の機能を説
明する。As described above, the mass spectrometry type gas leak detector of the present invention is a highly sensitive, maintainable and operable gas leak detector even in a poor measurement environment with a lot of dust. Can be implemented. Needless to say, it is most advantageous to use helium (He) gas instead of chlorofluorocarbon gas as the detection gas in terms of high sensitivity detection. This is because helium gas has the highest gas permeability and is suitable for detecting small pinholes. Further, since helium gas is lighter than air, it is preferable to work underground like a manhole from the viewpoint of preventing oxygen deficiency accidents. Of course, the mass spectrometry type gas leak detector of the present invention is not limited to helium gas, and if the mass spectrometer 300 is changed according to the mass number of the target gas, the features of the present invention can be utilized as it is. I can do it. In the following, in order to facilitate understanding of the present invention,
The function of the components of the mass spectrometric gas leak detector of the present invention will be described.
【００２５】本発明の質量分析型ガス漏れ検知器は、ガ
スサンプリング部１００、真空排気部２００、質量分析
部３００、測定結果解析表示部４００から構成され、測
定結果解析表示部４００とガスサンプリング部１００に
特徴がある。The mass spectrometry type gas leak detector of the present invention comprises a gas sampling unit 100, a vacuum exhaust unit 200, a mass analysis unit 300, and a measurement result analysis display unit 400. The measurement result analysis display unit 400 and the gas sampling unit There are 100 features.
【００２６】真空排気部２００は、オイルフリーの真空
排気系が望ましく、例えば、市販の油回転ポンプ２０２
とターボ分子ポンプ２０１からなる真空排気系が適当で
ある。質量分析部３００は、磁場偏向型、あるいは四重
極型マスフィルターがあるが、小型化、低価格化の点で
は、希土類磁石を用いた磁場偏向型が好ましい。The evacuation unit 200 is preferably an oil-free evacuation system, for example, a commercially available oil rotary pump 202.
And a vacuum evacuation system composed of a turbo molecular pump 201 is appropriate. The mass spectrometer 300 includes a magnetic field deflection type or a quadrupole type mass filter, but a magnetic field deflection type using a rare earth magnet is preferable in terms of size reduction and cost reduction.
【００２７】測定結果解析表示部４００は、検知ガスの
質量数を連続的に測定する概略測定モードと、被検知ガ
スと大気成分ガスの質量スペクトルを時系列的に検出
し、２つの質量スペクトル比から被検知ガスを間欠的に
測定する精密測定モードの２種類の測定モードが選択可
能である。概略測定モードにおいても、測定開始時に基
準ガスとの校正を自動実行するようにすれば、さらに測
定精度は向上する。また、表示部にはフィラメント切断
表示灯、検知ガス透過膜交換表示灯が備えられているか
ら、点検、保守作業に熟練を要せず、容易に実施でき
る。基準となる大気成分ガスは大気中の窒素が最も好ま
しく、続いて酸素である。検知ガスは上述の通り、ヘリ
ウムが最も好ましい。なぜならば、窒素イオンとヘリウ
ムイオンは、後述のように質量数が接近しており、質量
走引範囲が短くて済むためである。従って、電子回路の
簡略化、測定時間の短縮化に有利である。The measurement result analysis and display unit 400 has a rough measurement mode for continuously measuring the mass number of the detected gas, and a time series detection of the mass spectra of the gas to be detected and the atmospheric component gas. , Two types of measurement modes, a precision measurement mode for intermittently measuring the gas to be detected, can be selected. Even in the rough measurement mode, if the calibration with the reference gas is automatically executed at the start of the measurement, the measurement accuracy is further improved. In addition, since the display section is provided with a filament cutting indicator lamp and a detection gas permeable membrane replacement indicator lamp, inspection and maintenance work can be easily performed without requiring skill. The reference atmospheric component gas is most preferably atmospheric nitrogen, followed by oxygen. As described above, the detection gas is most preferably helium. This is because the nitrogen ions and the helium ions are close in mass number as described below, and the mass sweeping range can be short. Therefore, it is advantageous for simplifying the electronic circuit and shortening the measurement time.
