RU2778833C2

RU2778833C2 - Device and method for distinguishing span gas coming out of leak from perturbing gas

Info

Publication number: RU2778833C2
Application number: RU2020114916A
Authority: RU
Inventors: Даниэль ВЕТЦИГ
Original assignee: Инфикон Гмбх
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-08-25

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: group of inventions relates to means for differentiating span gas coming out of an object under study from perturbating gas in the surrounding of the object under study in schniffer search of a leak. Gas is sucked from the surrounding of object under study (21) in the area of its outer surface, using a probe-analyzer. The specified probe-analyzer has suction hole (14) connected via gas to sensor (18) designed for the determination of partial pressure of span gas in the sucked gas flow. A flow rate of the sucked gas flow is periodically measured. Complete pressure of sucked gas is established on sensor (18), which is at least 80% of complete pressure of gas in atmosphere (23) surrounding object under study (21). Oscillations of complete pressure of sucked gas on sensor (18), exceeding 10%, are prevented. Partial pressure of span gas contained in the sucked gas flow is measured by means of sensor (18). It is concluded that object under study (21) has a leak, if measured partial pressure of span gas has a variable component, an average amplitude of which is above a threshold value, and which follows the change in the sucked gas flow.

EFFECT: increase in the accuracy of distinguishing span gas coming out of a leak in an object under study and perturbating gas in the surrounding of the object under study in schniffer search of a leak.

11 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к способу дифференциации поверочного газа, выходящего из исследуемого объекта, от возмущающего газа в окружении исследуемого объекта при шнифферном (газоанализаторном) поиске течи. Кроме того, изобретение относится к соответствующему течеискателю-шнифферу. The invention relates to a method for differentiating a calibration gas exiting an object under study from a disturbing gas in the environment of the object under investigation in a schniffer (gas analyzer) search for a leak. In addition, the invention relates to a corresponding leak detector-schniffer.

При шнифферном поиске течи объект, исследуемый на наличие течи, заполняется поверочным газом, например, гелием или CO₂, при этом к нему прикладывается давление выше, чем давление во внешней атмосфере, окружающей исследуемый объект. В случае утечки поверочный газ выходит затем из исследуемого объекта и может быть измерен во внешнем окружении исследуемого объекта. Для этого внешнюю среду, в частности, наружную поверхность исследуемого объекта, исследуют зондом-анализатором.In schniffer leak detection, the object being examined for the presence of a leak is filled with a test gas, for example, helium or CO ₂ , while a pressure higher than the pressure in the external atmosphere surrounding the object under investigation is applied to it. In the event of a leak, the span gas then exits the test object and can be measured in the external environment of the test object. To do this, the external environment, in particular, the outer surface of the object under study, is examined with an analyzer probe.

Зонд-анализатор имеет всасывающее отверстие для всасывания газового потока. Всасывающее отверстие соединено через газовую линию с датчиком и создающим газовый поток газовым насосом. Датчик предназначен для определения парциального давления поверочного газа в потоке всасываемого газа.The analyzer probe has a suction port for sucking in the gas stream. The suction port is connected via a gas line to a sensor and a gas pump that creates the gas flow. The sensor is designed to determine the partial pressure of the test gas in the suction gas flow.

Парциальное давление поверочного газа является долей давления, обеспечиваемого поверочным газом, от полного давления смеси всасываемого и подаваемого газа. Типичным датчиком парциального давления поверочного газа является газоанализатор, как, например, масс-спектрометр (масс-спектроскоп) или измерительная ячейка для поглощения инфракрасного излучения.The partial pressure of the test gas is the ratio of the pressure provided by the test gas to the total pressure of the suction and supply gas mixture. A typical test gas partial pressure sensor is a gas analyzer, such as a mass spectrometer (mass spectroscope) or an infrared absorption measuring cell.

При проверке окружения исследуемого объекта на наличие поверочного газа сложность заключается в том, что атмосфера, окружающая исследуемый объект, может содержать газовые составляющие, которые соответствуют поверочному газу или которые выдают сигнал измерения, который соответствует сигналу измерения поверочного газа. Эти фракции газа называются здесь возмущающим газом, так как они искажают результат измерения и препятствуют обнаружению течи. Например, подлежащий проверке объект может представлять собой теплообменник, который заполнен CO₂ в качестве хладагента. CO₂ служит поверочным газом. В окрестность исследуемого объекта CO₂ может попадать как газ, выдыхаемый оператором, управляющим зондом-анализатором, или как выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, при выявлении поверочного газа способом инфракрасного поглощения или с помощью масс-спектроскопического обнаружения может иметься перекрестная чувствительность к близким или аналогичным газам из окружения исследуемого объекта.When checking the environment of the object under test for the presence of span gas, the difficulty lies in the fact that the atmosphere surrounding the object under test may contain gas components that correspond to the span gas or that produce a measurement signal that corresponds to the measurement signal of the span gas. These gas fractions are referred to here as disturbing gas, as they distort the measurement result and prevent leak detection. For example, the object to be tested may be a heat exchanger that is filled with CO ₂ as a refrigerant. CO ₂ serves as test gas. CO ₂ can enter the vicinity of the object under study as a gas exhaled by an operator operating an analyzer probe, or as an exhaust gas from an internal combustion engine. In addition, when a span gas is detected by infrared absorption or mass spectroscopic detection, there may be cross-sensitivity to closely related or similar gases in the environment of the test object.

