KR20240019104A - 누출 감지기 - Google Patents

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KR20240019104A KR1020237041268A KR20237041268A KR20240019104A KR 20240019104 A KR20240019104 A KR 20240019104A KR 1020237041268 A KR1020237041268 A KR 1020237041268A KR 20237041268 A KR20237041268 A KR 20237041268A KR 20240019104 A KR20240019104 A KR 20240019104A
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Abstract

가스 감지기(12), 진공 펌프(14), 시험 대상(22)용 포트 및 포트를 가스 감지기(12)와 진공 펌프(14)에 연결하는 가스 전도 경로를 포함하는 누출 감지 장치(10)는, 포트(16)가 포트(16)의 선택적인 열림 또는 닫힘을 위한 제어 가능한 격리 밸브(20)를 포함하고, 포트(16)에서 압력을 측정하기 위한 압력 측정 장치(24)가 제공되고, 연결 라인(18)은 주변 대기로부터의 가스가 펄스형 방식으로 포트(16)로 흐르도록 선택적으로 허용하기 위한 제어 가능한 환기 밸브(V3, V3a)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 여기서 누출 감지 장치(10)는 환기 밸브가 열리기 전 제 1 시간(t1)에 포트(16)의 압력(p(t1))을 측정하고, 그 후 펄스형 방식으로 환기 밸브를 열고 닫고, 환기 밸브가 닫힌 후 적어도 시간(t2 > t1)에 포트(16)에서 압력(p(t2))을 측정하고 측정된 압력들(p(t1), p(t2))에 기초하여 격리 밸브(20)가 열려 있는지 닫혀 있는지를 결정하도록 구성된다.

Description

누출 감지기
본 발명은 누출 감지 장치 및 누출 감지 장치를 환기시키는 방법에 관한 것이다.
시험 대상의 기밀성(gas tightness)을 시험하는 누출 감지 장치들은 일반적으로 질량 분석계(mass spectrometer)일 수 있는 가스 감지기, 및 질량 분석계의 경우 고진공 펌프 스테이지가 질량 분석계를 배기시키고 사전 진공 펌프 스테이지가 시험 대상의 포트를 배기시키는 2단 터보분자 펌프(two-stage turbomolecular pump)인 진공 펌프를 포함한다. 포트는 연결 라인을 통해 가스 감지기 및 진공 펌프에 연결된다.
시험 대상은 포트에 연결되고 진공 펌프를 사용하여 배기된다. 누출된 시험 대상의 경우, 가스는 시험 대상 외부에서 시험 대상으로 누출을 통해 흘러서 그곳에서 가스 감지기로 공급되어 가스 감지기에 의해 감지된다. 이러한 누출 감지 장치들을 환기시키기 위해, 진공 펌프, 가스 감지기 및 시험 대상 포트 사이의 연결 라인에 환기 밸브가 제공된다. 예를 들면, 시험 대상이 포트에서 분리되기 전에, 환기가 수행되어야 한다. 그러나, 이는 시험 대상을 환기시키는 것도 불리할 수 있는데, 이는 시험 대상 내부의 압력을 변화시키고 시험 대상의 내부가 오염될 수 있기 때문이다. 따라서, 시험 대상이 여전히 가스 전도 방식으로 포트에 연결되어 있는 경우 가능하면 누출 감지 장치를 환기시키는 것을 피해야 한다.
본 발명의 목적은 안전하고 개선된 환기를 허용하는 누출 감지 장치를 제공하는 것이다. 또한, 누출 감지 장치를 환기시키는 대응 방법이 제공될 것이다.
본 발명의 누출 감지 장치는 청구항 1의 특징들에 의해 규정된다. 본 발명의 방법은 청구항 5의 특징들에 의해 규정된다.