【００２８】さて、上述の概略測定モードは、ヘリウム
の質量数４を連続的に測定するモードである。周知のよ
うに、質量数は、永久磁石を用いた磁場偏向型の場合、
イオン化したガスの分析管への加速電圧（１〜２ｋＶが
印加される）で決定され、四重極型マスフィルターの場
合、高周波電圧に重畳される直流電圧（１〜２ｋＶ）で
決定される。また、質量分析部３００で検出されるイオ
ン電流は、ヘリウムイオンとこれに重畳する電子回路部
からのノイズ電流であって、ヘリウムイオン量は、真空
排気部２００の排気速度にも依存する。このように、一
定質量数のガスを連続モニターする場合、現実的には、
電圧、真空度、電磁ノイズ等の変動の影響を受けるた
め、ヘリウム量を正確に検出することは困難である。例
えば、直流高圧電源の変動は、０．０１％以下が要求さ
れるから、高価な電源が必要となる。さらに、イオン電
流は、正確には、質量数とイオン化の価数の比、すなわ
ち、ｍ／ｅで規定され、本発明の目的とする、ガスケー
ブルの漏洩探査の場合、２価にイオン化した、窒素（Ｎ
++）、すなわち、ｍ／ｅ＝７、の位置に空気中の窒素イ
オン、及びｍ／ｅ＝１、２の水素イオン、水素分子イオ
ンが検出されるから、質量分析部の分解能が低い場合、
ヘリウム濃度が低い領域では空気の影響を受けることに
なる。市販のヘリウムリークディテクタの場合、上記理
由により、後述の質量走引法が取られる。このような理
由にもかかわらず、本発明では、上述したように、ガス
ケーブルの漏洩探査の効率を考え、概略測定モードを設
けた。The above-described rough measurement mode is a mode for continuously measuring the mass number 4 of helium. As is well known, the mass number is, in the case of a magnetic field deflection type using a permanent magnet,
It is determined by the acceleration voltage (1-2 kV is applied) of the ionized gas to the analysis tube, and in the case of the quadrupole mass filter, it is determined by the DC voltage (1-2 kV) superimposed on the high frequency voltage. The ion current detected by the mass spectrometer 300 is a helium ion and a noise current from the electronic circuit superimposed on the helium ion. The amount of the helium ion also depends on the pumping speed of the vacuum pumping unit 200. Thus, in the case of continuously monitoring a constant mass of gas, in reality,
It is difficult to accurately detect the amount of helium because it is affected by fluctuations in voltage, degree of vacuum, electromagnetic noise, and the like. For example, since the fluctuation of the DC high-voltage power supply is required to be 0.01% or less, an expensive power supply is required. Furthermore, the ion current is defined by the ratio of the mass number to the valence of ionization, ie, m / e, and is ionized bivalently in the case of gas cable leak detection, which is the object of the present invention. Nitrogen (N
++ ), that is, nitrogen ions in the air, and hydrogen ions and hydrogen molecular ions of m / e = 1 and 2 are detected at the position of m / e = 7, so that the resolution of the mass spectrometer is low. ,
In a region where the helium concentration is low, air is affected. In the case of a commercially available helium leak detector, the mass sweep method described below is employed for the above-described reason. In spite of such a reason, in the present invention, as described above, the rough measurement mode is provided in consideration of the efficiency of gas cable leak detection.
【００２９】次に、精密測定モードを説明する。本測定
モードは、質量走引を行なって、目的とするヘリウム
（ｍ／ｅ＝４）及び、空気中の窒素（ｍ／ｅ＝７）のス
ペクトルを検出し、該窒素のスペクトルを基準にして、
ヘリウム量を正確に測定するものである。この方法は、
従来から実施されている方法であって、質量走引のた
め、連続測定は困難であるが、直流高圧電流の安定性は
あまり要求されないため、電子回路部の経済化が図れる
特徴がある。Next, the precise measurement mode will be described. In this measurement mode, mass sweep is performed to detect spectra of the target helium (m / e = 4) and nitrogen in the air (m / e = 7), and the spectrum of nitrogen is used as a reference. ,
It accurately measures the amount of helium. This method
This method has been conventionally used, and it is difficult to continuously measure the mass due to mass running. However, since the stability of the DC high-voltage current is not so required, there is a feature that the electronic circuit unit can be economical.
【００３０】なお、磁場偏向型の場合、一般に、質量走
引法は、永久磁石を用いて、イオン化ガスの加速電圧を
変える方法と、電磁石を用いて、電磁石の励磁電流を変
える方法があるが、本発明の目的には、小型化、低価格
化、高速走引の点で永久磁石を用いる方法が好ましい。
一方、四重極型マスフィルターの場合、数秒以内の高速
走引は容易であるが、磁場偏向型に較べ、高周波電源の
価格が高く、電源の小型化が図りにくい欠点がある。以
上の理由から、永久磁石を用いた磁場偏向型のヘリウム
ガス検知法が、本発明の目的には最も適している。In the case of the magnetic field deflection type, the mass sweeping method generally includes a method of changing the acceleration voltage of the ionized gas using a permanent magnet, and a method of changing the excitation current of the electromagnet using an electromagnet. For the purpose of the present invention, a method using a permanent magnet is preferable in terms of size reduction, cost reduction, and high-speed running.
