TWI519772B - Leak detector - Google Patents

Description

測漏儀

本發明係關於一種測漏儀，且關於一種能夠早期進行洩漏檢測之使用方便性佳的測漏儀。

傳統以來，在「檢測氣密容器、配管或閥等之試驗體是否有微小洩漏」的洩漏檢測(leak test：洩漏測試，或簡稱測漏)中使用測漏儀的作法已為大眾所知悉。此種的測漏儀，一般是使用具備有以下構件者：質量分析管，其可將洩漏於真空中的示蹤氣體(search gas)作為離子電流而定量地檢測；及渦輪分子泵，其係在殼體內交互地具有複數段之安裝於旋轉軸的旋轉翼和固定翼，且設置有旋轉驅動旋轉軸的驅動源；以及初期泵(fore pump)，其位於該渦輪分子泵之背壓側。在此情況下，例如有專利文獻1已為人所周知，如第4圖所示，其透過連接管而將「通往渦輪分子泵a之吸氣埠a1的主管路b」之端部、及未圖示的試驗體予以連接，並且在該主管路b夾介設置有質量分析管c。

在此，渦輪分子泵a之吸氣埠a1，通常是以面臨位於最上段的旋轉翼a2之方式(換句話說，渦輪分子泵a之排氣速度最快的部位)設置。藉此，由於在可供被導入於試驗體之測試埠的氦氣等之示蹤氣體流動的主管路b存在有質量分析管c，所以有檢測靈敏度高且對氦氣之反應速度也快的優點。

然而，上述習知例之發明，由於是一種質量分析管c和吸氣埠a1連通，且在兩者間不產生壓力差的結構，所以當吸氣埠a1之壓力，未到達能夠進行質量分析管c之測量動作的壓力時，就有無法開始進行洩漏測試的問題。因此，在例如試驗體之容積較大，以致其內部之真空處理需花費時間的情況時，在開始進行洩漏測試以前就需花費時間，且使用便利性差。

(專利文獻1)日本特許第2655315號公報

有鑑於以上問題點，本發明的課題為：提供一種測漏儀，其使用方便性佳，且無損所謂「檢測靈敏度高、對氦氣之反應速度也快」的功能，而能夠在開始試驗體之真空處理後迅速地開始進行洩漏測試。

為了解決上述課題，本發明提供一種測漏儀，係具備：質量分析管，其係檢測示蹤氣體；以及渦輪分子泵，其係在殼體內交互地具有複數段之安裝於旋轉軸的旋轉翼和固定翼，且設置有旋轉驅動旋轉軸的驅動源，且透過連接管來連接該渦輪分子泵之吸氣埠和試驗體，並從該試驗體內將示蹤氣體導入於質量分析管以進行洩漏檢測的測漏儀，其特徵為：在前述殼體之中位於最高真空側的旋轉翼之相對向的壁面，相互分離地開設有連通於試驗體的吸氣埠和可供質量分析管連接的連接埠。

依據本發明，在開始進行洩漏測試前，例如是先透過連接管來連接試驗體之測試埠(test port)、和測漏儀之吸氣埠(或是從吸氣埠開始延伸的主管路之端部)。其次，使渦輪分子泵運轉(通常，在渦輪分子泵之背壓側設置有初期泵，且可透過該初期泵來對試驗體進行粗略的真空處理。另外，亦可在試驗體設置有真空泵的情況時使該真空泵運轉)，且對試驗體進行持續的真空處理。此時，質量分析管也是被真空處理。在此，本發明，由於是在渦流分子泵之殼體中位於最高真空側的旋轉翼(例如，構成旋轉翼的各葉片朝向旋轉軸之徑向外側設置，且將從驅動源朝向旋轉翼之方向當作上方，而位於最上段的旋轉翼)之相對向的壁面，隔離配置有吸氣埠和連接埠，所以藉由存在於該壁面內側和最高真空側的旋轉翼之間的空間之傳導率(conductance)，就會在吸氣埠和連接埠之間產生壓力差(換句話說，連接埠形成比吸氣埠還低的壓力)。因此，只要質量分析管內的壓力到達能夠進行測量動作的壓力，就無關於吸氣埠的壓力，甚至無關於試驗體內的壓力，而可開始進行洩漏測試。

