TW202248601A - 基於嗅探的精細洩漏檢測系統 - Google Patents

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朱利安 庫倫
艾曼紐 烏魯斯
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法商普發真空公司
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Abstract

本發明關於一種藉由示蹤氣體來檢測洩漏的系統(1)，其欲連接至嗅探針以檢查填充了示蹤氣體之待測物體的氣密性，該系統(1)包含有可能獲得初級真空的第一泵送裝置(13)，並且包含至少一隔膜泵，其形成至少二泵送級(E1、E2、E3、E4)而由連接模組(14)連接在一起，作為洩漏檢測系統(1)之操作參數的函數，該連接模組(14)建構成有選擇地將每個泵送級(E1、E2、E3、E4)設置成與至少一其他泵送級(E1、E2、E3、E4)並聯或串聯，以改變嗅探針所抽吸之氣體的質流率。

Description

基於嗅探的精細洩漏檢測系統
本發明關於以嗅探來檢查待測物體之氣密性的洩漏檢測系統。本發明也關於該系統的泵送方法。
已知示蹤氣體之所謂的「嗅探」(sniffing)測試和所謂的「噴灑」(spraying)測試是檢查物體的氣密性。這些方法涉及檢測穿過待測物體之任何洩漏的示蹤氣體。於「嗅探」模式，使用連接至嗅探針的洩漏檢測器來檢測在填充了經常加壓的示蹤氣體之待測物體周圍所可能存在的示蹤氣體。於「噴灑」模式，使用噴灑槍而以示蹤氣體來噴灑待測物體，待測物體的內部體積則連接至洩漏檢測器。一般使用氦或氫作為示蹤氣體，因為這些氣體的分子尺寸小且行動速度高而比其他氣體更容易穿過小洩漏。
於「嗅探」模式，為了降低壓力以讓用於測量示蹤氣體數量的質譜儀發揮功能，洩漏檢測器包含泵送總成，其可以由粗抽真空泵和渦輪分子真空泵所組成，渦輪分子真空泵安裝在上游且根據洩漏檢測器的操作而有選擇地切換成與粗抽真空泵串聯。
再者，已知的實務是設置幾個嗅探管來連接至粗抽真空泵的不同點，以提供能夠獲得多種不同檢測敏感度的多個嗅探質流率。洩漏檢測器的真空泵是由並聯的二泵送級所組成，其下游連接至某一嗅探管，這二個第一級則連接至第三級，其下游連接至另一嗅探管，第三和第四泵送級則串聯安裝以提供來自相同隔膜泵之嗅探針的多個質流率。然後使用者根據想要的檢測來選擇某一嗅探管。然而，這架構需要嗅探針連接至真空泵的幾個不同點，這讓該總成更為複雜。
本發明的目的明顯地是要提出一種可負擔的洩漏檢測系統，其用於體積變化大的待測物體而允許在「嗅探」模式有最佳化操作，換言之，舉例而言允許針對想要的氣密性測量類型(包括高檢測敏感度)而使背景雜訊最小化，但不明顯地增加其體積。
為此，本發明關於一種藉由示蹤氣體來檢測洩漏的系統，其欲連接至嗅探針以檢查填充了示蹤氣體之待測物體的氣密性，該系統包含有可能獲得初級真空的第一泵送裝置、有可能獲得次級真空的第二泵送裝置、示蹤氣體檢測模組、有可能管理洩漏檢測系統之操作的處理模組，次級泵送裝置的下游則連接至初級泵送裝置的上游；該系統的特徵在於：第一泵送裝置包含至少一隔膜泵，其包含至少二泵送級而由連接模組連接在一起，作為洩漏檢測系統之至少一操作參數的函數，該連接模組建構成有選擇地將每個泵送級設置成與至少一其他泵送級並聯或串聯，而不使用多個嗅探線路來改變嗅探針所抽吸之氣體的質流率。
根據本發明有利而言，洩漏檢測系統的第一泵送裝置因而有可能根據其操作來改變泵送架構。選擇隔膜泵以生成洩漏檢測器的初級真空。事實上，對於這些洩漏檢測器的應用來說，已觀察到其他的乾式科技一般不允許在必要的緊湊性、成本、效能之間有較佳的妥協。
根據本發明有利而言，第一泵送裝置的連接模組允許視洩漏檢測系統的用途而定在泵送級之間有較好的流體連接。因此，對於等同的體積和受限的額外成本來說，本發明有可能實現更精明的泵送，其組合了經常難以組合的優點，舉例而言例如以單一檢測系統且將單一管子維持連接在探針和檢測單元的抽吸輸入之間而在「嗅探」模式下提供多種不同的敏感度。要了解不再需要使用多個嗅探線路或使用較大體積的泵送級來以改變嗅探針所抽吸之氣體的質流率。
本發明也可以包含以下單獨或組合選取之一或更多個可選擇的特徵。
操作參數可以包含：在洩漏檢測系統上游所測量之抽吸氣體的質流率、第二泵送裝置的測量溫度和/或檢測到的示蹤氣體汙染(換言之，示蹤氣體的過高濃度或分壓)。優選而言，操作參數包含在洩漏檢測系統上游所測量之抽吸氣體的質流率，並且可能還包含上述至少一其他參數。
當想要有最大檢測敏感度時，處理模組優選地在流體上連接第一和第二泵送裝置，並且連接模組優選地建構成將第一泵送裝置的所有泵送級設置成串聯，以獲得嗅探針所抽吸之氣體的最大質流率。最大質流率舉例而言可以在標準溫度和壓力條件下實質等於每分鐘3000立方公分。