포트 또는 포트와 가스 감지기 및 진공 펌프를 연결하는 연결 라인에는 포트에서 압력을 측정하도록 구성된 압력 측정 장치가 제공된다. 연결 라인에는 선택적으로 제어 가능한 환기 밸브가 추가로 제공된다. 압력 측정 장치는 포트에서 압력(p(t1))을 측정하고, 이후 환기 밸브가 펄스형 방식으로 일시적으로 열렸다가 다시 닫혀서, 짧은 펄스의 기간 동안, 가스가 주변 대기로부터 연결 라인 및 포트로 흐르게 한다. 여기서, 연결 라인 및 포트는 누출 감지 장치의 입구 영역이라 할 수 있다. 입구 영역으로의 공기 또는 가스의 유입은 수 100밀리초, 바람직하게는 1초 미만 또는 500밀리초 미만의 짧은 기간 동안 환기 밸브를 통해 발생한다. 가스가 들어온 후, 압력(p(t2))이 포트에서 측정된다. 압력(p(t2))의 측정은 환기 후 수 100밀리초 후, 바람직하게는 환기 후 50밀리초 내지 1초 사이 및 바람직하게는 환기 후 약 200밀리초 후에 수행된다. 측정된 압력들(p(t1), p(t2))에 기초하여, 포트에 연결된 격리 밸브(isolation valve)의 닫힘 상태가 자동으로 결정된다. 격리 밸브는 포트와 시험 대상 사이의 가스 전도 연결부에 제공된다.
격리 밸브가 닫힌 경우, 열린 격리 밸브의 경우보다 포트에 다른 압력들(p(t1), p(t2))이 우세한데, 이는 포트에 연결된 부피가 닫힌 격리 밸브의 경우보다 크기 때문이다. 이는 압력들(p(t1), p(t2))에 기초하여 자동으로 결정될 수 있다.
바람직하게는, 환기 밸브를 통한 누출 감지 장치의 자동 환기는 격리 밸브가 닫힌 것으로 판단될 때에만 수행된다. 그에 따라, 격리 밸브가 닫힌 것으로 판단되는 경우 누출 감지 장치의 자동 환기가 방지될 수 있다.
닫힘 상태를 감지하기 위해, 두 개의 압력들(p(t1), p(t2))의 측정값들의 차이가 유리하게 계산될 수 있다. 차이가 사전에 결정되었거나 조정 가능한 임계값보다 크거나 같은 경우, 격리 밸브가 닫힌 것으로 간주되고 누출 감지 장치의 환기가 수행될 수 있다. 차이가 임계값보다 작은 경우, 환기 밸브가 열린 것으로 간주되고 누출 감지 장치의 환기가 바람직하게 자동으로 방지되거나 억제된다.
대안으로 또는 추가로, 격리 밸브의 닫힘 상태의 평가는, 예를 들면, 신호 경로의 기울기 및/또는 곡률을 획득하여, 일정 기간 동안 압력 센서의 측정 신호의 경로에 기초하여 수행될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 격리 밸브의 닫힘 상태의 평가는, 예를 들면, 신호 경로의 1차 및/또는 그 이상의 도함수를 획득함으로써, 일정 기간 동안 압력 센서의 측정 신호의 경로의 수학적 유도에 기초하여 수행될 수 있다. 여기서 도함수는 임계값과 비교될 수 있다.
본 발명의 방법은 격리 밸브가 닫힌 경우에만 환기를 허용하도록, 예를 들면, 대응 키 또는 작동 요소를 작동함으로써, 누출 감지 장치의 사용자가 누출 감지 장치의 환기를 개시한 후 유리하게 수행된다.
본 발명의 실시예는 이하에 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 도면은 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1은 실시예의 개략도.
