JP4095771B2 - 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

Description

【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制御曲線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制御曲線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。調整量としてはヘリウム検出器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、変調制御曲線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、変調制御曲線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は変調制御曲線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ヘリウム検出器４が示されている。ヘリウム検出器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、１２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）ヘリウム検出器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はヘリウム検出器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（phasenempfindliche 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の制御及びヘリウム検出器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に相応する変調制御曲線においては、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に相応する変調制御曲線においては、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に相応する変調制御曲線においては、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）に相応する変調制御曲線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に相応する変調制御曲線においては、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、この変調制御曲線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、これらの変調制御曲線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制御曲線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１４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。変調制御曲線は、これらの変調制御曲線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制御曲線がまず最初に選択されることによって行われる。その後で変調制御曲線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、変調制御曲線の無段階式変化に対する調整量として、ヘリウム検出器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、ヘリウム検出器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、変調制御曲線は変化されず、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制御曲線が変化される。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、ヘリウム検出器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２１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】 変調制御曲線の説明のための線図である。
【図４】 変調制御曲線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 ヘリウム検出器
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

Claims (13)

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）ならびに制御機器（２１）を有し、該制御機器（２１）はテストガスが存在するかどうかが検査される前記バルブ（１６）を貫流するガス流の開口断面積の制御に使用される、ヘリウム漏洩検出器（１）の動作方法において、
   テストガスが存在するかどうかが検査されるガス流の量の変調が前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線に従って前記制御機器（２１）によって行われ、この場合漏洩流が存在するかどうかが検査されるガス流の量は様々な変調制御曲線によって変化され、前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線の変化によってヘリウム漏洩検出器（１）のインレットにおける有効吸い込み能力が変化され、
   前記制御機器（２１）による前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線に従ったテストガスが存在するかどうかが検査されるガス流の量の変調の変化のための調整量として前記ヘリウム検出器（４）から前記制御機器（２１）に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のヘリウムバックグラウンドに依存し、
   漏洩検出の際には最初は比較的低い感度で作動され、前記バルブ（１６）に対する変調制御曲線が前記制御機器（２１）によって使用され、前記変調制御曲線は前記バルブ（１６）の大きな開口断面積によって漏洩流が存在するかどうかが検査される前記バルブ（１６）を流れるガス流の大きな量の流れを惹起し、測定時間の増大につれてその大きさが減少するヘリウム検出器（４）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前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線による変調は変化されず、前記所定の信号の大きさを下回ると、前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線に従う変調が前記制御機器（２１）によって変化され、前記感度が様々な変調制御曲線の使用によって増大し、大きな開口断面積に比べて減少する前記バルブ（１６）の開口断面積が発生しならびに前記大きな量に比べて減少する漏洩流が存在するかどうかが検査される前記バルブ（１６）を流れるガス流の量が発生す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. 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、感度がバルブ（１６）に対する所定の変調制御曲線を制御機器（２１）において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. 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. 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. 前記所定の信号の大きさが一定であるようにバルブ（１６）に対する変調制御曲線が制御機器（２１）によって変化されることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 漏洩検出の実施中にはヘリウム検出器（４）における圧力が監視されることを特徴とする請求項１〜５までのうちの１項記載の方法。
7. 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１〜６までのうちの１項記載の方法。
8. 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、ならびにバルブならびに制御機器（２１）を有し、該制御機器（２１）はテストガスが存在するかどうかが検査される前記バルブ（１６）を貫流するガス流の開口断面積の制御に使用される、ヘリウム漏洩検出器（１）において、
   テストガスが存在するかどうかが検査されるガス流の量の変調が前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線に従って前記制御機器（２１）によって行われ、この場合漏洩流が存在するかどうかが検査されるガス流の量は様々な変調制御曲線によって変化され、前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線の変化によってヘリウム漏洩検出器（１）のインレットにおける有効吸い込み能力が変化され、
   前記制御機器（２１）による前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線に従ったテストガスが存在するかどうかが検査されるガス流の量の変調の変化のための調整量として前記ヘリウム検出器（４）から前記制御機器（２１）に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のヘリウムバックグラウンドに依存し、
   漏洩検出の際には最初は比較的低い感度で作動され、前記バルブ（１６）に対する変調制御曲線が前記制御機器（２１）によって使用され、前記変調制御曲線は前記バルブ（１６）の大きな開口断面積によって漏洩流が存在するかどうかが検査される前記バルブ（１６）を流れるガス流の大きな量の流れを惹起し、測定時間の増大につれてその大きさが減少するヘリウム検出器（４）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前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線による変調は変化されず、前記所定の信号の大きさを下回ると、前記バルブ（１６）の様々な変調制御曲線に従う変調が前記制御機器（２１）によって変化され、前記感度が様々な変調制御曲線の使用によって増大し、大きな開口断面積に比べて減少する前記バルブ（１６）の開口断面積が発生しならびに前記大きな量に比べて減少する漏洩流が存在するかどうかが検査される前記バルブ（１６）を流れるガス流の量が発生することを特徴とする、ヘリウム漏洩検出器（１）。
9. ヘリウム検出器（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８記載のヘリウム漏洩検出器。
10. 圧力測定機器（３２）がヘリウム検出器（４）における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８又は９記載のヘリウム漏洩検出器。
11. 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８〜１０のうちの１項記載のヘリウム漏洩検出器。
12. 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８〜１１のうちの１項記載のヘリウム漏洩検出器。
13. 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８〜１２のうちの１項記載のヘリウム漏洩検出器。

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