Обычно поверочный газ, выходящий из течи, отличают от возмущающего газа в окружении исследуемого объекта с помощью зонда-анализатора с двумя отдельными всасывающими отверстиями. Одно всасывающее отверстие служит для всасывания поверочного газа, а другое всасывающее отверстие служит для контрольного измерения на некотором расстоянии от ранее упомянутого всасывающего отверстия. При этом состав газа в окружении исследуемого объекта исследуется на наличие поверочного газа. Такие течеискатели описаны, например, в EP 1342070 B1 и EP 22384422 B1. Из-за расстояния между этими двумя всасывающими отверстиями для поиска течи поверочного газа и для контрольного измерения, газ для контрольного измерения отбирается не в месте всасывания поверочного газа, что отрицательно сказывается на результате измерения.Typically, the test gas leaving the leak is distinguished from the disturbing gas in the environment of the test object using an analyzer probe with two separate suction ports. One suction port is used to suck in the test gas, and the other suction port is used for control measurement at some distance from the previously mentioned suction port. In this case, the composition of the gas in the environment of the object under study is examined for the presence of a test gas. Such leak detectors are described, for example, in EP 1342070 B1 and EP 22384422 B1. Due to the distance between these two suction ports for span gas leak detection and for test measurement, the test gas is not taken at the test gas intake point, which negatively affects the measurement result.

Учитывая вышеизложенное, в изобретении стоит задача улучшить возможность различения поверочного газа, выходящего из течи в исследуемом объекте, и возмущающего газа в окружении исследуемого объекта при шнифферном поиске течи.In view of the foregoing, the invention aims to improve the ability to distinguish between the test gas coming out of a leak in the test object and the disturbing gas in the environment of the test object during schniffer leak detection.

Из документов EP 7050738 B1 и DE 4408877 A1 для масс-спектрометрического детектора течи поверочного газа известно о модулировании расхода через входное отверстие, чтобы подавить влияние помех, вносимых вакуумным насосом масс-спектрометра. Описанный детектор течи поверочного газа рассчитан на работу в вакууме и не подходит в качестве течеискателя для работы при атмосферном давлении окружающей среды. Полное давление газа на газовом детекторе пропорционально отношению расхода подаваемого газа к скорости всасывания. Поэтому сделать вывод о том, обусловлено ли измеренное парциальное давление исследуемого газа возмущающим газом из окружения исследуемого объекта или же поверочным газом, вытекающим из течи в исследуемом объекте, невозможно. Напротив, можно только устранить возмущения, возникшие внутри измерительной системы, как, например, возмущения из-за колебаний скорости всасывания форвакуумного насоса.It is known from EP 7050738 B1 and DE 4408877 A1 for a mass spectrometric test gas leak detector to modulate the inlet flow in order to suppress the effect of disturbances introduced by the vacuum pump of the mass spectrometer. The test gas leak detector described is designed for operation in vacuum and is not suitable as a leak detector for operation at ambient atmospheric pressure. The total gas pressure at the gas detector is proportional to the ratio of the supply gas flow to the suction rate. Therefore, it is impossible to conclude whether the measured partial pressure of the test gas is caused by the disturbing gas from the environment of the test object or by the test gas flowing from a leak in the test object. On the contrary, it is only possible to eliminate disturbances that have arisen within the measuring system, such as, for example, disturbances due to fluctuations in the suction speed of the foreline pump.

Способ согласно изобретению определяется признаками по пункту 1 формулы изобретения. Устройство согласно изобретению определяется признаками по пункту 8.The method according to the invention is defined by the features according to paragraph 1 of the claims. The device according to the invention is defined by the features of claim 8.

Изобретение базируется на том, чтобы периодически многократно изменять расход потока газового потока, всасываемого через всасывающее отверстие в зонде-анализаторе, и при этом по возможности поддерживать постоянным полное давление газа, всасываемого зондом-анализатором, на датчике. При этом необходимо избегать отклонений полного давления более 10%. Кроме того, полное давление газа в окружении исследуемого объекта в области зонда-анализатора приблизительно равно атмосферному давлению, а полное давление на датчике предпочтительно устанавливать на значение по меньшей мере 80% от полного давления в окружении исследуемого объекта в области зонда-анализатора. В этом диапазоне связь между расходом газа и давлением газа является почти линейной. При незначительных колебаниях полного давления на датчике, не превышающих 10%, между парциальным давлением поверочного газа, измеренным датчиком, и концентрацией поверочного газа в потоке всасываемого газа имеется описываемая ниже приближенная зависимость:The invention is based on periodically varying the flow rate of the gas flow sucked through the suction hole in the analyzer probe, and at the same time, if possible, maintaining the total pressure of the gas sucked in by the analyzer probe on the sensor as constant as possible. In this case, deviations of the total pressure of more than 10% must be avoided. In addition, the total pressure of the gas in the environment of the object under study in the area of the analyzer probe is approximately equal to atmospheric pressure, and the total pressure on the sensor is preferably set to a value of at least 80% of the total pressure in the environment of the object under study in the area of the analyzer probe. In this range, the relationship between gas flow and gas pressure is almost linear. With slight fluctuations in the total pressure at the sensor, not exceeding 10%, there is an approximate relationship between the test gas partial pressure measured by the sensor and the test gas concentration in the suction gas stream, described below:

P_Prüfgas=

,P _Prüfgas =

,

где P_Prüfgas означает парциальное давление поверочного газа, -измеряемое датчиком, P_total - полное давление на датчике, Q_Leck - расход газа через течь (скорость утечки), Q_Fluss - газа на датчике, и с₀ - концентрация поверочного газа в атмосфере, окружающей исследуемый объект (возмущающий газ).where P _Prüfgas is the partial pressure of the test gas measured by the sensor, P _total is the total pressure at the sensor, Q _Leck is the gas flow through the leak (leak rate), Q _Fluss is the gas at the sensor, and c ₀ is the concentration of the test gas in the atmosphere, surrounding the object under study (disturbing gas).