누출 감지 장치(10)는 질량 분석계 형태의 가스 감지기(12), 및 가스 감지기(12)에 연결되어 가스 감지기(12)를 배기시키는 2단 진공 펌프(14)를 포함한다. 포트(16)는 연결 라인(18)을 통해 가스 전도 방식으로 진공 펌프(14) 및 가스 감지기(12)에 연결되고, 제 1 펌프 스테이지는 사전 진공 스테이지를 형성하고 연결 라인(18)을 통해 포트(16) 및 포트(16)에 연결된 시험 대상(22)을 배기하도록 제공되고, 반면에 고진공 펌프 형태의 제 2 펌프 스테이지의 중간 가스 입구도 연결 라인(18)을 통해 포트(16)에 연결되어 가스가 시험 대상(22)으로부터 역류로 질량 분석계로 들어온다.
연결 라인(18)은 누출 감지 장치(10)를 환기하기 위한 환기 밸브(V3)에 연결된다. 환기 밸브(V3)는 대기를 향해 열려진다. 본 발명은 시험 대상(22)과 포트(16)를 연결하는 가스 전도 연결부에 제공되는 포트(16)에 연결된 격리 밸브(20)가 시험 대상(22)의 환기를 방지하기 위해 닫힌 것이 감지되는 경우에만 누출 감지 장치의 완전한 환기를 위해 밸브(V3)가 열리고 열릴 수 있는 것을 제공한다. 유리하게는, 대기측으로 열린 제 1 환기 밸브(V3) 및/또는 제 2 환기 밸브(V3a)의 단부에는 대기로부터 누출 감지 장치(10) 및 시험 대상(22)으로의 입자들의 유입을 줄이기 위해 도면에 도시되지 않는 미세 기공 필터(fine-pored filter)가 제공된다.
이를 위해, 가스 전도 연결부 및 포트(16)에 연결된 압력 측정 장치(24), 및 스로틀(26)을 통해 연결 라인(18) 및 포트(16)에 또한 연결된 제 1 환기 밸브(V3) 및 제 2 환기 밸브(V3a)와 전자적으로 연결된 도면에 도시되지 않은 제어 및 평가 장치가 제공된다. 누출 감지 장치(10)의 사용자가, 예를 들면, 대응하는 키를 작동시키거나 누출 감지 장치(10)의 제어 패널을 작동시킴으로써, 제 1 환기 밸브(V3)를 열라는 전자 명령을 생성한 후, 먼저 포트(16)에서의 압력(p(t1))이 압력 측정 장치(24)로 측정된다. 여기서, 펌프 포트들에 대한 모든 밸브들은 닫힌 상태이거나 사전에 닫혀 있다. 그 후, 제 2 환기 밸브(V3a)는 수 100밀리초의 기간 동안 일시적으로 자동으로 열렸다가 다시 닫히는 반면, 제 1 환기 밸브(V3)는 여전히 닫힌 상태를 유지하여 그에 의해 포트(16)에 짧은 가스 펄스를 공급한다. 제 2 환기 밸브(V3a)가 닫힌 후 약 200밀리초 후에, 포트(16)에서의 압력(p(t2))이 압력 측정 장치(24)에 의해 측정된다.
평가 장치를 사용하여, 두 개의 압력들(p(t1), p(t2))의 압력 측정값들과의 차이가 이후 계산되고 계산된 차이(p(t2) - p(t1))는 미리 결정된 임계값과 비교된다. 임계값은 조작자에 의해 미리 결정되고 및/또는 미리 선택될 수 있다. 임계값은 예상되는 압력 증가로부터 계산된다. 예상되는 압력 증가는 스로틀(26)을 통한 컨덕턴스 또는 가스 흐름(Q), 닫힌 밸브(20)와 V1 사이의 세그먼트에 있는 연결 라인(18)의 부피(V) 및 밸브(V3a)의 열림 기간(t)으로부터 도출된다. 예상되는 압력 증가는 다음과 같이 계산된다:
임계값은 바람직하게는 예상되는 압력 증가의 절반, 즉 가스 흐름 Q = 1mbar·l/s 및 t=100ms의 밸브 열림 기간에 대한 1ltr의 부피에서, 약 0.05mbar이다.
