8-812-740-66-02
8
-812-989-04-49
info@vactron.org

Контрольная течь

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕЧЕИСКАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕЧЕИСКАНИЯ

Одним из основных параметров лю­бого герметизированного изделия, опре­деляющим его работоспособность и срок сохраняемости, является степень герме­тичности. Это определяет целесообраз­ность количественной оценки результатов испытаний на герметичность. Вместе с тем в настоящее время вся течеискатель­ная аппаратура у нас в стране и за рубе­жом выпускается как индикаторная, она не проходит метрологическую аттестацию в органах Госстандарта, и погрешность определения величины потока пробного вещества при испытаниях не нормируется.

В общем плане проблема метрологи­ческого обеспечения неразрушающего контроля, частью которого является кон­троль герметичности, рассматривалась неоднократно [12, 25]. Как и при других видах неразрушающего контроля, эта про­блема включает в себя организационные и технологические вопросы. Среди органи­зационных вопросов немаловажную роль играет разработка стандартов (как госу­дарственных, так и отраслевых) на методы контроля герметичности, на типовые ме­тоды измерения основных метрологиче­ских характеристик течеискателей. К ор­ганизационным вопросам относятся также важнейшая задача подготовки квалифици­рованных кадров и их периодическая ат­тестация.

Но в основном проблема метрологии течеискания требует решения технических вопросов, заключающихся в переводе те­чеискательной аппаратуры в разряд изме­рительных приборов, в обеспечении их средствами поверки, в изучении влияния на достоверность измерения потоков те­чей параметров контролируемых изделий и условий отбора пробного вещества в течеискатель и т.п.
Вместе с тем оценка величин потоков пробного вещества, регистрируемых течеискателем, осуществляется и сейчас. Комплектация масс-спектрометрических и галогенных течеискателей контрольными калиброванными течами серийного произ­водства соответственно типов «Гелит» и «Галот» обеспечивает возможность гра­дуировки течеискателей. По результатам градуировки определяется величина реги­стрируемых потоков течей в контроли­руемых объектах.

Однако принятую процедуру оценки величин регистрируемых потоков течей нельзя рассматривать как измерения, по­скольку метрологические возможности течеискателей не изучены, а контрольные течи, как правило, не проходят государст­венной метрологической аттестации и точность измерения их величин не норми­руется. Исключение составляют кон­трольные гелиевые течи типа «Гелит», которые промышленно калибруются на метрологической установке второго раз­ряда, аттестованной органами Госстандарта РФ. Поэтому течи «Гелит» являются мерами потока гелия с нормированной погрешностью ± 20 %.

Таким образом, контроль герметич­ности изделий масс-спектрометрическим методом наиболее достоверен, а величины регистрируемых потоков поддаются коли­чественной оценке.

Другие типы течеискателей - катаро­метрические, электронозахватные, плаз­менные, акустические и др. - обычно гра­дуируются по методикам разработчиков с применением капиллярных, пористых, диафрагменных контрольных течей.
Применяемые методики градуировки течеискательной аппаратуры, способы испытаний, способы калибровки кон­трольных течей, аттестация течеискателей в некоторых отраслях промышленности регламентируются отраслевыми докумен­тами или стандартами предприятий.

Градуировка течеискателей позволяет снизить систематические погрешности из­мерений, связанные с медленными измене­ниями характеристик течеискателя, проис­ходящими в результате различных физико­химических воздействий на чувствитель­ный элемент. Градуировка течеискателей по известному потоку снижает также по­грешности, вызываемые дрейфом характе­ристик систем питания и измерения.

Разнообразные контрольные течи воссоздают потоки различных пробных веществ в разных диапазонах величин с неодинаковой стабильностью воспроизво­димых ими потоков. Так, капиллярные, пористые, диафрагменные контрольные течи могут создавать потоки различных веществ в достаточно широком диапазоне. Но воспроизводимые ими потоки нестабильны и могут изме­няться вследствие засорения или окисле­ния каналов, при изменении перепада дав­лений на них и т.п.

Наиболее стабильны диффузионные контрольные течи, принцип действия ко­торых основан на избирательном проник­новении пробного газа через мембрану с селективной проницаемостью, они харак­теризуются хорошей воспроизводимостью величин потоков.


Вы можете скачать документ Скачать

ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Метрологическое обеспечение при контроле герметичности осуществляется посредством ведомственной аттестации и периодической поверки течеискательной аппаратуры с оценкой потоков контроль­ных течей.
Основными задачами метрологиче­ской аттестации течеискательной аппара­туры являются:

  1.  определение метрологических ха­рактеристик, подлежащих контролю при эксплуатации и влияющих на результат поверки по основному параметру - чувст­вительности;
  2.  определение порядка проведения аттестации методов, средств и периодич­ности поверки.

Все течеискатели, находящиеся в эксплуатации и хранении, следует подвер­гать периодической поверке в соответст­вии с календарным графиком, утвержден­ным руководителем предприятия или ли­цом, уполномоченным на это приказом.

Течеискатели, вышедшие из ремонта, подвергают аттестации и первичной поверке на соответствие требованиям ГОСТ 8.326-78.
Течеискатели поверяют на специаль­ных пультах (ППТ). В различных ведом­ствах ΠΓΊΤ могут иметь различные схем­ные и конструктивные решения, но они, безусловно, должны быть исправны и ат­тестованы.
Периодичность поверки масс- спектрометрических, плазменных и элек­тронозахватных течеискателей - не реже одного раза в год, галогенных - не реже 2 раз в год.

