Zjišťování netěsností vakuového systému • skutečná netěsnost - modře • virtuální netěsnost(desorpce) - červeně t Vakuová fyzika 1 1/39 Typická místa netěsností • v místech svarů • v místech kovových vývodů přes sklo • v elektrických a optických průchodkách • ve ventilech, ve spojích (KF, ISO - K, CF,...) • u kovových částí - pórovitost materiálu Netěsnost se lépe hledá u skleněných aparatur. Dnes je většina aparatur kovových. Problém hledání netěsností ulehčuje prověrka jednotlivých dílů před montáží. Hledače netěsností Zpravidla využívají měření parciálních tlaků zkušebních plynů Zkušební plyn: • plyn málo obsažený v atmosféře • co nejmenší molekulová hmotnost (snadno proniká netěsností) Nejčastěji se používá He, H2. Hledače: • vodíkový • halogenový • heliový přesnost určení netěsnosti má vliv: množství zkušebního plynu přivedeného do systému poměr čerpací rychlosti systému a jeho objemu citlivost hledače netěsností vzájemná poloha netěsnosti a hledače □ t3 Závislost na poměru čerpací rychlosti systému a jeho objemu Proud plynu netěsností do aparatury za čas dt je dán Ijsidt, množství odčerpaného plynu pSdt. Pak změna tlaku zkušebního plynu je dána rovnicí Vdp = (In — Sp)dt Vdp In — Sp = dt V ---Iti(In — Sp) = t + konst V konst —--—In(Ijsf) In — Sp S H—--) = - -t j-n v In — Sp In In, — e v1 p = S 1 - e~ v* Jestliže v čase t\ přerušíme přítok zkušebního plynu začne tlak klesat p = ^[l_e- e-S □ - = Q) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 7/39 oha hledače a netěsnosti Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vodíkový hledač netěsností detektor: ionizační manometr s paladiovou přepážkou (1100 K), hmotnostní spektrometr, elektronické čidlo zkušební plyn: H2 pracovní tlak: 10~6 — 0,1 Pa pro ionizační manometr s paladiovou přepážkou minimální netěsnost: 10~8 Pam3s_1 Vodíkový hledač netěsností kowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Halogenový hledač netěsností • platinový válec (1200 K) - emituje kladné ionty • zvýšení emise v přítomnosti Cl • zkušební plyn: freon • pracovní tlak: 10"4 - 105 Pa • minimální netěsnost: 10~8 Pam3s_1 • může pracovat i metodou přetlaku □ t3 Halogenový hledač netěsností J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 1 □ S 12 / 39 Heliový hledač netěsností hmotnostní spektrometr zkušební plyn: He pracovní tlak: < 10~2 Pa minimální netěsnost: 10~13 Pam3s může pracovat i metodou přetlaku □ t3 Heliový hledač netěsností 3 1 1 firemní materiály firmy Pfeiffer □ 13 Vakuová fyzika 1 = 5 q,o Heliový hledač netěsností Malý hmotnostní spektrometr jako detektor He 1 Ion source flange 2 Cathode (2 cathodes, lr + Y203) 3 Anode 4 Shielding of the ion source with discharge orifice 5 Extractor 6 Ion traces lor M > 4 7 Total pressure electrode 8 Ion traces for M = 4 9 Intermediate orifice plate 10 Magnetic field 11 Suppressor 12 Shielding of the ion trap 13 Ion trap 14 Flange for ion trap with preamplifier firemní materiály firmy Pfeiffer □ S1 Heliový hledač netěsností s přepážkou přepážka z SÍO2 7 /im propouští jen He + Penningův manometr jednoduchá konstrukce detekční limit 5 x 10~8 Pam3/s vysoký vstupní tlak až 200 hPa A PASSION FOR PERFECTION © Pfeiffer Vacuum 2012 • Market Management R&D • Andreas Schopphoff • 2012-04 ■ 5 Kalibrovaná netěsnost Bývá součástí He hledačů netěsností, slouží ke kalibraci detektoru He. • vakuový prvek s definovanou vodivostí • úzká skleněná kapilára • difúzni netěsnost - křemenná přepážka - difúze He • při proudu plynu 10~8 Pam3s_1 a tlaku testovacího plynu v zásobníku 0,2 MPa, nastane pokles proudu plynu o 10% za 10 let Vakuová