차이가 임계값을 초과하거나 그와 동일한 경우, 격리 밸브(20)는 자동으로 닫힌 것으로 간주된다. 임계값을 초과하는 큰 차이는 포트(16)를 넘어서는 적은 부피를 나타낸다. 반면, 차이가 임계값보다 낮은 경우, 이는 포트(16)를 넘어서는 큰 부피를 나타내고 평가 장치는 이후 자동으로 격리 밸브(20)가 열린 것으로 간주한다. 이러한 경우, 제 1 환기 밸브(V3)의 열림이 방지되거나 격리 밸브(20)가 열려 있음에도 불구하고 제 1 환기 밸브(V3)가 실제로 열려야 하는지의 여부를 사용자에게 질문하게 된다. 격리 밸브(20)가 닫힌 것으로 감지되는 경우에는, 제 1 환기 밸브(V3)가 자동으로 열린다.
도면에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 포트(16)의 환기는 누출 감지 장치(10)를 환기시킬 때와 동일한 제 1 환기 밸브(V3)를 사용하여 두 개의 압력들(p(t1), p(t2))의 측정 사이에서 수행된다. 이러한 경우 별개의 제 2 환기 밸브(V3a)는 필요하지 않다.
따라서, 본 발명은 격리 밸브(20)가 열리고 시험 대상(22)이 연결되는 동안 누출 감지 장치(10)의 부주의한 환기를 방지하여, 시험 대상(22)의 환기를 방지한다. 이를 위해, 포트(16)에서 압력(p(t1))을 측정한 후, 포트(16)의 시험 환기는 말하자면 제 2 압력(p(t2)이 포트(16)에서 측정되기 전에 수행된다. 시험 환기 및 관련 압력이 포트(16)에서 증가하는 것에 기초하여, 격리 밸브(20)의 닫힘 상태는 격리 밸브(20)가 닫힌 경우에만 누출 감지 장치(10)의 환기를 허용하도록 결정된다.
10: 누출 감지 장치
12: 가스 감지기
14: 진공 펌프
16: 포트
18: 연결 라인
20: 격리 밸브
22: 시험 대상
24: 압력 측정 장치
26: 스로틀
V3: 제 1 환기 밸브
V3a: 제 2 환기 밸브

Claims (14)

  1. 가스 감지기(12), 진공 펌프(14), 시험 대상(22)용 포트, 및 상기 포트를 상기 가스 감지기(12) 및 상기 진공 펌프(14)와 연결하는 가스 전도 경로를 포함하는 누출 감지 장치(10)에 있어서,
    상기 포트(16)는 상기 포트(16)의 선택적 열림 또는 닫힘을 위한 제어 가능한 격리 밸브(20)를 포함하고,
    상기 포트(16)의 압력을 측정하기 위한 압력 측정 장치(24)가 제공되고 연결 라인(18)은 펄스형 방식으로 주변 대기로부터의 가스가 상기 포트(16)로 흐르도록 선택적으로 허용하기 위한 제어 가능한 환기 밸브(V3, V3a)를 포함하고, 상기 누출 감지 장치(10)는 상기 환기 밸브가 열리기 전 제 1 시간(t1)에 상기 포트(16)에서 압력(p(t1))을 측정하고, 이후 펄스형 방식으로 상기 환기 밸브를 열고 닫고, 상기 환기 밸브를 닫은 후 적어도 시간(t2 > t1)에 상기 포트(16)에서 압력(p(t2))을 측정하고 상기 격리 밸브(20)가 측정된 압력들(p(t1), p(t2))에 기초하여 열렸는지 닫혔는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 누출 감지 장치(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 누출 감지 장치(10)는 상기 압력(p(t1), p(t2))의 측정값들을 감지하고, 상기 환기 밸브들(V3, V3a)을 제어하고, 상기 격리 밸브의 닫힘 상태의 평가를 자동으로 수행하는 평가 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 누출 감지 장치(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환기 밸브(V3, V3a)는 스로틀(26)을 통해 연결 라인(18)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 누출 감지 장치(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 감지기(12)는 질량 분석계이고, 상기 진공 펌프(14)는 적어도 두 개의 펌프 스테이지들을 갖는 고진공 펌프인 것을 특징으로 하는, 누출 감지 장치(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 환기 밸브(V3) 및/또는 상기 제 2 환기 밸브(V3a)는 대기로부터 상기 누출 감지 장치(10)로 입자들의 유입을 감소시키는 미세 기공 필터(fine-pored filter)에 의해 닫히는 대기를 향한 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 누출 감지 장치(10).