Аттестацию и поверку течеискатель­ной аппаратуры и контрольных течей про­водит метрологическая служба предпри­ятия, персонал которой прошел обучение и аттестацию на право работы с течеиска­тельной аппаратурой.
Средства, применяемые при аттеста­ции и поверке, должны иметь действую­щее свидетельство или действующее клеймо ведомственной поверки.
При аттестации и поверке должны соблюдаться следующие условия:

  1.  температура окружающей среды 20 ± 10 °С;
  2.  относительная влажность воздуха 65 ± 15%;
  3.  атмосферное давление 100 ± 4 кПа (750 ± 30 мм рт.ст.);
  4.  напряжение питающей сети 220 ± ± 2,2 и 380 ± 3,8 В;
  5.  частота питающей сети 50 ± 0,5 Гц.

Перечень операций, выполняемых при аттестации и поверке гелиевых масс-спектрометрических течеискателей


Операция

Средство аттестации и поверки

Обязательность проведения операции

при
ремонте

при
эксплуатации

Внешний осмотр

-

Да

Да

Опробование

Поверка блока измерения ионного тока

Пульт поверки те­чеискателей (ППТ). Погрешность ± 3 %

Поверка блока питания камеры

ППТ

Определение предельного форвакуума

Нет

Определение предельного высокого вакуума

Да

Определение избирательности

Нет

Определение внутреннего фона при рабочем давлении

Определение рабочих флюктуаций

Определение чувствительности

Гелиевая течь «Гелит». Погрешность ±20%

Да

Перечень операций, выполняемых при аттестации и поверке галогенных течеискателей

Операция

Средство

Обязательность проведения операции

аттестации и поверки

при
ремонте

при
эксплуатации

Внешний осмотр

 

 

 

Опробование

 

 

 

Определение чувствительности элек­трической системы

Пульт поверки гало­генных течеискате­лей (ППГТ). Погреш­ность ± 3 %

Да

Да

Продолжение таблицы

Операция

Средство

Обязательность проведения операции

аттестации и поверки

при
ремонте

при
эксплуатации

Внешний осмотр

 

 

Да

Опробование

 

 

Проверка электрической прочности и сопротивления изоляции

Пульт проверки плазменных течеи­скателей (ПППТ)

 

Нет

Определение чувствительности

Контрольная смесь элегаза

 

 

Проверка инерционности

Контрольная смесь элегаза, секундомер

Да

Да

Проверка работы акустического инди­катора

-

 

 

Проверка работоспособности при из­менении напряжения электропитания

ПППТ, контрольная смесь эле­газа

 

Нет

Проверка продолжительности непре­рывной работы

Контрольная смесь элегаза

 

 

Результаты измерений, выполненных в процессе аттестации и поверки, заносят в протокол и журнал утвержденной фор­мы. На течеискатель, прошедший аттеста­цию с положительными результатами, оформляют свидетельство о метрологиче­ской аттестации, и на лицевой панели на­клеивают бирку с указанием срока оче­редной поверки по форме, установленной на предприятии.

В случае получения отрицательных результатов при проведении отдельных операций следует прекратить поверку. На такой течеискатель выдают извещение о непригодности его к применению.
Для решения вопроса о пригодности течеискателя к применению в соответст­вии с его назначением должны быть орга­низованы ремонт и дополнительные испы­тания.

Ниже приведен рекомендуемый по­рядок ведомственной метрологической аттестации и поверки масс-спектрометри­ческих течеискателей.

  1. Внешний осмотр. При внешнем осмотре устанавливают соответствие ком­плектности течеискателя требованиям технической документации. Течеискатели не должны иметь механических повреж­дений. Все ручки управления и переклю­чатели должны быть закреплены без пере­косов, действовать безотказно и обеспечи­вать надежность фиксации.
  2. Опробование. При опробовании течеискателя проверяют общую работо­способность, а также возможность выпол­нения операций сообразно с инструкцией по эксплуатации.
  3. Определение (контроль) метроло­гических характеристик.
  4. Поверка усилителя постоянного тока (УПТ).
  5. Для контроля установки опор­ных напряжений течеискателя необходи­мо: соединить соответствующие гнезда течеискателя с образцовым прибором ППТ; на образцовом приборе ППТ уста­новить задаваемый предел измерения.

Действительное значение напряже­ния определяют по образцовому прибору ППТ. Допустимая приведенная погреш­ность ± 1,5 %.

  1.  Определение дрейфа и ампли­туды флюктуаций нуля УПТ. После 2 ч работы течеискателя наблюдают за показа­ниями выходного прибора на шкале 0,1 В. Дрейф нуля не должен превышать ± 2 мВ (4 мВ - при одностороннем уходе) в тече­ние 20 мин. Амплитуда флюктуаций нуля УПТ не должна превышать ± 2 мВ.
  2.  Определение погрешности по­казывающего прибора. На ППТ переклю­чатель «Линейность УПТ» поставить по­следовательно в положения 30; 10; 3,0; 1,0; 0,3; 0,1 В. С помощью ППТ потен­циометрами «Регулировка напряжения на входе УПТ», «Грубо-плавно» устанавли­вают стрелку показывающего прибора течеискателя на конец шкалы каждого диапазона; действительное значение на­пряжения определяют по образцовому прибору ППТ. Допустимая приведенная погрешность ±2%.
  3.  Определение линейности УПТ. С помощью ППТ подают напряжение на блок УПТ и на образцовом приборе ППТ устанавливают задаваемый предел изме­рения. Пользуясь ручками потенциомет­ров «Грубо-плавно», на ППТ переводят последовательно стрелку поверяемого прибора на отметки шкалы течеискателя 3,0; 10; 20; 30 В. О действительном значе­нии напряжения судят по показаниям об­разцового прибора ППТ. Допустимая при­веденная погрешность ± 4 %.

Поверка блока питания камеры.