При пренебрежимо малом расходе газа утечки, то есть потоке поверочного газа, который возникает в результате утечки из исследуемого объекта, получается почти постоянное, изменяющееся пренебрежимо мало, парциальное давление поверочного газа. А именно, когда никакой поверочный газ не вытекает из неплотности, парциальное давление поверочного газа определяется из постоянной концентрации возмущающего газа, который соответствует поверочному газу или по меньшей мере близок к нему (например, при инфракрасном поглощении) и который присутствует в атмосфере, окружающей исследуемый объект. Однако, если поток поверочного газа, вытекающий из течи в исследуемом объекте, всасывается зондом-анализатором, периодически повторяющееся изменение расхода потока всасываемого газового потока приводит к наличию периодически изменяющейся составляющей парциального давления поверочного газа на датчике.With a negligibly small flow rate of the leak gas, i.e. the test gas flow that occurs as a result of leakage from the test object, an almost constant, negligibly small, partial pressure of the test gas is obtained. Namely, when no span gas is escaping from the leak, the partial pressure of the span gas is determined from the constant concentration of a disturbing gas that corresponds to the span gas or at least close to it (for example, in infrared absorption) and which is present in the atmosphere surrounding the object under test . However, if the test gas flow from a leak in the test object is sucked in by the analyzer probe, a periodically recurring change in the flow rate of the suction gas stream results in the presence of a periodically changing component of the partial pressure of the test gas on the sensor.

Чтобы определить, вытекает ли поверочный газ из течи в исследуемом объекте или происходит из атмосферы, окружающей исследуемый объект, проверяется всасываемый поток газа, чтобы определить, имеет ли парциальное давление поверочного газа переменную составляющую, средняя амплитуда которой лежит выше порогового значения, то есть не является пренебрежимо малой, и следует за изменением всасываемого газового потока, то есть, например, что частота переменной составляющей парциального давления поверочного газа соответствует частоте меняющегося расхода потока всасываемого газового потока. Если переменная составляющая парциального давления поверочного газа лежит выше порогового значения, это служит признаком течи в исследуемом объекте. Тогда устройство обработки данных указывает, что исследуемый объект имеет течь. Если наличие переменной составляющей парциального давления поверочного газа не установлено, или если переменная составляющая парциального давления поверочного газа лежит ниже измеренного порогового значения, это служит указанием на то, что исследуемый объект не имеет течи, но что поверочный газ происходит из атмосферы, окружающей исследуемый объект и, следовательно, является возмущающим газом. В таком случае устанавливается, что исследуемый объект не имеет течи.To determine if the test gas is leaking from a leak in the test object or originates from the atmosphere surrounding the test object, the suction gas flow is checked to determine if the partial pressure of the test gas has a variable component whose average amplitude lies above the threshold value, i.e. is not is negligible, and follows a change in the suction gas flow, i.e., for example, that the frequency of the variable component of the test gas partial pressure corresponds to the frequency of the changing flow rate of the suction gas flow. If the variable component of the test gas partial pressure lies above the threshold value, this is a sign of a leak in the test object. The data processing device then indicates that the test object has a leak. If the presence of a span gas partial pressure variable is not established, or if the span gas partial pressure variable lies below the measured threshold value, this is an indication that the test item is not leaking, but that the test gas originates from the atmosphere surrounding the test item and , therefore, is a perturbing gas. In this case, it is established that the object under study does not have a leak.

Концентрация с поверочного газа в потоке всасываемого газа рассчитывается из скорости утечки Q_Leck и расхода газа Q_Fluss, причем Q_Leck << Q_Fluss, а также из концентрации поверочного газа с₀ (возмущающий газ) в атмосфере, окружающей исследуемый объект, по формулеThe test gas concentration c in the suction gas flow is calculated from the leakage rate Q _Leck and the gas flow rate Q _Fluss , where Q _Leck << Q _Fluss , and from the span gas concentration c ₀ (disturbant gas) in the atmosphere surrounding the test object, according to the formula

Из этого соотношения ясно, что при пренебрежимо малой скорости утечки, то есть когда исследуемый объект не имеет течи или имеет лишь пренебрежимо малую течь, с равно с₀ (с=с₀). Тогда концентрация поверочного газа в потоке всасываемого газа равна (обусловленной возмущающим газом) концентрации поверочного газа с₀ в атмосфере, окружающей исследуемый объект.From this relation it is clear that at a negligible leakage rate, that is, when the object under study does not have a leak or has only a negligible leak, c is equal to c ₀ (c=c ₀ ). Then the span gas concentration in the suction gas flow is equal (due to the disturbing gas) to the span gas concentration c ₀ in the atmosphere surrounding the test object.

При имеющейся скорости течи Q_Leck периодически повторяющееся варьирование расхода потока всасываемого газового потока ведет к периодически повторяющемуся изменению расхода Q_Fluss(t). В таком случае в концентрации поверочного газа имеется периодически меняющаяся переменная составляющая и постоянная составляющая, соответствующая концентрации поверочного газа с₀ в атмосфере, окружающей исследуемый объект.Given the leak rate Q _Leck , a periodically recurring variation in the flow rate of the suction gas stream leads to a periodically repetitive change in the flow rate Q _Fluss (t). In this case, the span gas concentration has a periodically changing variable component and a constant component corresponding to the span gas concentration c ₀ in the atmosphere surrounding the object under test.

Датчик, определяющий парциальное давление поверочного газа, измеряет с учетом связи p_prüf=C⋅p_totalпарциальное давление поверочного газа, которое содержит постоянную составляющую C₀⋅p_total и меняющуюся с изменением расхода всасываемого газового потока переменную составляющую

.The sensor that determines the partial pressure of the test gas, taking into account the relationship p _prüf =C⋅p _total , measures the partial pressure of the test gas, which contains a constant component C ₀ ⋅p _total and a variable component that changes with the flow rate of the suction gas flow

.