當想要有正常檢測敏感度時，處理模組優選地在流體上連接第一和第二泵送裝置，並且連接模組優選地建構成將第一泵送裝置的至少前二個泵送級設置成並聯，以獲得嗅探針所抽吸的氣體之預定的、所謂正常的質流率。正常的質流率小於最大質流率，並且舉例而言可以在標準溫度和壓力條件下落在每分鐘200立方公分和每分鐘400立方公分之間。
第一泵送裝置可以包含至少四泵送級，其由連接模組連接在一起以提升背景雜訊。也要了解將有可能經歷更可能的架構，其明顯地是用於在所有泵送級都並聯和所有泵送級都串聯之間的中間敏感度層級。
於多樣的圖示，相同或類似的元件帶有相同元件代號，而可能具有附加的指標。因而不系統性地重複它們之結構和功能的敘述。
以下全篇的指向是圖式的指向。尤其，「頂」(top)、「底」(bottom)、「左」(left)、「右」(right)、「之上」(above)、「之下」(below)、「向前」(towards front)、「向後」(toward rear)等詞一般是相對於圖面方向來理解。
「待測物體」(object to be tested) 11要了解意謂想要檢查氣密性的任何物體或任何設施。
「洩漏檢測系統」(leak detection system) 1要了解意謂能夠測量預定之示蹤氣體(例如氫或氦)的洩漏率、濃度或分壓之所有類型的裝置，以識別待測物體11的任何氣密性故障。這些類型的裝置經常包含：探針3；泵送模組12，其舉例而言具有可能獲得初級真空的第一泵送裝置13和有可能獲得次級真空的第二泵送裝置15；示蹤氣體檢測模組5，其舉例而言具有至少一檢測元件，舉例而言例如質譜儀；處理模組7，其有可能管理洩漏檢測系統1的操作；以及優選而言用於顯示洩漏檢測系統1之洩漏檢測測量和參數設定的元件9。經常而言，洩漏檢測系統1的所有構件(探針3除外)組合在一檢測單元4中。
「有可能獲得初級真空的第一泵送裝置」(first pumping device making it possible to obtain a primary vacuum) 13要了解意謂一組至少一個泵，例如隔膜泵，其能夠獲得小於或等於10毫巴的真空，典型而言在10毫巴和10 -3毫巴之間(或在10 3帕和10 -1帕之間)。
「有可能獲得次級真空的第二泵送裝置」(second pumping device making it possible to obtain a secondary vacuum) 15要了解意謂一組至少一個泵，例如渦輪分子泵，其能夠獲得小於或等於10 -3毫巴的真空，典型而言在10 -3毫巴和10 -8毫巴之間(或10 -1帕和10 -6帕之間)。
「探針」(probe) 3要了解意謂由洩漏檢測系統1用來局部查驗待測物體之所有類型的裝置。探針3因而被使用者帶去靠近待測物體11。根據本發明，探針3因此是嗅探針。
於圖1所示範例，其不屬於本發明，探針3是洩漏檢測系統1的噴灑槍且具有抓握元件而允許由使用者操持。探針3是由管子2a連接至示蹤氣體來源6且有可能藉由控制器16的致動而釋放示蹤氣體。洩漏的搜尋一般是把探針3移動至待測物體11的離散點來進行，其明顯地是在可能展現氣密性薄弱的點，例如密封、焊接、耦合。一般使用氦或氫作為示蹤氣體，因為這些氣體的分子尺寸小且速度高而比其他氣體更容易穿過小洩漏。
洩漏檢測系統1的檢測單元4包含抽吸輸入10，其欲由線路2b連接至待測物體11如此以在物體11裡生成真空，並且抽入由抽吸探針3所吹出而會經由待測物體11所洩漏的任何示蹤氣體。與泵送模組12所抽吸之氣體呈逆向流動的一部分分子(典型是示蹤氣體的分子)是由氣體檢測模組5所分析，其舉例而言使用質譜儀(未呈現)而供應示蹤氣體洩漏率給處理模組7，優選地能夠把洩漏率顯示在顯示元件9上。經常而言，洩漏率舉例而言可以採每秒毫巴•公升或每秒帕•立方公尺來測量。最小示蹤氣體閾限是由處理模組7所監視，超過該閾限則考慮為洩漏，換言之是待測物體11的氣密性故障。
第一泵送裝置13包含至少一隔膜泵，其包含至少二泵送級E1、E2、E3、E4。事實上要了解隔膜泵可以組合所有的泵送級E1、E2、E3、E4或僅泵送級E1、E2、E3、E4的一部分，泵送級E1、E2、E3、E4的其他部分則屬於至少一其他隔膜泵。
在有關可變尺寸(典型在0.5公升和20公升之間)的待測物體之領域，換言之低於每小時10立方公尺的泵送流率就足夠(一般觀察到的絕大多數情形)，較佳是使用隔膜泵以生成洩漏檢測器的初級真空。事實上，對於這些洩漏檢測器的應用來說，其他的乾式科技一般不允許在必要的緊湊性、成本、效能之間有較佳的妥協。舉例來說，魯式真空泵一般不可能獲得小於每小時15立方公尺的泵送流率，這使它們太龐大、太昂貴、太笨重而不考慮在此種洩漏檢測器中使用。因此，第一泵送裝置13使用至少一隔膜泵，因為它欲應用於洩漏檢測系統1，其中乾式(換言之，泵送的流動中沒有油)而低於每小時10立方公尺的泵送流率便足夠。