  1. Для определения погрешности измерения тока эмиссии необходимо:
  2.  на образцовом приборе ППТ уста­новить задаваемый предел измерения;
  3.  переключатель «Измерение» ППТ поставить в положение «Ток эмиссии»;
  4.  переключатель «Ток эмиссии» те­чеискателя перевести поочередно в каж­дое положение пределов измерения.

Действительное значение тока эмис­сии определяют по образцовому прибору ППТ. Допустимая приведенная погреш­ность ± 3 %.

Для определения погрешности измерения ускоряющего напряжения сле­дует:

  1.  на образцовом приборе ППТ уста­новить задаваемый предел измерения;
  2.  переключатель «Измерение» ППТ поставить в положение «Ускоряющее на­пряжение»;
  3.  переключатель «Измерение» течеи- скателя установить в положение «Уско­ряющее напряжение»;
  4.  с помощью потенциометра «Уско­ряющее напряжение» течеискателя прове­рить диапазон регулировки ускоряющего напряжения, указанный в паспорте течеи­скателя, и определить погрешность изме­рения ускоряющего напряжения.

Действительное значение ускоряю­щего напряжения определяют по образцо­вому прибору ППТ. Допустимая приве­денная погрешность ± 3 %. Аналогично выявляют погрешность измерения супрес­сорного напряжения.

Контроль предельного форва­куума. Контролируют давление по выход­ному прибору течеискателя, которое должно быть < 6,7 Па.

Контроль предельного высокого вакуума.

Для определения погрешности измерения тока магнитного манометра необходимо:

  1.  на образцовом приборе ППТ уста­новить задаваемый предел измерения;
  2.  переключатель «Измерение» ППТ поставить в положение «Ток магнитного манометра»;
  3.  тумблер или переключатель «Изме­рение» течеискателя перевести в положе­ние, соответствующее измерению магнит­ного манометра;
  4.  потенциометром «Ток магнитного манометра» течеискателя установить по­очередно стрелку поверяемого прибора на оцифрованные точки шкалы (значения магнитного манометра).

Действительные значения тока пове­ряемого прибора определяют по образцо­вому прибору ППТ. Допустимая приве­денная погрешность ± 3 %.

Определение воздушного пика гелия. Для этого необходимо:

  1.  включить катод ионного источника течеискателя согласно инструкции по экс­плуатации;
  2.  с помощью азотного натекателя ус­тановить на выходном приборе макси­мально допустимое рабочее давление;
  3.  потенциометром «Ускоряющее на­пряжение» настроить течеискатель на пик гелия.

Показания выходного прибора УПТ должны быть не менее установленного значения.

Определение избирательности течеискателя. Потенциометром «Уско­ряющее напряжение» течеискателя изме­няют ускоряющее напряжение на ± 10 % от значения, полученного при настройке на пик гелия, при этом показание выход­ного прибора УПТ должно измениться не менее чем на ± 10 % от значения воздуш­ного пика гелия.

Определение внутреннего фона течеискателя при рабочем давлении. Входной штуцер азотного натекателя со­единяют вакуумным шлангом с заливной горловиной азотной ловушки течеискате­ля. С помощью натекателя устанавливают максимально допустимое рабочее давле­ние течеискателя. Фон контролируют по выходному прибору течеискателя. Пока­зание выходного прибора УПТ должно быть < 50 % от установленного значения воздушного пика гелия.

Определение рабочих флюктуа­ций течеискателя. Для этого следует:

  1.  входной штуцер течеискателя со­единить вакуумным шлангом с заливной горловиной азотной ловушки течеискателя;
  2.  с помощью натекателя установить максимально допустимое рабочее давле­ние течеискателя;
  3.  тумблер «Компенсация» течеиска- теля поставить в положение «Вкл.»;
  4.  переключателем «Предел измере­ний» и ручкой потенциометра «Компенса­ция плавно» течеискателя выбрать шкалу, удобную для отсчета флюктуаций течеи­скателя, которая должна быть не более 5 % от воздушного пика гелия.

Определение порога чувстви­тельности течеискателя. Для этого необ­ходимо:

  1.  вывести течеискатель на режим со­гласно инструкции по эксплуатации;
  2.  порог чувствительности течеиска­теля определить по формуле

Порог чувствительности течеискате­ля должен быть не хуже указанного в пас­порте.
Аналогично с помощью пульта по­верки галогенных течеискателей (ППГТ) осуществляют ведомственную метрологи­ческую аттестацию и поверку галогенных течеискателей.

Ведомственную поверку плазменных течеискателей, отличающуюся от типовой, выполняют с применением следующих средств измерений (рис. 15.1):

  1.  генератора импульсов Г5-60;
  2.  ампервольтметра типа Ц-4311 кл. 0,5;
  3.  секундомера типа СОП пр-2а-3-221;
  4.  капиллярной течи типа ТК с пото­ком элегаза, фреона (1,3 ... 4)10-8 м3 · Па/с (100%).

Порядок поверки плазменных течеи­скателей

  1.  Внешний осмотр.
  2.  Опробование.
  3.  Определение (контроль) метроло­гических характеристик.
  4. Поверка делителя частоты. Для поверки делителя частоты необходимо:
  5.  установить на выходе генератора напряжение положительного импульса 5 В длительностью 2 мкс и частотой 1,8 ... 1,9 кГц;
  6.  поставить переключатель течеиска­теля «Ослабление» в положение “1 : 1”;
  7.  перевести потенциометр «Компен­сация» в крайнее правое положение;
  8.  ручкой настройки частоты генера­тора Г5-60 установить стрелку регистри­рующего прибора течеискателя на конец шкалы.

Действительное значение частоты 2 кГц определяют по стрелочному прибо­ру генератора. Приведенная погрешность ±2%.

Аналогично выявляют действитель­ное значение частоты генератора 8, 32, 128 кГц при соответствующих положени­ях переключателя «Ослабление» «1 : 4»; «1 : 16»; «1 : 64».