Из этого очевидно, что как можно более неизменное полное давление p_total(t) потока всасываемого газа на датчике имеет особое значение для изобретения, поскольку только в случае отсутствия течи или при пренебрежимо малой течи в исследуемом объекте будет иметься почти постоянная концентрация поверочного газа, то есть концентрация поверочного газа, колебания которой не превышают заданного порогового значения.From this it is clear that the _total pressure ptotal (t) of the suction gas flow on the sensor, which is as constant as possible, is of particular importance for the invention, since only in the absence of a leak or with a negligible leak in the test object will there be an almost constant concentration of test gas, then is the test gas concentration whose fluctuations do not exceed the specified threshold value.

Пороговое значение устанавливают в результате калибровки, проводимой отдельно. При этом минимальная наблюдаемая течь должна вызывать изменение парциального давления, которое больше, чем неизбежное колебание парциального давления из-за концентрации поверочного газа в окружающей атмосфере.The threshold value is set as a result of a calibration carried out separately. However, the minimum observed leak must cause a partial pressure change that is greater than the inevitable partial pressure fluctuation due to the test gas concentration in the ambient atmosphere.

Полное давление p_total всасываемого газового потока на датчике предпочтительно должно составлять от 90% до 110% от полного давления в атмосфере, окружающей исследуемый объект, в области зонда-анализатора. Это может быть атмосферное давление, то есть исследуемый объект находится в атмосфере, и давление внутри него выше атмосферного давления, тогда как датчик течеискателя поддерживается при полном давлении в интервале от 90% до 110% атмосферного давления, которое, кроме того, должно незначительно колебаться, то есть менее чем на 10%.The _total pressure ptotal of the suction gas flow at the sensor should preferably be between 90% and 110% of the total pressure in the atmosphere surrounding the test object in the region of the analyzer probe. This can be atmospheric pressure, i.e. the test object is in the atmosphere, and the pressure inside it is higher than atmospheric pressure, while the leak detector sensor is maintained at full pressure in the range from 90% to 110% of atmospheric pressure, which, in addition, should fluctuate slightly, that is less than 10%.

Сигнал измерения расхода потока для потока всасываемого газа можно модулировать посредством частоты и фазы модуляции. Демодуляцию модулированного сигнала расхода потока можно осуществить по принципу синхронного усилителя с определенной опорной частотой и фазой для модулирования сигнала расхода потока. Опорная частота и опорная фаза означают, что частота и фаза демодуляции являются кратными частоте и фазе модуляции.The flow rate measurement signal for the suction gas flow can be modulated by the modulation frequency and phase. The demodulation of the modulated flow rate signal can be carried out according to the principle of a lock-in amplifier with a certain reference frequency and phase to modulate the flow rate signal. Reference frequency and reference phase mean that the frequency and phase of the demodulation are multiples of the frequency and phase of the modulation.

Можно провести дополнительное сравнительное измерение, при котором расход потока всасываемого газового потока не изменяют периодически, а удерживают постоянным, чтобы можно было определить парциальное давление поверочного газа в атмосфере, окружающей исследуемый объект. Предпочтительно, частота модуляции расхода потока для всасываемого газового потока лежит в интервале 1-20 Гц, предпочтительно в интервале 3-10 Гц.An additional comparative measurement can be made in which the flow rate of the suction gas stream is not changed periodically but kept constant so that the partial pressure of the test gas in the atmosphere surrounding the test object can be determined. Preferably, the flow rate modulation frequency for the suction gas flow is in the range of 1-20 Hz, preferably in the range of 3-10 Hz.

В течеискателе-шниффере согласно изобретению линия газа, которая может представлять собой газопровод, связывает всасывающее отверстие зонда-анализатора, датчик и газовый насос. Датчик предназначен для определения парциального давления поверочного газа во всасываемом газовом потоке. Газовый насос создает давление газа, необходимое для всасывания газа. Устройство управления предназначено для многократного изменения расхода потока всасываемого газа и предотвращения колебаний полного давления газа на датчике более чем на 10%. Устройство обработки данных предназначено для измерения и определения, имеет ли парциальное давление поверочного газа, содержащегося во всасываемом газовом потоке, переменную составляющую, средняя амплитуда которой превышает вышеописанное пороговое значение, и которая следует за изменениями потока всасываемого газа. Это может иметь место, например, когда частота переменной составляющей парциального давления поверочного газа соответствует частоте изменяемого газового потока, а фаза находится в фиксированном отношении к фазе модуляции газового потока.In the leak detector-schniffer according to the invention, a gas line, which may be a gas pipeline, connects the suction port of the analyzer probe, the sensor and the gas pump. The sensor is designed to determine the partial pressure of the test gas in the suction gas flow. The gas pump generates the gas pressure required to suck the gas. The control device is designed to repeatedly change the intake gas flow rate and prevent fluctuations in the total gas pressure on the sensor by more than 10%. The data processing device is designed to measure and determine whether the partial pressure of the test gas contained in the suction gas stream has a variable component, the average amplitude of which exceeds the above-described threshold value, and which follows changes in the intake gas flow. This may be the case, for example, when the frequency of the variable component of the partial pressure of the test gas corresponds to the frequency of the variable gas flow, and the phase is in a fixed relation to the phase of the modulation of the gas flow.