  6. 가스 감지기(12), 진공 펌프(14), 시험 대상(22)용 포트(16) 및 상기 포트(16)를 상기 가스 감지기(12) 및 상기 진공 펌프(14)에 연결하는 연결 라인(18)을 포함하는 누출 감지 장치(10)의 환기 방법에 있어서:
    - 제 1 시간(t1)에서 상기 포트(16)의 압력(p(t1))을 측정하는 단계,
    - 주변 대기로부터 또는 가스 공급원으로부터 상기 포트(16)로 펄스형 방식으로 가스를 공급하는 단계,
    - 상기 포트(16)로의 가스의 공급 후 적어도 1초의 시간(t2 > t1)에 압력(p(t2))을 측정하는 단계, 및
    - 상기 포트(16)에서 측정된 압력들인 측정값들(p(t1), p(t2))에 기초하여 상기 포트(16)와 시험 대상(22) 사이의 연결을 위해 제공되는 상기 포트(16)에 연결된 격리 밸브(20)의 닫힘 상태를 결정하는 단계를 포함하는, 누출 감지 장치(10)의 환기 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 격리 밸브(20)의 닫힘 상태를 결정하기 위해, 상기 압력(p(t1))의 측정값과 상기 압력(p(t2))의 측정값으로부터의 차이가 계산되고, 상기 차이가 임계값보다 큰 경우 격리 밸브(20)가 닫힌 것으로 간주되고, 상기 차이가 임계값보다 작은 경우 상기 격리 밸브(20)가 열린 것으로 간주되는, 누출 감지 장치(10)의 환기 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 격리 밸브(20)의 닫힘 상태를 결정하기 위해, 일정 기간 동안의 압력 측정값들(p)을 포함하는 측정 신호의 경로가 획득되고 예를 들면, 상기 신호 경로의 기울기 및/또는 곡률을 획득함으로써 평가되는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 격리 밸브(20)의 닫힘 상태를 결정하기 위해, 일정 기간 동안의 압력 측정값들(p)을 포함하는 측정 신호의 경로의 수학적 유도가 획득되고, 예를 들면, 상기 신호 경로의 1차 및/또는 그 이상의 도함수를 획득함으로써 평가되는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 차이가 임계값을 초과하는 경우 및/또는 상기 격리 밸브(20)가 닫힌 것으로 간주되는 경우, 상기 포트(16)는 자동으로 환기되는, 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 차이가 임계값 미만이고/이거나 상기 격리 밸브(20)가 열린 것으로 간주되는 경우, 상기 포트(16)는 환기되지 않는, 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 압력(p(t2))을 측정하기 전과 상기 압력 p(t1)를 측정한 후에 상기 포트(16)에 가스를 공급하는 단계는 몇 초의 짧은 기간 및 바람직하게는 1초 미만 동안 수행되는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  13. 제 12 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 압력(p(t2))을 측정하는 단계는 상기 포트(16)를 환기한 후 적어도 50밀리초 이상 1초 미만의 기간 내에 수행되는, 제 12 항에 따른 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 방법에 있어서,
    상기 격리 밸브(20)가 열린 것으로 감지되는 경우, 상기 누출 감지 장치(10)의 환기는 상기 포트(16)에서 두 개의 압력들(p(t1), p(t2))의 측정들 사이에 상기 포트(16)에 가스를 공급하는 데 사용된 것과 다른 밸브를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 방법.
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