Контроль компенсации фоновых сигналов.

Для этого необходимо:

  1.  установить частоту генератора 8 кГц;
  2.  переключатель течеискателя «Ос­лабление» поставить в положение «1 : 4»;
  3.  перевести потенциометр «Компен­сация» в крайнее левое положение.

Контролируют отсутствие напряже­ния с помощью регистрирующего прибо­ра.

Поверка стабилизатора напряже­ния.

На ампервольтметре Ц-4311 устанав­ливают предел измерения постоянного напряжения 75 В и определяют действи­тельное значение напряжения 45 В. При­веденная погрешность ± 2 %.

  1.  Определение порога чувстви­тельности течеискателя. Для этого необходимо:
  2.  установить переключатель «Ослаб­ление» в положение «1 : 1»;
  3.  поднести щуп течеискателя к вы­ходному отверстию капиллярной течи с потоком элегаза или фреона. Контролируют показания регистрирующего прибора те­чеискателя; они должны быть > 50 мкА. Определение цены деления шка­лы регистрирующего прибора течеискате­ля. Для этого нужно:
  4.  поднести щуп течеискателя к вы­ходному отверстию капиллярной течи с потоком элегаза (фреона) QT и зафиксиро­вать значение показания течеискателя а в микроамперах;
  5.  повторить эту операцию 4...6 раз и определить среднее арифметическое значение отсчета течеискателя аср.

Цена деления шкалы регистрирую­щего прибора должна быть < 2,6 · КГ10 м3 · Па/(с · мкА). Контроль постоянной времени течеискателя. Подносят щуп течеискателя к выходному отверстию капиллярной течи с потоком элегаза или фреона; включают се­кундомер и отмечают время до момента отклонения стрелки регистрирующего прибора течеискателя. Постоянная време­ни не должна превышать 1 с.Контроль акустического индика­тора. Для этого следует:

  1.  установить переключатель «Ослаб­ление» в положение «1 : 1»;
  2.  вращая ручку «Компенсация», ус­тановить нулевое показание регистри­рующего прибора, затем показание, рав­ное 2 мкА.

Течеискатель считают выдержавшим контроль, если при нулевом показании стрелочного прибора сигнал звукового индикатора отсутствует, а при показании, равном одному делению, имеется сигнал звукового индикатора.

КАЛИБРОВАННЫЕ ТЕЧИ

В практике течеискания контролю герметичности подвергаются самые разно­образные изделия. При этом регистрируют­ся течи в весьма широком диапазоне вели­чин. По­этому устройства для градуировки методов и аппаратуры (калиброванные контрольные течи) должны воспроизводить потоки раз­личных пробных веществ в таком же диа­пазоне. Совершенно очевидно, что не мо­жет быть создана универсальная течь, спо­собная удовлетворить этому требованию. Разработаны и широко применяются на практике различные контрольные течи, различающиеся по назначению, принципу действия, стабильности воспроизводимого потока, габаритным размерам и т.п.

Калиброванные течи диффузионного типа.

Контрольные калиброванные течи диффузионного типа наиболее удобны в эксплуатации, они широко применяются в практике течеискания и обеспечивают количественную оценку степени герме­тичности изделий как при вакуумных, так и при атмосферных испытаниях. Принцип действия диффузионных течей основан на избирательной проницаемости пробного газа через мембрану, выполненную из со­ответствующего материала. Процесс диф­фузии считается наиболее стабильным, поэтому течи данного типа воспроизводят постоянные потоки пробного газа в тече­ние длительного времени.

Наиболее известны и широко распро­странены гелиевые диффузионные течи с мембраной из плавленого кварца или мо­либденового стекла. Отечественная про­мышленность выпускает течи «Гелит-1» с кварцевой мембраной, а также «Гелит-2» с мембраной из молибденового стекла. Поскольку проницаемость последнего существенно меньше проницаемости кварца, течи «Гелит-2» воссоздают меньшие потоки.

Конструктивно течь «Гелит» представляет собой металлический баллон с патрубком, служащим для при­соединения течи к испытуемой системе. Баллон течи изготовляется из нержавею­щей стали. В один из торцов баллона вва­рена чашка со впаянным капилляром, че­рез который осуществляются откачка бал­лона при изготовлении течей и заполнение его гелием. В другой торец вварена чашка с патрубком. На конец патрубка, входяще­го внутрь баллона, напаяна стеклянная молибденовая или кварцевая трубка, ко­нец которой раздут в тонкостенную мем­брану толщиной 0,1 ... 0,15 мм. Открытый конец патрубка служит выходом течи. Баллон течи заполняется гелием до давления (1,3 ... 9,3)104 Па.

Диапазон потоков, воспроизводимых контрольными течами типа «Гелит», огра­ничен со стороны малых величин сложно­стью их калибровки и снижением точно­стных характеристик. Со стороны боль­ших потоков диапазон ограничен сложно­стью изготовления тонкостенных мембран большой площади, невозможностью соз­дания высокого давления гелия в баллоне течи из-за хрупкости мембраны, а также существенным изменением величины по­тока во времени вследствие убыли газа из баллона течи. Так, при возрастании вели­чины течи в 10 раз ее изменение за год составит уже 20 %.

Известны попытки преодолеть труд­ности в создании диффузионных течей большой величины. В частности, предла­гают в конструкцию таких течей ввести прогреваемый проницаемый элемент. Этот элемент представляет собой набор кварце­вых трубок, впаянных в стеклянный бал­лон течи. Баллон течи, прогреваемый до 200 °С, вместе с подпитывающим резер­вуаром, содержащим гелий под большим давлением, размещается в термостате. Введение в конструкцию течи подпитывающего резервуара с гели­ем обеспечивает возможность сокращения расхода гелия за счет подачи его на про­ницаемый элемент только на время вос­произведения потока, что повышает ста­бильность потока во времени и сущест­венно увеличивает срок службы течи. Од­нако эксплуатация такой течи крайне не­удобна даже в лабораторных условиях.