Устройство управления предпочтительно предназначено для установки полного давления всасываемого газового потока на датчике на уровне примерно 80%, предпочтительно в диапазоне 90-110% от полного давления газа в атмосфере, окружающей исследуемый объект. В этом диапазоне связь между расходом газа и давлением газа почти линейная. Кроме того, устройство управления должно быть способно определять поток газа утечки относительно калибровки с известной эталонной неплотностью.The control device is preferably designed to set the total pressure of the suction gas stream at the sensor at a level of about 80%, preferably in the range of 90-110% of the total pressure of the gas in the atmosphere surrounding the test object. In this range, the relationship between gas flow and gas pressure is almost linear. In addition, the control device must be able to determine the leak gas flow relative to a calibration with a known reference leakage.

Колебания полного давления газа на датчике можно подавить или уменьшить, например, установив датчик ниже по потоку от газового насоса. Альтернативно или дополнительно газовая линия может содержать дроссель между всасывающим отверстием и датчиком. Для уменьшения колебаний расхода газа устройство управления может регулировать производительность или частоту вращения газового насоса и/или изменять пропускную способность или пропускное сопротивление дросселя. Дроссель может представлять собой капилляр, например, длиной в интервале от примерно 2 см до примерно 1 м и диаметром максимум примерно 5 мм. Однако допустимы также и более длинные капилляры.Fluctuations in the total gas pressure across the sensor can be suppressed or reduced, for example by installing the sensor downstream of the gas pump. Alternatively or additionally, the gas line may comprise a throttle between the suction port and the sensor. To reduce fluctuations in gas flow, the control device may adjust the capacity or speed of the gas pump and/or change the flow capacity or flow resistance of the throttle. The throttle may be a capillary, for example, in the range of about 2 cm to about 1 m in length and a maximum of about 5 mm in diameter. However, longer capillaries are also acceptable.

Далее примеры осуществления изобретения подробнее поясняются на фигурах. Показано:Further examples of the invention are explained in more detail in the figures. Shown:

- фиг. 1: схематическое изображение первого примера осуществления,- fig. 1: schematic representation of the first embodiment,

- фиг. 2: схематическое изображение второго примера осуществления,- fig. 2: schematic representation of the second embodiment,

- фиг. 3: схематическое изображение третьего примера осуществления,- fig. 3: schematic representation of the third embodiment,

- фиг. 4: зависимость расхода всасываемого газа от давления на датчике для разных диаметров пути течения потока,- fig. 4: Suction gas flow versus sensor pressure for different flow path diameters,

- фиг. 5: фрагмент с фиг. 4,- fig. 5: detail from FIG. four,

- фиг. 6: четвертый пример осуществления,- fig. 6: fourth embodiment,

- фиг. 7: пятый пример осуществления и- fig. 7: fifth embodiment and

- фиг. 8: шестой пример осуществления.- fig. 8: sixth embodiment.

Течеискатель-шниффер 10 в трех показанных на фигурах 1-3 примерах осуществления обычным образом соединен через газовую линию 20 с зондом-анализатором 12, имеющим всасывающее отверстие 14. В газовой линии 20 установлен газовый насос 16, который из атмосферы 23, окружающей исследуемый объект 21, создает газ для всасывания.The leak detector-schniffer 10 in the three examples shown in figures 1-3 is connected in the usual way through a gas line 20 with an analyzer probe 12 having a suction hole 14. A gas pump 16 is installed in the gas line 20, which from the atmosphere 23 surrounding the test object 21 , creates gas for absorption.

Далее, газовая линия 20 соединяет в форме обычного газопровода насос 16 с находящимся непосредственно за насосом 16 датчиком 18. Датчик 18 предназначен для измерения парциального давления исследуемого газа в потоке всасываемого газа. Датчик 18 может представлять собой, например, инфракрасный кюветный абсорбциометр. Важно, чтобы датчик 18 был способен определять парциальное давление поверочного газа при почти атмосферном давлении или в диапазоне примерно 90-110% от атмосферного давления. Парциальное давление поверочного газа соответствует доле поверочного газа в газовой смеси всасываемого газового потока. Таким образом, парциальное давление поверочного газа нельзя измерить датчиком давления. Датчик давления измеряет только полное давление газовой смеси.Further, the gas line 20 connects, in the form of a conventional gas pipeline, the pump 16 to a sensor 18 located directly behind the pump 16. The sensor 18 is designed to measure the partial pressure of the test gas in the suction gas stream. The sensor 18 may be, for example, an infrared cuvette absorber. It is important that sensor 18 be capable of detecting the partial pressure of the span gas at near atmospheric pressure, or in the range of about 90-110% of atmospheric pressure. The test gas partial pressure corresponds to the proportion of test gas in the gas mixture of the suction gas stream. Therefore, the partial pressure of the test gas cannot be measured with a pressure transducer. The pressure sensor only measures the total pressure of the gas mixture.

После того, как всасываемый газовый поток прошел через датчик 18, газовая линия 20 выводит газовый поток в атмосферу через выпускное отверстие 36.After the intake gas stream has passed through the sensor 18, the gas line 20 discharges the gas stream to the atmosphere through the outlet 36.

Газовая линия 20 может содержать дроссель 26. Дроссель 26 может, как показано на фиг. 1, находиться выше по потоку от газового насоса 16. Устройство 22 управления для управления газовым насосом 16 электрически соединено с ним. Например, устройство 22 управления может предназначаться для регулирования частоты вращения газового насоса 16. Фиг. 1 показывает, что устройство 22 управления может быть также соединено с дросселем 26, чтобы изменять пропускную способность дросселя 26. Кроме того, устройство управления может быть также электрически соединено с датчиком 18.The gas line 20 may include a throttle 26. The throttle 26 may, as shown in FIG. 1 is located upstream of the gas pump 16. A control device 22 for controlling the gas pump 16 is electrically connected to it. For example, the control device 22 may be designed to control the speed of the gas pump 16. FIG. 1 shows that control device 22 can also be connected to throttle 26 to change the capacity of throttle 26. In addition, control device can also be electrically connected to sensor 18.