On the other hand, in the case of the quadrupole mass filter, high-speed running within a few seconds is easy, but compared with the magnetic field deflection type, the high-frequency power source is expensive and it is difficult to reduce the size of the power source. For the above reasons, a magnetic field deflection type helium gas detection method using a permanent magnet is most suitable for the purpose of the present invention.
【００３１】ところで、本発明の目的である、ガスケー
ブルの漏洩探索の場合、ヘリウムガスは大気中には５ｐ
ｐｍ程度存在するから、本精密測定モードでは、検出感
度を無闇に向上させても無駄であり、１ｐｐｍ以上のヘ
リウムガス濃度が正確に測定できればよい。By the way, in the case of the leak search of the gas cable, which is the object of the present invention, helium gas contains 5 p
In the present precision measurement mode, it is useless to improve the detection sensitivity in vain, and it is sufficient that a helium gas concentration of 1 ppm or more can be accurately measured.
【００３２】次にガスサンプリング部１００を説明す
る。ガスサンプリング部１００は、ガス導入管１０３と
防塵フィルター１０２と流量計１０４と検知ガス透過膜
１０６と吸引ポンプ１０５とから構成され、ガス導入管
１０３の一部に設けられた検知ガス透過膜１０６を通し
て、質量分析部３００に検知ガスが導入されるようにな
っている。吸引ポンプ１０５としては、吸引量が数１０
０〜数１０００ ｍｌ／ｍｉｎのベロースポンプが好ま
しい。特に、マンホール内でのガス漏れ探査作業の場
合、ガスサンプリングチューブ（ガス導入管）は内径４
ｍｍ程度、長さ１０ｍ程度のものが必要になるから、ガ
ス検知の応答時間を３秒程度にするためには、吸引量は
２．５ ｌ／ｍｉｎ（大気圧）程度が要求される。市販
品のヘリウムリークディテクタは、ガスサンプリングレ
ートがこのように大きなものは存在しない。吸引量が多
くなると、必然的に塵埃の量も多くなるから、検知ガス
透過膜１０６の寿命を延ばすためには、ガス導入管１０
３の途中に防塵フィルター１０２を設ける必要が生じ
る。防塵フィルター１０２は使用にともなって目詰まり
を起こすから、吸引量が低下し、ガス検知の応答時間が
長くなる。本発明の質量分析型ガス漏れ検知器によれ
ば、ガス導入管１０３の途中に流量計１０４が設けられ
ているから、流量計１０４の指示値によって防塵フィル
ター１０２の交換時期が表示される。従って、データの
信頼性、ガス検知器の保守性がこれにより確保されるの
で、未熟練者でも容易に操作が可能である。Next, the gas sampling unit 100 will be described. The gas sampling unit 100 includes a gas introduction pipe 103, a dust filter 102, a flow meter 104, a detection gas permeable membrane 106, and a suction pump 105, and passes through the detection gas permeable membrane 106 provided in a part of the gas introduction pipe 103. The detection gas is introduced into the mass spectrometer 300. For the suction pump 105, the suction amount is several tens.
A bellows pump of 0 to several thousand ml / min is preferred. In particular, in the case of a gas leak detection operation in a manhole, the gas sampling tube (gas introduction tube) has an inner diameter of 4 mm.
Since a gas having a length of about mm and a length of about 10 m is required, a suction amount of about 2.5 l / min (atmospheric pressure) is required in order to make the response time of gas detection about 3 seconds. No commercially available helium leak detector has such a large gas sampling rate. When the amount of suction increases, the amount of dust inevitably increases. Therefore, in order to extend the life of the detection gas permeable membrane 106, the gas introduction pipe 10 is required.