В отечественной практике тоже при­менялись прогреваемые гелиевые течи. В конструкцию одной из них входил про­ницаемый элемент в виде раздутой до 0,1 мм кварцевой трубки с расположен­ным на ней нагревателем в виде спирали. Такая течь воспроизводила поток гелия вплоть до 10-6 м3 · Па/с при нагреве мем­браны до 150 °С.

Образцы больших гелиевых и водо­родных течей создавались на основе про­ницаемого элемента из полиэтилентерефталатной пленки. Большие потоки (вплоть до 6,5 · 10-7 м3 · Па/с), воспроизводимые течью с полиэтилентерефталатной плен­кой, могут быть получены без прогрева мембраны при толщине пленки 20 ... 60 мкм, рабочей поверхности 5 ... 20 см2 и давлении заполнения 1 атм.

Ограниченный запас гелия в больших течах, не снабженных подпитывающим резервуаром, не обеспечивает постоянства потока во времени, поэтому для оценки величины воспроизводимого потока в конструкцию течи можно рекомендовать вводить манометр для измерения давления заполнения в любой момент и снабжать течи градуировочными характеристиками, определяющими взаимосвязь давления газа в баллоне и величины создаваемого потока.

Таким образом, большие течи диф­фузионного типа различной конструкции с разными материалами проницаемого эле­мента создать можно, однако все они дос­таточно громоздки, сложны в изготовле­нии, дороги. Большинство из них неста­бильно во времени и имеет небольшой срок службы

Созданные контрольные диффузион­ные течи ТК лишены указанных недостат­ков. Эти течи достаточно компактны (габаритные размеры сравнимы с течами ти­па «Гелит»), относительно просты в изго­товлении, обладают широким диапазоном воспроизводимых потоков, стабильны во времени. Проницаемый элемент течей ТК выполнен из синтетического капилляра, через который помимо гелия могут диф­фундировать водород и аргон.

Течь ТК представляет собой запол­ненный пробным газом (или смесью газов) баллон с патрубком, в котором герметич­но укреплен петлеобразный проницаемый элемент из фторопластового капилляра. Открытые концы капилляра во избежание закупорки влагой и пылью воздуха обра­щены в баллон. Газ через открытые концы поступает в капиллярную петлю и диф­фундирует через стенки капилляра.

Выполнение проницаемого элемента в виде капиллярной петли позволяет упро­стить конструкцию и технологию изготов­ления калиброванной течи, повысить ее надежность в эксплуатации. Фторопласто­вые капилляры обладают высокой проч­ностью и при большой рабочей поверхно­сти способны выдерживать избыточное давление вплоть до 10+7 Па. При этом они устойчивы к изменению температуры (-60 ... +120 °С), к воздействию агрессив­ных сред и механических нагрузок. Вели­чина течи регулируется при изготовлении изменением длины петли и давления заполнения. Гелиевые потоки 10-12 ... КГ7 м3 · Па/с воспроизводятся на прони­цаемом элементе с капилляром КФ-100 при длине его петли 7 мм и давлении за­полнения КГ1 ... 106 Па, а потоки 10~6 м3 х х Па/с - при длине петли 70 мм и давле­нии заполнения 10+6 Па.

Стабильность во времени величин потоков, создаваемых течами ТК, обеспе­чивается стабильным процессом диффу­зии и запасом пробного газа, достаточно большим для того, чтобы убыль газа в те­чение срока службы была много меньше общего его содержания в баллоне. Напри­мер, в случае больших потоков пробного газа (10-7 м3 · Па/с) убыль его за год из баллона течи объемом 2,9 · КГ4 м3 не пре­вышает 1,5 % от исходного запаса.
Течи ТК заполняются не только чис­тыми газами: гелием, водородом, аргоном, но и их смесями.

Контрольные диффузионные течи

Входящие в комплектацию всех вы­пускающихся масс-спектрометрических течеискателей, длительное время приме­няли только для градуировки вакуумных испытаний. Попытка прямого применения течи «Гелит» в качестве устройства, ими­тирующего утечку гелия в атмосферу, для градуировки испытаний способом щупа не увенчалась успехом. При расположении щупа перед патрубком течи сигнал тече­искателя настолько мал, что он соизмерим с фоновым сигналом, обусловленным ге­лием, содержащимся в помещении. Это связано с тем, что на выходе течи образу­ется размытое поле концентрации гелия, с небольшого участка которого через щуп он отбирается в течеискатель.

Если градуировку течеискателя, ра­ботающего по способу щупа, проводить погружением наконечника щупа в глубину патрубка течи «Гелит», сигнал течеиска­теля оказывается достаточно большим. Однако количественные оценки в этом случае тоже невозможны из-за отсутствия однозначной зависимости между паспорт­ной величиной течи и сигналом течеиска­теля, меняющимся при изменении глуби­ны погружения наконечника щупа в патрубок течи.

Если на выходном патрубке течи «Гелит» разместить насадку, вакуумно­плотно перекрывающую патрубок и имеющую для выхода газа отверстие, диаметр которого значительно меньше диаметра всасывающего канала щупа, то можно получить точечный источник ге­лия. При соответствующем выборе разме-

ос, мВ

Рис. Зависимость сигнала течеискателя от глубины погружения наконечника щупа в патрубок течи «Гелит»

ров отверстия обеспечивается равенство потока гелия, вытекающего через отвер­стие насадки, паспортной величине течи.
В самом деле, в полости патрубка по­сле перекрытия его насадкой медленно повышается парциальное давление гелия - вплоть до наступления равновесия между потоком гелия через кварцевую мембрану и потоком через отверстие в насадке. При этом суммарное давление в патрубке оста­ется равным атмосферному.