Устройство 24 обработки данных может быть электрически соединено с датчиком 18, чтобы обрабатывать и оценивать измерительный сигнал. Устройство 24 обработки данных предназначено для определения того, имеется ли в парциальном давлении содержащегося в газовом потоке поверочного газа переменная составляющая. В частности, устройство 24 обработки данных может проверять, лежит ли средняя амплитуда переменной составляющей парциального давления поверочного газа выше порогового значения. Кроме того, устройство 24 обработки данных может устанавливать, следует ли переменная составляющая парциального давления поверочного газа изменению потока всасываемого газа. Это имеет место, когда частота переменной составляющей парциального давления поверочного газа соответствует частоте меняющегося потока газа или является кратной этой частоте.The data processing device 24 may be electrically connected to the sensor 18 in order to process and evaluate the measurement signal. The data processing device 24 is designed to determine whether there is a variable component in the partial pressure of the test gas contained in the gas stream. In particular, the data processing device 24 can check whether the average amplitude of the variable component of the test gas partial pressure lies above a threshold value. In addition, the data processing device 24 can determine whether the variable component of the test gas partial pressure follows a change in the suction gas flow. This occurs when the frequency of the variable component of the partial pressure of the test gas corresponds to the frequency of the varying gas flow or is a multiple of this frequency.

Для этого устройство 24 обработки данных можно соединить с устройством 22 управления. Устройство 22 управления меняет, например, расход потока всасываемого газового потока, меняя частоту вращения насоса. Это можно осуществить в форме модуляции, например, по принципу синхронного усилителя. Устройство 24 обработки данных может синхронизировать частоту варьирующегося парциального давления поверочного газа с частотой модуляции всасываемого газового потока.To this end, the data processing device 24 can be connected to the control device 22 . The control device 22 changes, for example, the flow rate of the suction gas stream by changing the speed of the pump. This can be done in the form of modulation, for example, according to the principle of a lock-in amplifier. The data processing device 24 can synchronize the frequency of the varying span gas partial pressure with the modulation frequency of the suction gas stream.

Устройство 24 обработки данных предназначено также для определения, в рамках калибровки, потока утечки из известной неплотности с известной скоростью утечки.The data processing device 24 is also designed to determine, as part of the calibration, the leakage flow from a known leak at a known leak rate.

Кроме того, устройство 22 управления в первом примере осуществления способно устанавливать полное давление всасываемого газового потока в области датчика 18 в пределах по меньшей мере примерно 90-110% от полного давления газа в атмосфере 23, окружающей исследуемый объект 21. Как еще будет говориться в связи с фиг. 5, связь между расходом газа и давлением газа в этом диапазоне давлений является почти линейной. Установку полного давления всасываемого газового потока на датчике 18 можно осуществить через регулирование числа оборотов газового насоса 16 и/или через регулирование пропускной способности дросселя 26.In addition, the control device 22 in the first embodiment is capable of setting the total pressure of the suction gas stream in the region of the sensor 18 within the range of at least about 90-110% of the total pressure of the gas in the atmosphere 23 surrounding the investigated object 21. As will be discussed further in connection from fig. 5, the relationship between gas flow and gas pressure in this pressure range is almost linear. The setting of the total pressure of the suction gas flow on the sensor 18 can be done through the regulation of the number of revolutions of the gas pump 16 and/or through the regulation of the capacity of the throttle 26.

Эти примеры осуществления относятся к датчикам, установленным непосредственно за газовым насосом 16. В такой конфигурации колебания полного давления газа на датчике 18 снижаются. Однако альтернативно можно также разместить датчик 18 выше по потоку от газового насоса 16, то есть между зондом-анализатором 12 и газовым насосом 16.These exemplary embodiments relate to sensors mounted directly downstream of gas pump 16. In this configuration, fluctuations in total gas pressure across sensor 18 are reduced. However, alternatively, it is also possible to place the sensor 18 upstream of the gas pump 16, i.e. between the analyzer probe 12 and the gas pump 16.

Пример осуществления с фиг. 2 отличается от примера осуществления с фиг. 1 тем, что выше по потоку от газового насоса 16 предусмотрен вентиль 28, управляемый устройством 22 управления, чтобы изменять пропускное сечение газовой линии 20. Предпочтительно, управляемый вентиль 28 находится между дросселем 26 и газовым насосом 16. Изменяя поперечное сечение газовой линии 20 с помощью управляемого вентиля 28, можно изменять пропускную способность газовой линии 20, в частности, варьировать. Тем самым во втором примере осуществления расход потока всасываемого газового потока многократно варьируется.The embodiment of FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that, upstream of the gas pump 16, a valve 28 is provided which is controlled by the control device 22 to change the flow area of the gas line 20. Preferably, the controlled valve 28 is located between the throttle 26 and the gas pump 16. By changing the cross section of the gas line 20 with controlled valve 28, you can change the throughput of the gas line 20, in particular, vary. Thus, in the second embodiment, the flow rate of the suction gas stream varies many times.