泵送級E1、E2、E3、E4是由連接模組14連接在一起，作為洩漏檢測系統1之操作參數的函數，連接模組14建構成有選擇地將每個泵送級E1、E2、E3、E4設置成與至少一其他泵送級E1、E2、E3、E4並聯或串聯，這典型而言例如是在抽吸輸入10。
連接模組14優選而言包含：導管C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17，其連接第一泵送裝置13之每個泵送級E1、E2、E3、E4的輸入和輸出；以及關閉元件V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11，其有選擇地允許導管C6、C7、C8、C9、C10、C11、C13、C14、C15、C16、C17中的通過。關閉元件V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11可以是可以明顯地由處理模組7所驅動的閥和/或單向閥，優選地作為洩漏檢測系統1上游壓力的函數和/或作為泵送級E1、E2、E3、E4上游或下游壓力的函數，每個閥建構成根據預定的壓力閾限而允許開啟/關閉以修改泵送級E1、E2、E3、E4之間的連接。每個壓力可以由專屬的壓力感測器來監視，例如感測器18，其舉例而言監視洩漏檢測系統1上游的壓力。
洩漏檢測系統1的第一泵送裝置13因而有可能視其操作而定來改變泵送架構，明顯地是根據它是在待測物體11的初步抽吸時期還是在檢查待測物體11之氣密性的時期。第一泵送裝置13的連接模組14因而允許根據洩漏檢測系統1的用途而在泵送級E1、E2、E3、E4之間有較好的流體連接。因此，對於等同的體積和受限的額外成本來說，有可能製造更精明的泵送，其組合了經常不可能組合的優點，舉例而言例如相對於泵送級E1、E2、E3、E4的數目而最大地縮短初步抽吸的持續時期和最大地降低待測物體11之氣密性檢查時期的背景雜訊(極低的極限真空壓力)，而不必使用多種類型的第一初級泵送裝置或不使用具有較大體積的泵送級。
這是有可能的，因為當洩漏檢測系統1上游的壓力實質等於大氣壓力時，換言之在待測物體11開始做抽吸時，處理模組7斷開第二泵送裝置15，並且連接模組14建構成將第一泵送裝置13之所有的泵送級E1、E2、E3、E4設置成並聯，以讓第一泵送裝置13把物體11裡的泵送流率最大化。再者，當洩漏檢測系統1上游的壓力低於最小壓力閾限(較佳落在1毫巴和10毫巴之間)而允許檢測模組5以高敏感度模式來操作時，處理模組7連接(換言之，在流體上連接)第一和第二泵送裝置13、15成串聯，並且連接模組14建構成串聯連接第一泵送裝置13的所有泵送級E1、E2、E3、E4，以把物體11裡的壓力降低到可能最低的層級且因此最大地提升檢測模組5的敏感度。
再者，當第一泵送裝置的所有泵送級並聯且較佳在待測物體11的初步抽吸全程，處理模組7施加用於每個泵(換言之，一或更多個所用的隔膜泵)的轉速而大於其標稱轉速，以使第一泵送裝置13的泵送流率最大化。施加的轉速舉例而言可以落在其標稱速度的100%和170%之間，而於初步抽吸以外的其他架構，每個泵的正常速度或可限制在其標稱速度的30%和100%之間(下文解釋的除外)。
於操作的中間模式，舉例而言例如當洩漏檢測系統1上游的壓力低於檢測模組5所可以操作的最大壓力閾限時(優選地在15毫巴和50毫巴之間)，處理模組7連接(換言之，在流體上連接)第一和第二泵送裝置13、15，並且連接模組14建構成串聯連接第一泵送裝置的至少後二個泵送級E1、E2、E3、E4以保證檢測模組5有足夠敏感度，舉例而言以開始檢查待測物體11的氣密性。
第一泵送裝置13包含至少二泵送級E1、E2、E3、E4，換言之，它舉例而言可以包含二、三、四、五或六個泵送級E1、E2、E3、E4。於圖2所示範例，第一泵送裝置13包含單一隔膜泵，其具有四泵送級E1、E2、E3、E4。顯然而言，有愈多的泵送級E1、E2、E3、E4，則將愈有可能改善第一泵送裝置13的泵送流率和極限真空壓力。也要了解將有可能經歷在開始時的所有泵送級並聯和萬一需要高敏感度檢測而所有泵送級串聯之間的更可能的架構。