Контрольные течи капиллярного, по­ристого и диафрагменного типов.

Капиллярные, пористые и диафрагменные течи широко применяются в практике течеискания. Их принцип действия основан на истечении пробных газов соответст­венно через канал капилляра, отверстие в диафрагме, каналы многочисленных пор.
Достоинством таких течей является их способность создавать потоки любых газов. Значения образуемых ими потоков зависят от ряда факторов: рода газа, по­ступающего на проводящий элемент; про­водимости этого элемента и перепада дав­лений на нем; режимов течения. Потоки регулируются изменением перепада дав­лений на концах проводящего элемента.

Капиллярные течи весьма разнооб­разны по конструкции и материалам ка­пилляров. Одна из разновидностей таких течей представляет собой металлический баллон диаметром 50 и длиной 250 мм с закрепленным в нем оттянутым стеклян­ным или металлическим капилляром. Внутренний диаметр капилляра 0,05 ... 0,15 мм. Баллон заполняется пробным га­зом через ниппель и заглушается резьбо­вой заглушкой с уплотнителем. Течи под­вергаются периодической рекалибровке в соответствии с установленным в докумен­тации межповерочным интервалом. Диа­пазон потоков, создаваемых капиллярны­ми течами, 10-9 ... 10-5 м3 · Па/с.

На рис. показан общий вид ка­пиллярной течи со стеклянным капилля­ром. Такая течь выпускается промышлен­но, ее межповерочный интервал 6 мес.

В практике течеискания применяются также обжимные капиллярные течи с ме­таллическим капилляром, размещаемым в металлическом баллоне с запорным кла­паном. Необходимый поток пробного газа получают механическим обжимом выход­ного конца капилляра.
Стабильность капиллярных течей от­носительно невелика. К нежелательному изменению проводимости капилляра и, следовательно, потока пробного газа мо­гут приводить: изменение перепада давле­ний на капилляре; изменение температуры окружающей среды; сорбция стенками капилляров атмосферной влаги; засорение пылью и т.п. Стеклянные капилляры, как показывает опыт, обладают более ста­бильной проводимостью, чем металличе­ские, которые помимо перечисленных выше недостатков подвержены коррозии.

Обжимные капиллярные течи с ме­таллическим капилляром при их эксплуа­тации, например в производстве холо­дильников, калибруют ежедневно. При полном или частичном перекрытии капил­ляра влагой его проводимость может быть восстановлена путем прогрева до темпера­туры 120 ... 140 °С.
Потоки диафрагменных течей тоже весьма существенно могут изменять свою величину вследствие изменения перепада давлений на диафрагме, изменения гео­метрических размеров отверстия под воз­действием температуры, перекрытия (час­тичного или полного) отверстия механи­ческими частицами и т.п. Как и для ка­пиллярных течей, диапазон потоков, соз­даваемых диафрагменными течами, огра­ничен со стороны малых значений. Это связано с технологическими трудно­стями изготовления капилляров и диа­фрагм малых размеров. Создавать диафрагменные течи малых потоков можно применением двух диафрагм и двух объемов, содержащих пробный газ, соединенных последовательно.

В пористых течах в качестве прони­цаемого элемента используют пористые мембраны из стекла, металла, керамики, фосфора и т.п., имеющие поры размером вплоть до 1 А. В связи с малыми разме­рами пор проводимость пористых мем­бран не зависит от перепада давлений на них, так как поток носит молекулярный характер. Она прямо пропорциональна площади мембраны и обратно пропорцио­нальна толщине, а также квадратному корню из молекулярной массы перете­кающего газа. Вероятность закупоривания пористых течей меньше, чем одиночных капилляров с эквивалентной проводимостью.

Переносных пористых течей в на­стоящее время нет. Сказанное выше отно­сится к мембранам, вмонтированным в элементы вакуумных систем и поэтому хорошо защищенным от засорения меха­ническими частицами и закупорки пор атмосферной влагой. При создании порис­тых переносных течей, снабженных соб­ственным баллоном с газом, необходимо предусматривать защиту мембраны от засорения.
Величина пористых течей имеет ог­раничения: со стороны малых потоков из-за технологических трудностей изготов­ления мембран проводимостью < 10-12 м3 · Па/с; со стороны больших потоков - вследствие тех же трудностей, что и для любых других типов течей, - необходимо­сти восполнения убыли пробного газа из баллона.

В практике течеискания применяются также механические регулируемые течи.

Принцип действия таких течей основан на истечении контрольного газа через ре­гулируемый зазор, образуемый парой сед­ло - игла.

Конструктивно течь представляет со­бой металлический корпус с коническим отверстием, являющимся седлом. Внутри корпуса расположен шток, способный пе­ремещаться вдоль его оси. Коническая часть штока выполнена в виде иглы. Пе­ремещая шток, можно изменять зазор ме­жду седлом и иглой и тем самым регули­ровать поток контрольного газа.


Рис. Регулируемая механическая течь:
1 - корпус; 2 - штифт; 3 - заглушка; 4 - уплотнение; 5 и 8 - гайки; б - пробка; 7 - пломба; 9 - шайба; 10 - втулка; 11- игла; 12 - колпачок

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ТЕЧЕЙ

Измерение потоков контрольного га­за через течи осуществляется метрологи­ческой службой предприятия.
При измерении потоков течей необ­ходимо соблюдать следующие условия:

  1.  течь надо установить в рабочем по­ложении согласно требованиям НТД;
  2.  температура окружающей среды должна быть 15 ... 35 °С с отклонением в процессе измерения не более чем на ± 1 °С;
  3.  относительная влажность окру­жающего воздуха не должна превышать 80 %;
  4.  атмосферное давление должно со­ставлять 97 ± 7 кПа (730 ± 50 мм рт.ст.);
  5.  давление контрольного газа не должно отклоняться от значений, указан­ных в паспорте на течь;
  6.  в качестве течей сравнения следует использовать контрольные течи, имеющие суммарную относительную погрешность потока не более ± 30 %;
  7.  температуры поверяемой течи и те­чи сравнения не должны отличаться более чем на ± 1 °С;
  8.  измеряемый поток и поток от течи сравнения не должны отличаться друг от друга более чем в 10 раз.