Третий пример осуществления отличается от второго примера осуществления тем, что байпас 30 обходит газовую линию 20 между зондом-анализатором 12 и газовым насосом 16 и, в частности, дроссель 26. Байпас 30 снабжен дросселем 34, пропускная способность которого намного выше, чем пропускная способность дросселя 26. Байпасная линия 30 содержит управляемый вентиль 32, который для его управления электрически соединен с устройством 22 управления. При увеличении пропускной способности вентиля 32 расход газа в перекрытой газовой линии 20 снижается. При уменьшении пропускной способности вентиля 32 расход газа в перекрытой газовой линии 20 повышается. Таким образом, с помощью устройства 22 управления и управляемого вентиля 32 байпасной линии 30 можно варьировать расход потока всасываемого газового потока.The third embodiment differs from the second embodiment in that the bypass 30 bypasses the gas line 20 between the analyzer probe 12 and the gas pump 16, and in particular the throttle 26. The bypass 30 is provided with a throttle 34, the capacity of which is much higher than the capacity of the throttle. 26. The bypass line 30 contains a controlled valve 32, which is electrically connected to the control device 22 for its control. With an increase in the capacity of the valve 32, the gas flow in the blocked gas line 20 is reduced. With a decrease in the capacity of the valve 32, the gas flow in the blocked gas line 20 increases. Thus, by means of the control device 22 and the controlled valve 32 of the bypass line 30, the flow rate of the suction gas stream can be varied.

Дроссель 26 может представлять собой капилляр, длина которого лежит в интервале от примерно 2 см до примерно 10 см, а диаметр составляет максимум примерно 5 мм. На фигурах 4 и 5 по вертикальной оси (ординате) отложен результирующий расход газа в стандартных кубических сантиметрах в минуту (Ссм³/мин), а по горизонтальной оси (абсциссе) давление в миллибарах (мбар) для разных диаметров дросселя 26, выполненного в виде капилляра. Отложенное по горизонтальной оси давление P₂ представляет собой давление P₂ внутри газовой линии 20 ниже по потоку от газового насоса 16 в области датчика 18. Давление в окружении 23 исследуемого объекта 21 составляет 1013 мбар (атмосферное давление). Под атмосферным давлением в данном случае понимается давление, которое может лежать в интервале от примерно 900 мбар до примерно 1100 мбар.Choke 26 may be a capillary having a length ranging from about 2 cm to about 10 cm and a maximum diameter of about 5 mm. In figures 4 and 5, the vertical axis (ordinate) shows the resulting gas flow rate in standard cubic centimeters per minute (Ccm ³ /min), and the horizontal axis (abscissa) shows the pressure in millibars (mbar) for different diameters of the throttle 26, made in the form capillary. The pressure P ₂ plotted on the horizontal axis is the pressure P ₂ within the gas line 20 downstream of the gas pump 16 in the area of the sensor 18. The pressure in the environment 23 of the test object 21 is 1013 mbar (atmospheric pressure). Atmospheric pressure is here understood to mean a pressure which may lie in the range from about 900 mbar to about 1100 mbar.

На фиг. 4 показан профиль установившегося расхода газа для разных диаметров d капилляра дросселя 26 в диапазоне давлений от 0 мбар до 1000 мбар. Длина капилляра составляет 5 см. На фиг. 5 показаны кривые с фиг. 4 в диапазоне давлений от 950 до 1015 мбар. Из фиг. 5 можно видеть, что связь между расходом и давлением газа является почти линейной, когда давление больше или равно 950 мбар. Поэтому, согласно изобретению выгодно устанавливать полное давление всасываемого газового потока на датчике 18 на значение из диапазона между примерно 90% и 110% от полного давления в окружении исследуемого объекта 21. Особенно важно то, что изменение полного давления несущественно, а вызывает большое изменение потока.In FIG. 4 shows the steady state gas flow profile for different diameters d of the throttle capillary 26 in the pressure range from 0 mbar to 1000 mbar. The length of the capillary is 5 cm. FIG. 5 shows the curves from FIG. 4 in the pressure range from 950 to 1015 mbar. From FIG. 5 it can be seen that the relationship between gas flow and pressure is almost linear when the pressure is greater than or equal to 950 mbar. Therefore, according to the invention, it is advantageous to set the total pressure of the suction gas flow at the sensor 18 to a value in the range between about 90% and 110% of the total pressure in the environment of the investigated object 21. It is especially important that the change in the total pressure is not significant, but causes a large change in flow.

В результате незначительного изменения пониженного давления на датчике, например, с 985 мбар до 1000 мбар при длине капилляра 5 см и диаметре 3 мм расход уменьшается в два раза с 100 Ссм³/мин до 50 Ссм³/мин. Этот аспект отличается от применений в области вакуума, как описано, например, в DE 4408877A1 (EP 7050738 B1). Если давление P₂ в месте датчика 18 очень низкое, как, например, в случае вакуумных течеискателей, то изменение давления, например, от 0,1 мбар до 50 мбар пренебрежимо мало влияет на расход газа.As a result of a slight change in the reduced pressure on the sensor, for example, from 985 mbar to 1000 mbar with a capillary length of 5 cm and a diameter of 3 mm, the flow rate is halved from 100 Ccm ³ /min to 50 Ccm ³ /min. This aspect differs from applications in the field of vacuum, as described, for example, in DE 4408877A1 (EP 7050738 B1). If the pressure P ₂ at the location of the sensor 18 is very low, as, for example, in the case of vacuum leak detectors, then a change in pressure, for example, from 0.1 mbar to 50 mbar, has negligible effect on the gas flow.