fyzika 1 19 / 39 12 1 P.Lukáč, V.Martišovitš: Netesnosti vákuových systémov, ALFA, 1980 Vakuová fyzika 1 20 / 39 Kalibrovaná netěsnost - řez • Pncný rez Difúzni prvek Vakuová fyzika 1 21 / 39 Vakuová fyzika 1 22 / 39 HLT-270 HLT-270 Vakuová fyzika 1 24 / 39 Jiné metody hledání netěsností manometr diferenciální manometr bublinky ve vodě mýdlové bubliny u skleněných aparatur - Ruhmkorffův induktor, nebo Tesl transformátor Hledání netěsností pomocí manometru Hledání netěsností pomocí diferenciálního manometru kowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Manometr, diferenciální manometr ionizační, nebo odporový manometr zkušební plyn - CO2, H2, aceton, líh pracovní tlak - podle použitého manometru minimální netěsnost pro diferenciální zapojení ionizačních manometrů ÍO"10 PamV1 Vakuová fyzika 1 28 / 39 R u h m kor f f ú v induktor a ľeslúv transformátor princip - výboj v plynech pracovní tlak 1-100 Pa vhodná metoda pro skleněné aparatury Ruhmkorffův induktor - nízká frekvence(~ 101Hz), vn transformátor(železné jádro) Teslův transformátor - vysoká frekvence(~ 105 Hz), vn transformátor se vzduchovým jádrem Metoda bublinek, min.netěsnost D = 0,5 mm, t = 30 s Vakuová fyzika 1 □ S1 30 / 39 Odpaření vody z netěsnosti s délkou 1 cm 20 40 60 80 [X] P.Lukáč, V.Martišovitš: Netesnosti vakuových systémov, ALFA, 1980 Tabulka: Citlivost metod hledání netěsností Metoda tlak [Pa] min. netěsnost [Pam3s x] Teslův transformátor 1 - 100 10-3 - 10-4 bublinky ve vodě 2 x 105 10-7 4 x 105 10"8 9 x 105 10"9 halogenový hledač 2 x 105 3 x 10-8 4 x 105 7 x 10-9 6 x 105 3 x 10-9 He hledač 2 x 105 5 x 10-9 Tabulka: Citlivost metod hledání netěsností - podtlak Metoda tlak [Pa] min. netěš. [Pam3s x] Odporový manometr 0,1 - 100 10~6 ionizační manometr 10"6 - 0,1 10"7 ionizační manometr dif.zap. 10~6 - 0,1 10-io ionizační manometr 10~6 - 0,1 10"8 s paladiovou membránou halogenový hledač 10~4 - 105 10"8 He hledač < 10-2 IQ"13 Vakuová fyzika 1 33/39 Tabulka: Kriteria těsností Název kriteria [Panv vodotěsnost 10" -3 parotěsnost 10" -4 těsnost pro bakterie 10" -5 těsnost pro ropné produkty 10" -6 těsnost pro viry 10" -7 plynotěsnost 10" -8 1 Pam3s_1 = 10 mbarls"1 ~ 43 gh_1 pro vzduch, 20 °C Vakuová fyzika 1 34/39 Tabulka: Kriteria těsností Název kriteria podle objektu [Pam3s x] těsnost nadržia potrubí 10"1 - 10"3 těsnost výměníků tepla ÍO"4 těsnost objektů pro zkapal. plyny 10"6 těsnost elektronických součástek 10-io těsnost pouzder baterie kardiostimulátoru min. ÍO"10 10"10 Partes"1 ~ 3,8 x 10"5g = 38 ng za rok pro vzduch, 20 °C Vakuová fyzika 1 35/39 Přehled metod Určení místa netěsnosti • vakuový test • čichací test Integrální průmyslové testy • integrální vakuový test • vakuový bombový test • integrální test uzavřeného systému • čichací test při atmosférickém tlaku Vacuum test: Spraying test Sniffing test firemní materiály firmy Pfeiffer Helium Vacuum Helium Sniffing Hydrogen (5%) Sniffing Helium Accumulation Hydrogen (5%) Accumulation Pressure Decay Testing Water Bath Testing Values in mbarl/s 10° 101 10-2 10-3 10^ 105 10^ 10"7 10^ 10s 10"10 10-H 1012 Values in seem 100 10 1 0.1 0.01 0.001 10-4 10-= 10-6 10-7 10"8 10-* 10-10 Bubbling rate under best conditions 1000 bubbles/ second 100 bubbles/ second 10 bubbles/ second 1 second/ bubble 20 seconds/ bubble no no bubbles bubbles no no bubbles bubbles no no bubbles bubbles no bu bbles no bubbles Theoretical Range Practical Range materiály firmy Inficon Vakuová fyzika 1 <□► < rj? ► < t -i 'OQ.o 38 / 39 Další metody hledání netěsností v prům ultrazvuk infračervené záření UV barviva " mýdlová voda"