По окончании измерения потоков в паспорт на течь вносятся:

  1.  наименование контрольного газа и его давление;
  2.  значение потока контрольного газа;
  3.  температура, при которой измерял­ся поток;
  4.  дата проведения измерения потока;
  5.  метод (способ) измерения потока;
  6.  суммарная относительная погреш­ность измерения;
  7.  дата последующего измерения по­тока.

Срок периодического измерения по­токов течей устанавливается метрологиче­ской службой предприятия, и для течей регулируемых механических; капилляр­ных со стеклянным капилляром; капил­лярных с металлическим капилляром и диффузионных гелиевых он не должен превышать соответственно 8 ч; 6 мес; 3 мес; 3 лет.
Метод (способ) измерения потоков течей следует выбирать в зависимости от величины потока, требуемой точности измерения, свойств контрольного газа, назначения и особенностей эксплуатации отдельной течи.
Далее приведены описания методов измерения потоков течей, применяемых на практике. 

Калибровка течей пузырьковым ме­тодом.

При калибровке пузырьковым ме­тодом (способом аквариума) поток от течи определяют измерением при атмосферном давлении объема пузырька газа, образую­щегося в жидкости на выходе из канала контрольной течи за время τ.
Схема установки для измерения по­токов данным методом представлена на рис.
На выход канала течи устанавливают ванночку, в которую заливают дистилли­рованную воду для течей со стеклянным капилляром или ацетон для течей с метал­лическим капилляром. Уровень жидкости в ванночке должен быть на 3 ... 6 мм вы­ше торца выходного отверстия капилляра и не иметь выраженного мениска. Для наблюдения за образованием пу­зырьков газа используют микроскоп типа



Рис. Принципиальная схема установки для измерения потоков течей пузырьковым методом:
/ - ванночка; 2 - пузырек; 3 - осветитель;
4 - микроскоп; 5 - штатив; 6 - стол; 7 - течь

«Мир-2». При необходимости подключа­ют осветитель. Он должен быть достаточ­но удален от измеряемой течи с целью исключения нагрева жидкости и течи.

Перед началом измерения потока контрольного газа от течи определяют атмосферное давление посредством баро­метра-анероида метрологического типа БАММ-1. Поток газа от течи определяют 3 ... 4 раза и вычисляют среднее арифметиче­ское значение потока. Результаты калибровки заносят в паспорт КТ.
Погрешность измерения потока пу­зырьковым методом не более ± 30 %. Диа­пазон измеряемых потоков газа 1,3 · 10-8... 1,3 · 10-5 м3 · Па/с.

Калибровка течей способом повыше­ния давления.

При данном способе поток контрольного газа определяют измерени­ем изменения давления газа в предвари­тельно отвакуумированном объеме накоп­ления за определенный промежуток вре­мени.

Установка для измерения потоков со­стоит из объема накопления, калиброван­ной емкости, средств откачки, системы трубопроводов с клапанами. Принципи­альная схема установки приведена на рис.

Рис. Принципиальная схема установки для измерения потоков течей способом повышения давления:
1 - калиброванная емкость; 2, 7, 9, 10, 12 -  клапаны; 3 - ионизационный вакуумметр;
4 - тепловой вакуумметр; 5 - криогенная ловушка; 6 - деформационный вакуумметр; 8 - течь; 11- механический насос; 13 - паромасляный насос

Объем накопления представляет со­бой часть установки между клапанами 2, 7, 9, 14 и предназначен для измерения по­токов газа. Калиброванная емкость 1 слу­жит для количественной оценки объема накопления. Она также может использо­ваться в качестве дополнительного объема к объему накопления при определении больших потоков.

Объем накопления должен быть гер­метичным и иметь минимальное газоотделение. Для оценки герметичности вместо контрольной течи на штуцер устанавли­вают заглушку, вакуумный объем откачи­вают до давления < 6,7 Па (5 · 10~2 мм рт. ст.), от объема накопления перекрытием клапана 14 (клапаны 2 и 9 закрыты) отсо­единяют вакуумный насос, дают выдерж­ку в течение 5 мин и наблюдают по ваку­умметру 4 за изменением давления. Давление не должно увеличиваться. В про­тивном случае необходимо определить места негерметичности, устранить их и повторить операцию по оценке герметич­ности объема накопления.

Количественно объем накопления оценивают следующим образом:

  1.  предварительно отвакуумированные объем накопления и калиброванную емкость через клапан напуска 10 соеди­няют с атмосферой, при этом клапаны 7, 12 закрыты, клапаны 2 и 9 открыты;
  2.  барометром-анероидом определяют атмосферное давление;
  3.  откачивают объем накопления (клапан 2 перекрыт) до давления равного (2,5 ... 4,9)104 Па (0,25 ... 0,5 кгс/см2);

Значение объема накопления опреде­ляют 3 ... 4 раза и находят его среднее арифметическое значение. Объем накопления измеряют после каждой разборки вакуумной системы или замены вакуумметров.

Рис.. Принципиальная схема установки для измерения потоков течей способом сравнения с потоком газа:

1 - течеискатель типа ПТИ; 2, 4,5,7 - клапаны; 3 - поверяемая течь; 6 - течь сравнения; 8 - тепловой вакуумметр; 9 - механический насос течеискателя

Калибровка течей способом сравне­ния с потоком газа.