It becomes necessary to provide a dustproof filter 102 in the middle of 3. Since the dustproof filter 102 becomes clogged with use, the suction amount decreases, and the response time of gas detection increases. According to the gas leak detector of the mass spectrometric type of the present invention, since the flow meter 104 is provided in the middle of the gas introduction pipe 103, the replacement time of the dustproof filter 102 is indicated by the indicated value of the flow meter 104. Therefore, the reliability of data and the maintainability of the gas detector are ensured by this, so that even an unskilled person can easily operate.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の質量分析
型ガス漏れ検知器のよれば、フロンガスの代わりにヘリ
ウムガスを使用することによって、地球環境保全に貢献
するものである。なお、従来のフロンガス検知器に比
べ、検知感度が非常い高いため、ガス漏れ探査時間が大
幅に短縮される。従って、マンホール作業に伴う道路占
有時間が短縮され、交通渋滞解消に貢献する。また、未
熟練者でも容易に操作が可能であり、防塵フィルターや
検知ガス透過膜等の消耗部品の交換時期が容易に判定で
きる。そして、検知器内部で測定値の自動校正機能が搭
載されているから、検知精度の維持管理に効果がある。As described above, according to the mass spectrometry type gas leak detector of the present invention, the use of helium gas instead of chlorofluorocarbon gas contributes to the preservation of the global environment. In addition, since the detection sensitivity is extremely high as compared with the conventional Freon gas detector, the gas leak detection time is greatly reduced. Therefore, the time occupied by the road for manhole work is reduced, which contributes to the elimination of traffic congestion. In addition, even an unskilled person can easily perform the operation, and can easily determine the replacement time of the consumable parts such as the dustproof filter and the detection gas permeable membrane. And since the automatic calibration function of the measured value is installed inside the detector, it is effective in maintaining and managing the detection accuracy.
【００３４】本発明の検知器は、ガスケーブルの漏洩探
査に限られるものでなく、自動車産業界、空調・冷凍機
業界、電子部品業界、原子力業界等の種々の分野で実施
されているリーク試験に適用することが出来る。The detector of the present invention is not limited to leak detection of gas cables, but is used in various fields such as automobile industry, air conditioning / refrigeration industry, electronic parts industry and nuclear power industry. Can be applied to
【図１】本発明の質量分析型ガス漏れ検知器の一実施例
を示す構成説明図である。FIG. 1 is a configuration explanatory view showing one embodiment of a mass spectrometry type gas leak detector of the present invention.
【図２】本発明に係る測定結果解析表示部の信号処理の
一例を示すフロ−チャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of signal processing of a measurement result analysis display unit according to the present invention.
１００…ガスサンプリング部、１０１…ガス吸引孔、１
０２…防塵フィルター、１０３…ガス導入管、１０４…
流量計、１０５…吸引ポンプ、１０６…検知ガス透過
膜、１０７…排気孔、２００…真空排気部、２０１…タ
ーボ分子ポンプ、２０２…油回転ポンプ、３００…質量
分析部、３０１…イオンソース室、３０２…セクタ型磁
場、３０３…イオンコレクタ室、４００…測定結果解析
表示部。100: gas sampling unit, 101: gas suction hole, 1
02: dust filter, 103: gas inlet tube, 104:
Flow meter, 105: suction pump, 106: detection gas permeable membrane, 107: exhaust hole, 200: vacuum exhaust unit, 201: turbo molecular pump, 202: oil rotary pump, 300: mass analysis unit, 301: ion source chamber, 302: sector type magnetic field, 303: ion collector room, 400: measurement result analysis display unit.
Claims (3)
分析部と測定結果解析表示部とからなる質量分析型ガス
漏れ検知器において、 前記測定結果解析表示部が、サンプリングガスに含まれ
る大気成分ガスを基準ガスとして検知ガス濃度を校正表
示する機能と、前記大気成分ガスのイオン電流値に応じ
て複数のメッセ−ジを選択表示する機能とを少なくとも
具備することを特徴とする質量分析型ガス漏れ検知器。1. A mass spectrometry type gas leak detector comprising a gas sampling unit, a vacuum exhaust unit, a mass analysis unit, and a measurement result analysis display unit, wherein the measurement result analysis display unit includes an atmospheric component gas contained in the sampling gas. A mass spectrometric gas leak having at least a function of calibrating and displaying the detected gas concentration with reference to a reference gas and a function of selectively displaying a plurality of messages in accordance with the ion current value of the atmospheric component gas. Detector.
ントと検知ガス透過膜の交換表示であることを特徴とす
る請求項１記載の質量分析型ガス漏れ検知器。2. A mass spectrometric gas leak detector according to claim 1, wherein the function of selecting and displaying a message is a display for exchanging a filament and a detection gas permeable membrane.
塵フィルタ−と流量計と検知ガス透過膜と吸引ポンプと
から構成され、ガス導入管の一部に設けられた検知ガス
透過膜を通して、質量分析部に検知ガスが導入されるも
のであり、流量計の表示マークによって防塵フィルター
を交換することを特徴とする請求項１記載の質量分析型
ガス漏れ検知器。3. A gas sampling unit comprising a gas introduction pipe, a dust filter, a flow meter, a detection gas permeable membrane, and a suction pump, and having a mass passing through a detection gas permeable membrane provided in a part of the gas introduction pipe. The mass spectrometric gas leak detector according to claim 1, wherein the detection gas is introduced into the analysis unit, and the dust-proof filter is replaced by a display mark of the flow meter.
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