現將解釋圖2所示範例以描述四泵送級E1、E2、E3、E4之最佳化操作的範例。於此範例，第一泵送裝置13包含連接模組14，其具有導管C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17而連接導管C1所做的抽吸輸入10。關閉元件V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11有選擇地分別允許導管C6、C7、C8、C9、C10、C11、C14、C16、C13、C15、C17中的通過。於此特殊範例，關閉元件V7和V8是可控閥，因為在降低壓力後，它們欲接續地關閉、開啟、然後再次關閉。其他元件V1、V2、V3、V4、V5、V6、V9、V10、V11可以無偏好地是可控閥和/或單向閥，每個閥根據洩漏檢測系統1上游和/或泵送級E1、E2、E3、E4上游和下游的預定壓力閾限來建構。第一泵送裝置13建構成經由排放輸出17而優選地在周遭壓力下排放氣體。
於圖2的範例，第二泵送裝置15包含渦輪分子真空泵T，其上游(抽吸)連接至檢測模組5，並且可以分別藉由導管C2、C3、C4而以渦輪分子真空泵T的三不同層級來在下游(排放和中間級)連接至導管C1，如此以能夠將抽出流動調適於洩漏的層級。後面這些導管C2、C3、C4的通過是由關閉元件V12、V13、V14做有選擇地控制，V12、V13、V14優選地是可控閥。最後，較佳是可控閥的通過元件V15則欲關閉其對導管C3和C4連接之間的導管C1。
下表呈現洩漏檢測系統1的管理範例。
模式 壓力(毫巴) 閥開啟
粗抽 大氣壓→P1 V1、V2、V3、V4、V5、V6、V15
細抽 P1→P2 V1、V6、V7、V8、V10、V15
主要洩漏的測量 P2→P3 V1、V7、V10、V11、V14、V15
正常測量 P3→P4 V1、V7、V10、V11、V13、V14、V15
高敏感度測量 P4→極限真空 V9、V10、V11、V12、V14
於粗抽的第一時期，除了永久開啟的導管C5和C12以外，關閉元件V1、V2、V3、V4、V5、V6、V15還分別允許導管C6、C7、C8、C9、C10、C11、C1中的通過。第二泵送裝置15因而被隔離。連接模組14建構成將第一泵送裝置13的所有泵送級E1、E2、E3、E4設置成並聯以使第一泵送裝置13把物體11裡的泵送流率最大化，直到洩漏檢測系統1上游抵達預定的壓力閾限P1為止。壓力閾限P1優選地落在100毫巴和400毫巴之間，換言之，舉例而言等於100毫巴、125毫巴、150毫巴、175毫巴、200毫巴、225毫巴、250毫巴、275毫巴、300毫巴、325毫巴、350毫巴、375毫巴、300毫巴、325毫巴、350毫巴、375毫巴或400毫巴。
在低於壓力閾限P1，開始細抽的第二時期，其中除了永久開啟的導管C5和C12以外，關閉元件V1、V6、V7、V8、V10、V15還分別允許導管C6、C11、C14、C16、C15、C1中的通過。第二泵送裝置15因而仍被隔離。連接模組14建構成將泵送級E1和E2設置成並聯，然後下游由導管C14、C15、C16連接至泵送級E3和E4 (也並聯)，以減少泵送流率但提升極限真空壓力，直到洩漏檢測系統1上游抵達預定的壓力閾限P2為止。最大壓力閾限P2優選地落在15毫巴和50毫巴之間，換言之，舉例而言等於15毫巴、16毫巴、17毫巴、18毫巴、19毫巴、20毫巴、21毫巴、22毫巴、23毫巴、24毫巴、25毫巴、26毫巴、27毫巴、28毫巴、29毫巴、30毫巴、31毫巴、32毫巴、33毫巴、34毫巴、35毫巴、36毫巴、37毫巴、38毫巴、39毫巴、40毫巴、41毫巴、42毫巴、43毫巴、44毫巴、45毫巴、46毫巴、47毫巴、48毫巴、49毫巴或50毫巴。
在低於最大壓力閾限P2，可以開始測量主要洩漏的第三時期。於第三時期，除了永久開啟的導管C5和C12以外，關閉元件V1、V7、V10、V11、V14、V15還分別允許導管C6、C14、C15、C17、C4、C1中的通過。第二泵送裝置15連接至第一泵送裝置13。連接模組14建構成將泵送級E1和E2設置成並聯，然後下游由導管C14、C15連接至現在串聯的泵送級E3和E4，以減少泵送流率但提升極限真空壓力，直到洩漏檢測系統1上游抵達預定的最小壓力閾限P4為止。最小壓力閾限P4優選而言落在1毫巴和10毫巴之間，換言之等於1毫巴、2毫巴、3毫巴、4毫巴、5毫巴、6毫巴、7毫巴、8毫巴、9毫巴或10毫巴。
根據特殊的操作，明顯地根據洩漏檢測系統1上游壓力範圍P3和使用者的特定要求，第二裝置15可以具有不同的操作模式。以非限制性範例來說，於落在2毫巴和5毫巴之間的壓力範圍P3，可以開始平均洩漏測量的第四時期，而未必要改變第一泵送裝置13之連接模組14的架構，換言之，除了永久開啟的導管C5和C12以外，還分別讓導管C6、C14、C15、C17中的關閉元件V1、V7、V10、V11保持開啟。另一方面，關閉元件V13、V14、V15分別允許導管C3、C4、C1中的通過以使洩漏檢測系統1的檢測模組5更敏感，明顯地是除了連接渦輪分子真空泵T的排放導管C4以外，還允許一部分分子(典型為示蹤氣體之分子)的對向流動在渦輪分子真空泵T的中間層級(導管C3)進入。