例如當設置於連接埠的真空計到達預定值時，就會開始進行洩漏測試。在此情況下，從試驗體外側局部地吹送作為示蹤氣體的氦氣，當存在洩漏時，該氦氣會被吸入試驗體內並經過連接管而導入渦輪分子泵之吸氣埠。在此，從試驗體內導入渦輪分子泵之吸氣埠的氣體之中，大氣中所大量含有之氮或氧的成分，在「存在於上述壁面內側和最高真空側的旋轉翼之間」的上述空間內的擴散性較低，而由最高真空側的旋轉翼所排氣。

另一方面，一般被作為示蹤氣體使用的氦氣等，較上述氮或氧更輕，導入上述空間時的平均速度較快。因此，示蹤氣體在該空間的擴散性高，使示蹤氣體經由吸氣埠而大量到達質量分析管。結果，無損所謂「檢測靈敏度高、且對氦氣之反應速度也快」的功能，而可確實地進行洩漏檢測。

在本發明中，只要吸氣埠和連接埠之間的傳導率，設為吸氣埠之有效排氣速度的1/10以下即可。藉此，就可在吸氣埠和連接埠之間產生至少1位數(one digit)以上的壓力差，且在試驗體之真空處理開始後才能夠開始進行洩漏測試。在此情況下，上述空間的傳導率，係可考量渦輪分子泵本身的排氣速度或氣體種類，而適當地設定並調節例如該空間的容積(例如，框體內面和最上段的旋轉翼之間的距離)、連接埠及吸氣埠之開口徑或連接埠與吸氣埠之各孔軸間的距離。

以下，參照圖式，說明從真空處理裝置之包含真空室的氣密容器、配管或閥等的試驗體TP中檢測有無微小洩漏的本發明實施形態之測漏儀。

參照第1圖及第2圖，測漏儀LD係具備框體1，且在其內部，具備質量分析管2、渦輪分子泵3及位於渦流分子泵3之背壓側的初期泵4。作為渦輪分子泵3，係可利用如下物：在殼體31內交互地具有複數段之裝設於旋轉軸32的旋轉翼33和固定翼34，且設有旋轉驅動旋轉軸32的驅動源35。在以下的說明中，係將從驅動源35朝向旋轉翼33的方向當作上方(第1圖中為上下方向)來說明。此情況，在上述構成的渦輪分子泵3中，當運轉時，位於最上段的旋轉翼33a側就成為最高真空側。另外，有關渦輪分子泵3，雖然可利用公知物，但是如後述般，其不同點在於：位於最上段的旋轉翼33a、和與之相對向的殼體31之壁面31a的間隔被設定成預定值。又，初期泵4雖然也沒有特別限制，但是可適用旋轉泵(rotary pump)等。

在殼體31之中位於最上段的旋轉翼33a之相對向的壁面(與位於最高真空側之旋轉翼33a相對向的殼體之上表面)31a，從旋轉軸32之軸線朝徑向一側錯開，並以預定開口徑設置有吸氣埠36(參照第2圖)。在吸氣埠36，係連接有「通至設置於框體1之上表面的附凸緣之埠11」的主管路5。在主管路5係夾介設置有電磁開閉閥6a，又在電磁開閉閥6a和埠11之間於主管路5連接有副管路7。在副管路7，係夾介設置有另一電磁開閉閥6b，且連接於初期泵4。另外，第1圖中，元件符號6c，係對渦輪分子泵3和初期泵4之間的路徑進行開閉動作的另一電磁開閉閥6c。

又，在殼體31之壁面31a，係相對於旋轉軸32之軸線以與吸氣埠36對稱的方式設置有連接埠37。然後，在此連接埠37，裝設有質量分析管2。在此，就質量分析管2而言，例如可採用磁場偏向型。在此情況下，雖然未特別圖示說明，但是質量分析管2，係具備：離子源極，其係具有燈絲和柵極並將內部之氣體成分予以離子化；離子集極，其係捕集氦離子；以及磁鐵，其係僅將在離子源極產生的正離子之中的氦離子導引至離子集極。然後，利用附設於離子集極的未圖示之電流計，來檢測流動於該離子集極的離子電流。又，本實施形態的質量分析管2，係在離子源極之周圍設置有其他的離子集極，而可達到「作為也能測量該質量分析管2內之全壓」的電流真空計之功能。另外，質量分析管2，並非被限定於上述，亦可使用其他形態，又真空計亦可個別設置。

上述各零件的動作等之控制，係可藉由具備電腦或定序器等的未圖示之控制手段來總括控制。在此情況下，在控制手段，係附設有ROM等的記憶手段，該記憶手段係事先記憶有用以從離子電流中算出洩漏值的算出表和洩漏檢查時的測漏儀LD之控制程式(動作時序)等。以下，說明使用本實施形態之採用氦氣當作示蹤氣體的測漏儀LD對試驗體TP的洩漏測試。