Измерение потока газа при данном способе осуществляют посредством сравнения показаний течеи­скателя от потока измеряемой течи и от заранее известного потока течи сравнения.
Поскольку способ сравнения с пото­ком газа является одним из способов масс-спектрометрического метода (способ щу­па, способ вакуумирования в вакуумной камере), он применяется для измерения потоков гелиевых, азотных, аргоновых и водородных течей, предназначенных для натекания в атмосферу или вакуум.

В качестве течей сравнения следует использовать течи с погрешностью изме­ренного потока не более ±30 %. Потоки измеряемой течи и течи сравнения не должны отличаться друг от друга более чем в 10 раз.

Величину потока от течи определяют в следующим порядке:

  1.  течеискатель подготавливают к ра­боте согласно инструкции по эксплуата­ции; открывают клапаны 4, 5, 7;
  2.  трубопровод и патрубки течей ме­ханическим насосом течеискателя 9 отка­чивают до давления 6,65 Па), закрывают клапан 7 и открывают входной клапан течеискателя 2;
  3.  после стабилизации давления в ка­мере масс-спектрометра закрывают клапа­ны течей 4 и 5, фиксируют установившее­ся показание течеискателя аф, соответст­вующее остаточному фону пробного газа;
  4.  открывают клапан 5 течи сравнения 6 и записывают установившееся показание течеискателя а0, отвечающее натеканию в систему потока пробного газа от течи сравнения и остаточному фону;
  5.  закрывают клапан 5 и определяют новое значение фона пробного газа в сис­теме аф;
  6.  открывают клапан 4 и фиксируют показание течеискателя ат, соответствую­щее натеканию в систему потока пробного газа от течи 3 и новому остаточному фону;

Поток измеряют 3 ... 4 раза и вычис­ляют его среднее арифметическое значе­ние. Результаты измерения вносят в пас­порт на течь.
Суммарная относительная погреш­ность измерения потока от течи способом сравнения с потоком газа для течей с на­теканием в вакуум ± 30 %, для течей с на­теканием в атмосферу ± 40 %.

Способом сравнения с известным по­током пробного газа измеряют потоки ге­лиевых течей типа «Гелит» (мер потока) при их серийном производстве на измери­теле контрольных гелиевых течей (ИГТК) II разряда.

Измеритель ИГТК является потокомером на базе масс-спектрометрического гелиевого течеискателя и состоит из четырех основных функциональ­ных узлов: масс-спектрометрического те­чеискателя ТИ1-15, вакуумного поста, устройства питания и управления, термо­статов.

В основе работы измерителя лежит способ сравнения неизвестного потока, создаваемого калибруемой течью, с из­вестным потоком, создаваемым калибро­ванной течью, - образцовой мерой потока. Характеристики образцовой меры потока определяются органами Госстандарта РФ и подтверждаются с определенным межповерочным интервалом.
Производительность ИГТК - 18 те­чей за рабочую смену.

Предельная относительная погреш­ность определения значения потоков отка­либрованных течей при доверительной вероятности 0,95:
- в динамическом режиме ± 15 %;
- в режиме накопления ±30%.

Вакуумный пост измерителя, соеди­ненный с течеискателем ТИ1-15 посредст­вом быстродействующего клапана с элек­тромагнитным приводом, состоит из ме­ханического и пароструйного насосов, системы ловушек для защиты от проник­новения масла в систему и системы элек­тромагнитных клапанов, коммутирующих отдельные узлы, а также подсоединяющих течи к системе в определенной последова­тельности.

Течи - девять калибруемых и одна образцовая мера потока известного значе­ния - устанавливаются в вакуумные гнез­да на столешнице измерителя. Для под­держания строго определенной темпера­туры течей при калибровке они размеща­ются в индивидуальных термостатах, обеспечивающих точность поддержания температуры ± 0,2 °С.
Измеритель ИГТК подвергается еже­годной аттестации органами Госстандарта.

Специалисты ООО ВАКТРОН выполняют работы в области метрологического обеспечения течеискателей и готовы проконсультировать Вас по вопросам поверки и калибровки оборудования контроля герметичности.

Дополнительная профессиональная образовательная программа «Основы течеискания и вакуумной техники» 20 – 22 марта 2018

ООО «ВАКТРОН» и Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова приглашают сотрудников предприятий принять участие в программе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники» 20 – 22 марта 2018 года. Лекторы курса:

  1. Школа течеискания в ПетербургеПреподаватели университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» — расчетные и исследовательские задачи
  2. Сотрудники компании ВАКТРОН — разработка систем течеискания и вакуумирования
  3. Представители завода «Измеритель» — сервис и запчасти для течеискателей ТИ
  4. Специалисты метрологической организации — поверка и калибровка в течеискании
  5. Представители аттестационного центра — аттестация персонала и лаборатории NDT
  6. Инженеры по сервису ULVAC, NOLEK и PedroGil — модернизация и обслуживание вакуумных насосов и аналитических систем

Базовые темы обучения:

  • Вакуумная техника и контроль герметичности в авиационной и космической отрасли
  • Герметичность объектов военного назначения
  • Выбор вакуумных насосов и течеискателей для металлургии, научных исследований и коммерческих задач
  • Ремонт вакуумных печей и напылительных установок
  • Автоматические линии контроля герметичности».

После прохождения итогового тестирования специалист получает методические материалы, видеозапись занятий и удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Занятия будут проходить в Санкт-Петербурге в аудиториях университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» с посещением сервисного участка ВАКТРОН. Для направления на обучение необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 740-66-02, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Скачать приглашение и программу курса (DOC)


8-812-740-66-02
8-812-989-04-49
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.