在低於最小壓力閾限P4，可以開始測量小洩漏的第五時期。於第四時期，除了永久開啟的導管C5和C12以外，關閉元件V9、V10、V11、V12、V14還分別允許導管C14、C13、C15、C17、C2、C4中的通過。第二泵送裝置15仍連接至第一泵送裝置13，但來自抽吸輸入10的流動則在第一泵送裝置13中被排放之前(被排放輸出17排放前)被迫進入第二泵送裝置15。連接模組14建構成將所有泵送級E1、E2、E3、E4設置成串聯以降低物體11裡的壓力到可能最低的層級且因此提升到檢測模組5的最大敏感度。最小壓力閾限P4優選地小於1毫巴。
也有可能間接決定檢測系統1上游的壓力變化，換言之是基於有可能估計壓力變化的基準。因此，以變化例來說，也有可能監視檢測系統1的流動和流率。事實上，公式：壓力=質流率/體積流率允許做間接測量。
如上所解釋，操作參數不應受限於在洩漏檢測系統1上游所測量的壓力，其舉例而言是由感測器18所測；並且或許有可能也考慮第二泵送裝置15的測量溫度和/或檢測到的示蹤氣體汙染和/或可凝結之氣體的檢測和/或分供的操作狀態以命令連接模組14做架構的改變。
事實上，若渦輪分子泵T下游(導管C4)的壓力太高，則渦輪分子泵T的溫度可以上升。這溫度增加可能導致啟動其安全模式，換言之，渦輪分子泵T的操作減緩或停止以避免任何損壞。因此，基於處理模組7所監視之渦輪分子泵T的溫度閾限，若溫度超過該閾限，則連接模組14可以用於要求所有泵送級E1、E2、E3、E4暫時(計時器)串聯和/或直到渦輪分子泵T的溫度回落到相同閾限或觸發架構改變的較低閾限之下為止。事實上，有可能會使用第一泵送裝置13來降低導管C4中的壓力以避免啟動其安全模式。每個溫度閾限舉例而言或可落在40℃和70℃之間，換言之，舉例而言等於40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃。
也有可能間接決定渦輪分子泵T的溫度變化，換言之，是基於有可能估計溫度變化的基準。因此，以變化例來說，也有可能監視渦輪分子泵T所消耗的功率或供電給渦輪分子泵T的電流數值。
再者，若泵送模組12被示蹤氣體所飽和，典型是當超過檢測模組5所測量的最大示蹤氣體閾限時，則考慮洩漏檢測系統1中有示蹤氣體汙染。後者因而不再可以正確地檢查待測物體11的洩漏。因此，從處理模組7所監視的最大示蹤氣體閾限，若超過最大閾限，則連接模組14可以用於要求至少前二個泵送級E1、E2、E3、E4暫時(計時器)並聯和/或直到考慮洩漏檢測系統1中的示蹤氣體汙染結束為止。事實上，有可能會使用第一泵送裝置13來增加渦輪分子泵T下游的流率以排放多餘的示蹤氣體。考慮洩漏檢測系統1中有微量氣體汙染的最大閾限舉例而言或可等於每秒10 -4毫巴•公升。
要提升這除汙階段(稱為主動復原)可以施加用於每個泵(換言之，一或更多個所用的隔膜泵)的轉速而大於其標稱旋轉速度，以使第一泵送裝置13的泵送流率最大化。施加的旋轉速度舉例而言可以落在其標稱速度的100%和170%之間。
也可以考慮泵送模組12中存在了可凝結的氣體。事實上，此種可凝結的氣體(舉例而言例如水蒸氣)可以使泵送變得困難。因此，使用泵送模組12中專屬的感測器(未呈現)，此種可凝結氣體的存在是由處理模組7來監視。因此，為了肯定，連接模組14可以用於要求所有泵送級E1、E2、E3、E4暫時(計時器)串聯和/或直到考慮洩漏檢測系統1中所存在的可凝結的氣體結束為止。事實上，有可能會降低泵送模組12中的壓力以排放任何可凝結的氣體。考慮洩漏檢測系統1中有示蹤氣體汙染的最大閾限舉例而言或可等於每秒10 -4毫巴•公升。
最後，對於「抽吸」(suction)模式所熟知的是泵送模組12中有分供以幫助排放泵送級E1、E2、E3、E4中所累積的示蹤氣體。事實上，若是高真空，減少空氣相對於示蹤氣體的比例則使維持儲存在泵送級E1、E2、E3、E4中之示蹤氣體的泵送更困難。分供因而有可能生成暫時流動，其能夠將多餘的示蹤氣體驅動至排放輸出17。因此，根據分供的操作狀態，連接模組14可以用於修改泵送級E1、E2、E3、E4的架構，此為暫時性(計時器)和/或直到分供的操作狀態有新改變(開啟變成關閉、關閉變成開啟、開啟的數目變化…等)為止。
於圖3所示範例，探針3是嗅探針且具有抓握元件而允許由使用者操持。探針3是由可撓性管子2連接至檢測單元4的抽吸輸入10，如此以抽吸在填充了示蹤氣體之待測物體11周圍的氣體。至於「噴灑」模式，氦或氫一般使用作為「嗅探」模式的示蹤氣體，因為這些氣體的分子尺寸小且速度高而比其他氣體更容易穿過小洩漏。