首先，在僅開啟開閉閥6c，且關閉其他的開閉閥6a、6b的狀態下，使渦輪分子泵3和初期泵4運轉，且使測漏儀LD呈待機狀態。在此狀態下，透過連接管8來連接測漏儀LD之埠11和試驗體TP之測試埠TP1。其次，關閉開閉閥6c，並且開啟開閉閥6b，且透過連接管8對試驗體TP進行粗略的真空處理。然後，以未圖示的皮拉尼真空計(Pirani gauge)來測量副管路7內的壓力，且當真空處理至預定壓力時，會依序打開開閉閥6c、6a，且主要利用渦輪分子泵3來對試驗體TP進行真空處理。

在此，在本實施形態中，由於是在渦輪分子泵3的殼體31之壁面31a保持預定間隔來隔離配置吸氣埠36、和通至質量分析管2的連接埠37，所以會因存在於壁面31a之內面和最上段的旋轉翼33a之間的空間SP之傳導率，而在吸氣埠36和連接埠37之間產生壓力差(換句話說，連接埠37形成比吸氣埠36還低的壓力)。在此情況下，若通過上述空間SP的吸氣埠36和連接埠37之間的傳導率C成為吸氣埠36中的有效排氣速度S’之1/10以下，則可在吸氣埠36和連接埠37之間產生至少1位數以上的壓力差。

上述空間SP的傳導率，係考量渦輪分子泵3本身的排氣速度或氣體種類，並適當地設定例如該空間的容積(最好是將殼體31內面和最上段的旋轉翼33a之間的間隔D設定成5mm以下)、吸氣埠36及連接埠37之各自的開口徑(例如排氣速度為70L/s的開口徑，設定成例如7mm以上)、或吸氣埠36及連接埠37之各孔軸間的距離L(在與上述相同的排氣速度之情況，最好為50mm以上)等，藉此可調節成所期待的傳導率。

具體而言，在利用排氣速度S為70L/s之渦輪分子泵，將吸氣埠36及連接埠37之開口徑設定在φ7mm、將孔軸間距離L設定在50mm、將間隔D設定在2mm的情況下，通過上述空間SP的吸氣埠36和連接埠37之間的傳導率C，在被考量為較薄的平行2面之分子泵傳導率Ct的模型時，就可估計為0.2L/s左右。然後，當根據傳導率C之合成式1/S’=1/S+1/C來算出吸氣埠36的有效排氣速度S’時，可估計為10L/s以上。因而，傳導率C，係成為吸氣埠之有效排氣速度S’的2%以下，結果，連接埠37的壓力，係可維持在吸氣埠36的壓力之2%以下，亦即，可維持在1/50以下的壓力。換言之，可以質量分析管2的動作壓力之50倍以上的壓力來導入氣體。又，從上述可明白：為了要提高試驗體TP之洩漏測試開始時期，只要盡可能地減小傳導率即可。

其次，在以質量分析管2所測量的壓力到達預定值時(在此情況下，吸氣埠36之壓力，係比連接埠37之壓力高1位數以上)，就會從試驗體TP之外側藉由噴霧槍等吹送氦氣。此時，當在試驗體TP存在有洩漏時，氦氣就會從該洩漏部位吸入試驗體TP內，且經由連接管8及主管路5而從吸氣埠36引入渦輪分子泵3。

在此，從試驗體TP內朝向渦輪分子泵3之吸氣埠36導入的氣體之中，大氣中所大量含有之所謂的氮或氧的成分，在空間SP的擴散性較低，可藉由最上段的旋轉翼33a來排氣。另一方面，作為示蹤氣體的氦氣，較上述氮或氧更輕，被導入上述空間SP時的平均速度會變快，且擴散性高，而經由連接管37到達質量分析管2也變多。結果，無損所謂「檢測靈敏度高、且對氦氣之反應速度也快」的功能，而可確實地進行洩漏檢測。

如以上說明，依據本實施形態，只要質量分析管2內的壓力到達能夠進行測量動作的壓力，就無關於吸氣埠36之壓力、甚至無關於試驗體TP內之壓力，而可開始洩漏測試，結果，與上述習知例相較，能夠在試驗體之真空處理開始後迅速地開始洩漏測試。而且，無損所謂「檢測靈敏度高、且對氦氣之反應速度也快」的功能，而可確實地進行洩漏檢測。