Типичная течь в исследуемом объекте 21 может вызывать утечку газового потока порядка 1⋅10⁴ мбар⋅л/сек. Расход или интенсивность течения всасываемого газового потока модулируется в диапазоне от 120 Ссм³/мин до 12 Ссм³/мин на частоте модуляции 6 Гц. При этом полное давление колеблется от 1000 мбар до 950 мбар с частотой модуляции. Концентрация с₀ в окружающей среде может составлять 400 ppm. Колебание полного давления в 50 мбар является сравнительно высоким. Тем не менее, колебания парциального давления, обусловленные колебанием полного давления, малы и, таким образом, ими можно пренебречь по сравнению с переменной составляющей парциального давления, которая возникает в результате модуляции потока. На практике колебания полного давления лежат заметно ниже 50 мбар.A typical leak in the investigated object 21 can cause a gas flow leakage of the order of 1⋅10 ⁴ mbar⋅l/sec. The flow rate or flow rate of the suction gas flow is modulated in the range from 120 Ccm ³ /min to 12 Ccm ³ /min at a modulation frequency of 6 Hz. In this case, the total pressure ranges from 1000 mbar to 950 mbar with a modulation frequency. The concentration from ₀ in the environment can be 400 ppm. A total pressure fluctuation of 50 mbar is relatively high. However, the partial pressure fluctuations due to the total pressure fluctuation are small and thus negligible compared to the variable partial pressure component that results from the modulation of the flow. In practice, the total pressure fluctuations lie well below 50 mbar.

Пример осуществления с фиг. 6 отличается от примера осуществления с фиг. 1 тем, что газовый насос 16 находится не между дросселем 26 и датчиком 18 в газовой линии 20, а в газовой линии 20 между зондом-анализатором 12 и дросселем 26, то есть выше по потоку от дросселя 26.The embodiment of FIG. 6 differs from the embodiment of FIG. 1 by the fact that the gas pump 16 is located not between the throttle 26 and the sensor 18 in the gas line 20, but in the gas line 20 between the analyzer probe 12 and the throttle 26, that is, upstream from the throttle 26.

Пример осуществления с фиг. 7 отличается от примера осуществления с фиг. 2 тем, что газовый насос 16 находится не между вентилем 28 и датчиком 18, а, как и в примере осуществления с фиг. 6, выше по потоку от дросселя 26.The embodiment of FIG. 7 differs from the embodiment of FIG. 2 in that the gas pump 16 is not located between the valve 28 and the sensor 18, but, as in the exemplary embodiment of FIG. 6, upstream of throttle 26.

Это же относится к примеру осуществления с фиг. 8, где газовый насос 16 находится не между параллельным соединением из дросселя 26 и вентиля 32 и датчиком 18, как на фиг. 3, а в газовой линии 20 выше по потоку от параллельного соединения из дросселей 26 и 34.The same applies to the embodiment of FIG. 8 where the gas pump 16 is not between the parallel connection of throttle 26 and valve 32 and sensor 18 as in FIG. 3, and in gas line 20 upstream of the parallel connection of chokes 26 and 34.

Claims

1. A method for distinguishing the test gas coming out of a leak in the object under study (21) and the disturbing gas in the environment of the object under study (21) during sniffer leak detection, including the steps:

- suction of gas from the environment of the test object (21) in the area of the outer surface of the test object using an analyzer probe, which has a suction hole (14) connected in fluid medium to a sensor (18), which is designed to determine the partial pressure of the test gas in the suction gas stream,

- periodically repeated change in the flow rate of the suction gas stream,

- setting the total pressure of the suction gas on the sensor (18), which is at least 80% of the total pressure of the gas in the atmosphere (23) surrounding the investigated object (21),

- prevention of fluctuations in the total suction gas pressure on the sensor (18) exceeding 10%,

- measurement of the partial pressure of the test gas contained in the suction gas stream by means of a sensor (18), and

- a message that the test object (21) is leaking if the measured test gas partial pressure has a variable component, the average amplitude of which lies above the threshold value and which follows a change in the suction gas flow.

2. The method according to claim 1, characterized in that the conclusion about the absence of leakage is made when the measured proportion of the test gas does not contain a component that exceeds the threshold value.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the periodically repeating change in the flow rate of the suction gas flow is carried out in the form of modulation of the flow rate signal with a modulation frequency in the range from 1 to 20 Hz.

4. The method according to one of the previous paragraphs, characterized in that the total pressure of the suction gas flow on the sensor (18) is set at a level of 90 to 110% of the total pressure in the atmosphere of the object under study.

5. The method according to claim 3, characterized in that the modulated flow rate signal for the suction gas flow is demodulated according to the principle of a synchronous amplifier with a certain reference frequency and phase to modulate the suction gas flow.

6. The method according to one of the preceding claims, characterized in that a comparative measurement of the partial pressure of the test gas is additionally carried out without changing the flow rate of the suction gas stream.

7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the total pressure in the atmosphere (23) surrounding the test object (21) in the region of the analyzer probe (12) is an atmospheric pressure ranging from about 900 mbar to about 1100 mbar.

8. Leak detector-schniffer (10) for implementing the method according to one of the previous paragraphs, containing

- analyzer probe (12) with suction port (14),

- gas pump (16),

- a sensor (18) that sets the partial pressure of the test gas to be detected,

- a gas line (20) connecting the suction port (14), the sensor (18) and the gas pump,

- a control device (22) designed to repeatedly change the flow rate of the suction gas flow, setting the total pressure of the suction gas flow on the sensor (18) at a level of at least about 80% of the total gas pressure in the atmosphere (23) surrounding the object under study ( 21), and to prevent fluctuations in the total gas pressure on the sensor (18) exceeding 10%, and

- a data processing device (24) for determining whether the partial pressure of the test gas contained in the suction gas flow has a variable component, the average amplitude of which lies above the threshold value and which follows the change in the suction gas flow.

9. Leak detector (10) according to the previous paragraph, characterized in that the sensor (18) is located downstream of the gas pump (16).

10. Leak detector (10) according to one of the previous paragraphs, characterized in that the gas line (20) between the suction opening (14) and the sensor (18) contains a throttle (26).

11. Leak detector (10) according to the previous paragraph, characterized in that the throttle (26) is a capillary with a length in the range from about 2 cm to about 100 cm and a diameter of not more than about 5 mm.