泵送模組12所抽吸的一部分分子(典型是示蹤氣體的分子)是由氣體檢測模組5所分析，其舉例而言使用質譜儀(未呈現)而供應示蹤氣體洩漏率給處理模組7，優選地能夠把洩漏率顯示在顯示元件9上。經常而言，洩漏率舉例而言可以採每秒毫巴•公升或每秒帕•立方公尺來測量。最小示蹤氣體閾限是由處理模組7所監視，有任何超過就考慮為洩漏，換言之是待測物體11的氣密性缺陷。
根據本發明有利而言，「嗅探」模式下的泵送模組12可以包含圖4範例所示的架構。因此，根據本發明有利而言，泵送級E1、E2、E3、E4是由連接模組14連接在一起，作為洩漏檢測系統1之操作參數的函數，連接模組14建構成有選擇地將至少一泵送級E1、E2、E3、E4設置成與至少一其他泵送級E1、E2、E3、E4並聯或串聯。典型而言，對於具有二泵送級E1、E2的第一泵送裝置13來說，可以使用一或二個隔膜泵而不偏離本發明的範圍。
於「嗅探」模式，邏輯相較於「噴灑」模式而有所不同。事實上，於「嗅探」模式，主要監視的不再是真空壓力，而是洩漏檢測系統1上游所測量之抽吸氣體的質流率，典型而言使用感測器19來測。此種質流率是在標準溫度和壓力條件下以每分鐘立方公分來測量(已知為「每分鐘標準立方公分」(standard cubic centimetre per minute)的縮寫「sccm」來表示)。
因此，質流率變得愈高，則檢測模組5統計上將更能夠在探針3周圍的更大程度來檢測物體11的洩漏。事實上，以較高的流率來說，在探針3之自由端所產生的低壓將能夠在相同的每單位時間下抽吸更多的氣體混合物，因而在探針3周圍生成更加延伸的抽吸流動。從某個觀點要了解：相較於相同檢測系統1的較低流率，較高流率允許有較好敏感度，換言之，在較大距離來檢測洩漏。
於「嗅探」模式，換言之，當洩漏檢測系統1欲連接至探針3時，操作參數因此可以包含洩漏檢測系統1上游所測量之抽吸氣體的質流率，並且可能還包含第二泵送裝置的測量溫度和/或檢測到的示蹤氣體汙染。
連接模組14優選而言包含：導管C5、C6、C12、C13、C14、C15、C17，其連接第一泵送裝置13之每個泵送級E1、E2、E3、E4的輸入和輸出；以及關閉元件V1、V7、V9，其分別允許導管C6、C14、C13中的通過。關閉元件V1、V7、V9可以是可以明顯地由處理模組7所控制的閥和/或單向閥，作為想要之質流率的函數，每個閥建構成允許根據預定的壓力閾限來開啟/關閉以修改泵送級E1、E2、E3、E4之間的連接。真實流率可以由專屬的流率感測器來監視，舉例而言例如位在導管C18上而緊接在抽吸輸入10下游的感測器19。
根據本發明有利而言，洩漏檢測系統1的第一泵送裝置13因而有可能視其操作而定來改變泵送架構，明顯地是根據待測物體11的檢查時期是在正常敏感度模式或在最大敏感度模式。第一泵送裝置13的連接模組14因而允許基於洩漏檢測系統1的用途而在泵送級E1、E2、E3、E4之間有較好的流體連接。
因此，對於等同的體積和受限的額外成本，本發明有可能製造更精明的泵送，其組合了經常不可能組合的優點，舉例而言例如以單一檢測系統1且同時保持單一管子2連接在探針3和檢測單元4的抽吸輸入10之間而在「嗅探」模式下提供多種不同的敏感度。
這是有可能的，因為當想要有最大檢測敏感度時，處理模組7優選地在流體上連接第一和第二泵送裝置13、15，並且連接模組14優選地建構成將第一泵送裝置13之所有的泵送級E1、E2、E3、E4設置成串聯以獲得探針3所抽吸之氣體的第一質流率。第一預定的質流率舉例而言可以在標準溫度和壓力條件下實質等於每分鐘3000立方公分。
另一方面，當想要有正常的檢測敏感度時，處理模組7優選地在流體上連接第一和第二泵送裝置13、15，並且連接模組14優選地建構成將第一泵送裝置13的至少前二個泵送級E1、E2設置成並聯以獲得探針3所抽吸之氣體的第二預定質流率。第二預定的質流率舉例而言在標準溫度和壓力條件下可以落在每分鐘200立方公分和每分鐘400立方公分之間。
根據本發明，第一泵送裝置13包含至少二泵送級E1、E2、E3、E4，換言之，舉例而言可以包含二、三、四、五或六個泵送級E1、E2、E3、E4而不偏離本發明的範圍。於圖4所示範例，第一泵送裝置13包含單一隔膜泵，其具有四個泵送級E1、E2、E3、E4。顯然而言，有愈多的泵送級E1、E2、E3、E4，則將愈有可能改善第一泵送裝置13的泵送流率和極限真空壓力。也要了解將有可能經歷在所有泵送級都並聯和所有泵送級都串聯之間的更可能的架構。
現將解釋圖4所示範例來描述以四泵送級E1、E2、E3、E4做最佳化操作的範例。於此範例，第一泵送裝置13包含連接模組14，其具有導管C5、C6、C12、C13、C14、C15、C17而由導管C18連接抽吸輸入10。關閉元件V1、V7、V9有選擇地分別允許導管C6、C14、C13中的通過。第一泵送裝置13建構成由排放輸出17而優選地在周遭壓力下排放氣體。