其次，進行了確認在吸氣埠36和連接埠37之間產生壓力差的實驗。使用具備「氮氣之排氣速度為70L/s、將吸氣埠和連接埠之間的距離設為35mm、將殼體的壁面和旋轉翼之間隔設為1mm之渦輪分子泵」的第1圖所示之測漏儀(發明品)，分別測量了吸氣埠及質量分析管的壓力。

使用具備「氮氣之排氣速度為70L/s的渦輪分子泵」的第4圖所示之測漏儀(習知品)，作為比較實驗，且分別測量了吸氣埠及質量分析管的壓力。第3圖係顯示吸氣埠及質量分析管之壓力關係的曲線圖。另外，第3圖中，▇為習知品，○為發明品。藉此，在習知品中，可確認到：因質量分析管和吸氣埠連通而在兩者間幾乎不會產生壓力差。相對於此，在發明品中，可確認到：質量分析管之壓力，係成為吸氣埠之壓力的約1/100，且可有效地在吸氣埠36和連接埠37之間產生壓力差。

以上，雖然已就本發明之實施形態的測漏儀加以說明，但是本發明並非被限定於上述形態。例如，吸氣埠和連接埠並沒有必要設置成對稱，且可在能獲得所期望之傳導率的範圍內作任意變更。又，在本實施形態中，就渦輪分子泵而言，雖然已列舉「構成旋轉翼之各葉片朝向筒狀的旋轉軸之徑向外側設置」的例子加以說明，但是本發明亦可適用於「構成旋轉翼之葉片沿著筒狀的旋轉軸之母線方向而設置」者。在此情況下，也是只要在渦輪分子泵的殼體之中，位於最高真空側的壁面，使吸氣埠和連接埠相互分離地開設即可。不僅如此，在本實施形態中，雖然以在框體內一體地內建有各零件為例，但是測漏儀之形態並未被限定於此。

1．．．框體

2．．．質量分析管

3．．．渦輪分子泵

4．．．初期泵

5．．．主管路(連接管)

6a、6b、6c．．．電磁開閉閥

7．．．副管路

8．．．連接管

11．．．附凸緣埠

31．．．殼體

31a．．．壁面

32．．．旋轉軸

33．．．旋轉翼

33a．．．位於最上段的旋轉翼

34．．．固定翼

35．．．驅動源

36．．．吸氣埠

37．．．連接埠

C．．．傳導率

Ct．．．分子泵傳導率

D．．．間隔

LD．．．測漏儀

SP．．．空間

S’．．．有效排氣速度

TP．．．試驗體

TP1．．．測試埠

a．．．渦輪分子泵

a1．．．吸氣埠

a2．．．旋轉翼

b．．．主管路

c．．．質量分析管

第1圖係顯示本發明的測漏儀之構成的示意圖。

第2圖係顯示沿著第1圖之II-II線的剖視圖。

第3圖係顯示顯示實驗結果的曲線圖。

第4圖係顯示習知例的測漏儀之構成的示意圖。

1．．．框體

2．．．質量分析管

3．．．渦輪分子泵

4．．．初期泵

5．．．主管路(連接管)

6a、6b、6c．．．電磁開閉閥

7．．．副管路

8．．．連接管

11．．．附凸緣埠

31．．．殼體

31a．．．壁面

32．．．旋轉軸

33．．．旋轉翼

33a．．．位於最上段的旋轉翼

34．．．固定翼

35．．．驅動源

36．．．吸氣埠

37．．．連接埠

D．．．間隔

LD．．．測漏儀

SP．．．空間

TP．．．試驗體

TP1．．．測試埠

Claims (2)

1. 一種測漏儀，係具備：質量分析管，其係檢測示蹤氣體；以及單一的渦輪分子泵，其係在殼體內交互地具有複數段之安裝於旋轉軸的旋轉翼和固定翼，且設置有旋轉驅動旋轉軸的驅動源，且透過連接管來連接該渦輪分子泵之吸氣埠和試驗體，並從該試驗體內將示蹤氣體導入於質量分析管以進行洩漏檢測的測漏儀，其特徵為：在前述殼體之中位於最高真空側的旋轉翼之相對向的壁面，以分別面向存在於該壁面內側與該旋轉翼間之空間的方式，相互分離地開設有連通於試驗體的吸氣埠和可供質量分析管連接的連接埠。
2. 如申請專利範圍第1項所述的測漏儀，其中，吸氣埠和連接埠之間的傳導率(conductance)構成：吸氣埠之有效排氣速度的1/10以下。