於圖4範例，第二泵送裝置15包含渦輪分子真空泵T，其上游(抽吸)連接至檢測模組5，並且其下游(排放和中間級)可以分別藉由導管C4和C19而在渦輪分子真空泵T的二不同層級來連接至導管C5和C18。導管C4、C19的通過是由關閉元件V14、V17有選擇地控制，V14、V17優選地是可控閥。最後，為導管C18準備的是經由關閉元件V16而連接至導管C15，其在泵送級E2的下游和泵送級E3的上游之間。
下表呈現洩漏檢測系統1的管理範例。
模式 流率(毫巴) 閥開啟
最大敏感度 Dmax→D1 V9、V14、V16、V17
正常敏感度 D1→Dmin V1、V7、V14、V16、V17
在高於質流率閾限D1且典型在第一質流率Dmax，可以開始高敏感度的測量時期。於此時期，除了永久開啟的導管C5、C12、C15、C17以外，關閉元件V9、V14、V16、V17還分別允許導管C13、C4、C18、C19中的通過。第二泵送裝置15連接至第一泵送裝置13。連接模組14建構成將泵送級E1和E2設置成串聯，然後下游由導管C15連接至串聯的泵送級E3和E4以獲得探針3所抽吸之氣體的第一質流率。根據本發明，質流率閾限D1在標準溫度和壓力條件下優選地落在每分鐘200立方公分和每分鐘400立方公分之間，換言之，舉例而言等於每分鐘200立方公分、每分鐘225立方公分、每分鐘250立方公分、每分鐘275立方公分、每分鐘300立方公分、每分鐘325立方公分、每分鐘350立方公分、每分鐘375立方公分、每分鐘400立方公分。典型而言，於上面解釋的架構且探針3中沒有阻礙，達到第一質流率Dmax且它在標準溫度和壓力條件下優選地等於每分鐘3000立方公分。
在低於質流率閾限D1且典型在第二質流率Dmin，可以開始在正常敏感度的測量時期。於此時期，除了永久開啟的導管C5、C12、C15、C17以外，關閉元件V1、V7、V14、V16、V17還分別允許導管C6、C14、C4、C18、C19中的通過。第二泵送裝置15連接至第一泵送裝置13。連接模組14建構成將泵送級E1和E2設置成並聯，然後下游由導管C15連接至串聯的泵送級E3和E4以獲得探針3所抽吸之氣體的第二質流率。根據本發明，質流率閾限D1在標準溫度和壓力條件下優選地落在每分鐘200立方公分和每分鐘400立方公分之間，換言之，舉例而言可以等於每分鐘200立方公分、每分鐘225立方公分、每分鐘250立方公分、每分鐘275立方公分、每分鐘300立方公分、每分鐘325立方公分、每分鐘350立方公分、每分鐘375立方公分、每分鐘400立方公分。典型而言，於上面解釋的架構且探針3中沒有阻礙，達到第二質流率Dmin且它在標準溫度和壓力條件下優選地等於每分鐘300立方公分。
也有可能間接決定檢測系統1上游的質流率變化，換言之是來自有可能估計質流率變化的基準。因此，以變化例來說，也有可能監視檢測系統1的壓力和體積流率。事實上，公式：質流率=壓力X體積流率允許間接測量而不偏離本發明的範圍。
如上所解釋，操作參數不應受限於在洩漏檢測系統1上游所測量的質流率，其舉例而言是由感測器19所測；並且或許有可能也考慮第二泵送裝置15的測量溫度和/或檢測到的示蹤氣體汙染以命令連接模組14做架構的改變。
事實上，若渦輪分子泵T下游(導管C4)的壓力太高，則渦輪分子泵T的溫度可能上升。這溫度增加可以導致啟動其安全模式，換言之，渦輪分子泵T的操作減緩或停止以避免任何損壞。因此，基於由處理模組7來監視渦輪分子泵T的溫度閾限，若溫度超過閾限，則本發明有利地有可能會使用連接模組14以要求所有泵送級E1、E2、E3、E4暫時(計時器)串聯和/或直到渦輪分子泵T的溫度掉落到相同閾限或觸發架構改變的較低閾限之下為止。事實上，有可能會使用第一泵送裝置13來降低導管C4中的壓力以避免啟動其安全模式。每個溫度閾限舉例而言或可落在40℃和70℃之間，換言之，舉例而言等於40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃。
也有可能間接決定渦輪分子泵T的溫度變化，換言之，是基於有可能估計溫度變化的基準。因此，以變化例來說，也有可能監視渦輪分子泵T所消耗的功率或或供電給渦輪分子泵T的電流數值而不偏離本發明的範圍。
再者，若泵送模組12被示蹤氣體所飽和，典型是當超過檢測模組5所測量的最大示蹤氣體閾限時，則考慮洩漏檢測系統1中有示蹤氣體汙染。後者因而可以不再正確地檢查待測物體11的洩漏。因此，基於由處理模組7所監視的最大示蹤氣體閾限，若超過了最大閾限，則本發明有利地有可能會使用連接模組14以要求至少前二個泵送級E1、E2並聯，此是暫時性(計時器)和/或直到考慮洩漏檢測系統1中的示蹤氣體汙染結束為止。事實上，有可能會使用第一泵送裝置13來增加渦輪分子泵T下游的流率以排放多餘的示蹤氣體。考慮洩漏檢測系統1中有示蹤氣體汙染的最大閾限舉例而言或可等於每秒10 -4毫巴•公升。
要提升這除汙時期(稱為主動復原)可以施加用於每個泵(換言之，所用的一或更多個隔膜泵)的轉速而大於其標稱轉速，以使第一泵送裝置13的泵送流率最大化。施加的轉速舉例而言可以落在其標稱速度的100%和170%之間；而對於其他時間來說，每個泵的正常速度或可限制在其速度的30%和100%之間。
本發明不限於所呈現的實施例和變化例，並且熟於此技術者將清楚明白有其他的實施例和變化例。因此，實施例和變化例可以彼此組合而不偏離本發明的範圍。以非限制性方式，則有可能設想到第一泵送裝置13包含多於四個泵送級E1、E2、E3、E4以進一步提升泵送流率和極限真空壓力。然後將增加導管和閥的數目來調適連接模組14。
1:洩漏檢測系統 2,2a,2b:管子 3:探針 4:檢測單元 5:示蹤氣體檢測模組 6:示蹤氣體來源 7:處理模組 9:顯示元件 10:抽吸輸入 11:待測物體 12:泵送模組 13:第一泵送裝置 14:連接模組 15:第二泵送裝置 16:控制器 17:排放輸出 18:感測器 19:感測器 C1~C19:導管 E1~E4:泵送級 T:渦輪分子真空泵 V1~V17:關閉元件
從下文參考所附圖式而以指示性且非限制性方式所給出的敘述，將清楚顯露本發明其他的特殊特徵和優點，其中： [圖1]是基於噴灑之洩漏檢測系統的示意圖； [圖2]是根據「噴灑」模式的洩漏檢測系統之部分的示意圖； [圖3]是根據本發明而基於嗅探之洩漏檢測系統的示意圖； [圖4]是根據本發明「嗅探」模式的洩漏檢測系統之部分的示意圖。
1:洩漏檢測系統
4:檢測單元
5:示蹤氣體檢測模組
10:抽吸輸入
12:泵送模組
13:第一泵送裝置
14:連接模組
15:第二泵送裝置
17:排放輸出
19:感測器
C4~C6,C12~C15,C17~C19:導管
E1~E4:泵送級
T:渦輪分子真空泵
V1,V7,V9,V14,V16,V17:關閉元件

Claims (7)

  1. 一種藉由示蹤氣體來檢測洩漏的洩漏檢測系統(1)，其欲連接至嗅探針(3)以檢查填充了該示蹤氣體之待測物體(11)的氣密性，該洩漏檢測系統(1)包含有可能獲得初級真空的第一泵送裝置(13)、有可能獲得次級真空的第二泵送裝置(15)、示蹤氣體檢測模組(5)、有可能管理該洩漏檢測系統(1)之操作的處理模組(7)，該次級泵送裝置(15)的下游(C4)則連接至該初級泵送裝置(13)的上游(C5)， 該洩漏檢測系統(1)的特徵在於：該第一泵送裝置(13)包含至少一隔膜泵，其包含至少二泵送級(E1、E2、E3、E4)且由連接模組(14)連接在一起，作為該洩漏檢測系統(1)之至少一操作參數的函數，該連接模組(14)建構成有選擇地將每個泵送級(E1、E2、E3、E4)設置成與至少一其他泵送級(E1、E2、E3、E4)並聯或串聯，而不使用多個嗅探線路來改變該嗅探針(3)所抽吸之該氣體的質流率。
  2. 根據請求項1的洩漏檢測系統(1)，其中該操作參數包含：在該洩漏檢測系統(1)上游所測量之該抽吸氣體的質流率、該第二泵送裝置(15)的測量溫度和/或檢測到的示蹤氣體汙染。
  3. 根據請求項2的洩漏檢測系統(1)，其中當想要有最大檢測敏感度時，該處理模組(7)在流體上連接該第一和第二泵送裝置(13、15)，並且該連接模組(14)建構成將該第一泵送裝置(13)的所有該泵送級(E1、E2、E3、E4)設置成串聯，以獲得該嗅探針(3)所抽吸之該氣體的最大質流率。
  4. 根據請求項3的洩漏檢測系統(1)，其中該最大質流率在標準溫度和壓力條件下實質等於每分鐘3000立方公分。
  5. 根據請求項1至4中任一項的洩漏檢測系統(1)，其中當想要有正常檢測敏感度時，該處理模組(7)在流體上連接該第一和第二泵送裝置(13、15)，並且該連接模組(14)建構成將該第一泵送裝置(13)的至少該前二個泵送級(E1、E2、E3、E4)設置成並聯，以獲得該嗅探針(3)所抽吸的該氣體之預定的、所謂正常的質流率。
  6. 根據請求項5的洩漏檢測系統(1)，其中該正常的質流率在標準溫度和壓力條件下落在每分鐘200立方公分和每分鐘400立方公分之間。
  7. 根據請求項1至4中任一項的洩漏檢測系統(1)，其中該第一泵送裝置(13)包含至少四泵送級(E1、E2、E3、E4)，其由該連接模組(14)連接在一起以使背景雜訊最小化。
TW111113827A 2021-04-13 2022-04-12 基於嗅探的精細洩漏檢測系統 TW202248601A (zh)

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