Течеискатели гелиевые – принцип работы, виды

Содержание:

1. Течеискатели – как работают
2. Виды течеискателей
3. Гелиевые и вакуумные течеискатели

Герметичность – наиважнейшее условие функционирования устройств и механизмов, применяемых в самых различных сферах деятельности человека: в промышленности и быту. Контроль за целостностью систем осуществляется с помощью течеискателей. Обнаружение утечек может базироваться на разных принципах, — так существуют акустические и ультразвуковые приборы, которые улавливают нарушение целостности систем при помощи звуковых волн. Однако наибольшее применение нашли газовоздушные масс-спектрометрические анализаторы.

Течеискатели – как работают

Тесты на герметичность могут быть произведены различными способами, например, с помощью намыливания поверхности и подачи давления в объем, для визуального обнаружения протечек по признаку образования пузырей; посредством фреоновых составов, которые локализуют дефектные места образованием адсорбированного фреона; также в системы могут пахучие смеси, как это делается в газовых службах, а могут использоваться профессиональное индикаторное оборудование.

Течеискатель газа является индикаторным устройством, который позволяет осуществлять поверки в режиме прямого и обратного потока вещества, оборудованным системой управления и графическим интерфейсом. Перед началом испытаний все приборы проходят калибровку при помощи контрольных течей.

Течеискатели – как работают

Течь – поток утечки вещества во внешнюю среду через дефектное покрытие, ограничивающее определенный объем. Контрольная течь – специальное устройство со строго выверенной утечкой вещества, по которой производится калибровка индикаторного устройства. Измеряется в Па*м³/с.

В качестве индикатора используется водород или гелий. В большинство приборов применяют гелий, так как он инертен, а также проще выявляется (наилучшее проникновение и летучесть), — к тому же он не оставляет осадка и не загрязняет вакуумные камеры, что высоко ценится во многих областях промышленности.

Для выявления протечек формируется разность давлений в исследуемом образце и окружающей его средой, как с помощью увеличения атмосферы, так и её разрежением, — гелий или другой вещество запускают в область повышенного давления.

При наличии микрощелей или других дефектов поверхности, ограничивающей объем, инертный элемент просачивается, где при помощи устройства детектируется, что и оповещается звуковым сигналом или находит отображение на цифровом дисплее.

Подавляющее большинство приборов работает на основе масс-спектрального анализа. Суть его заключается в том, что газовая смесь (гелий, водород) поступает в камеру устройства, где она структурируется и фильтруется по молекулярному весу, — анализатор состоит из магниторазрядного насоса (детектора) и кварцевого капилляра (фильтра). После чего очищенный гелий подается на электрометрический усилитель, где происходит конечный расчет плотности контрольного вещества и передача результата на дисплей прибора.

Виды течеискателей

В быту и производстве применяются различные виды газовых смесей – не все они безопасны. Поэтому контроль, будь то периодический и постоянный, производить необходимо. В зависимости от потребностей и назначения сконструированы различные модификации течеискателей, которые отличаются по некоторым параметрам. Условно делят на следующие виды течеискателей:

• Бытовые;
• Промышленные;
• Портативные.

Бытовые. Используются для обнаружения и локализации протечек газовых смесей. В чистом виде природный газ или его синтетические аналоги запахом не обладают, а потому в них добавляют пахучие вещества, чтобы контролировать появление утечек в трубопроводах внутри замкнутых помещений. Однако если это позволяет выявить общую негерметичность системы, то локализовать протечку не поможет, — для этого требуется специальный бытовой инструмент.

Виды течеискателей

К примеру, ФСТ-05КБ является переносным устройством в сфере коммунального хозяйства для обнаружения:

• Метана;
• Пропана;
• Угарного газа.

Промышленные. В отличие от других разновидностей эти приборы являются стационарными. Для них характерна многофункциональность, наличие сложной системы аналитики, сложность конструкции, — такие агрегаты состоят из форвакуумного и вакуумного насоса, работающих как на создание вакуума, так и давления; масс-спектрального анализатора; контрольной течи; оборудованы системой интерактивного управления; способны производить оценку протечек с различной чувствительностью. Существуют специализированные агрегаты, которые не только выявляют дефекты в герметизации объемов, но также могут распознавать многие виды газов, в том числе токсичные и взрывоопасные.

Промышленные ФСТ изготавливают в особо прочных корпусах, оборудованы многоканальными выводами для контрольных датчиков. Спектр газов, с которыми они работают:

• Аммиак;
• Кислород;
• Метан;
• Пары бензина и другие нефтепродукты;
• Пропан;
• Хлор.

Сфера применения промышленных аналитических индикаторов обширна, — нефтяной и химической областью не ограничивается.

Переносные (портативные). К данной разновидности можно отнести приборы как бытового, так и производственного назначения. Главной особенностью является малые габаритные размеры и небольшой вес устройств (300-500 грамм). Качество измерений находится на высочайшем уровне, хотя в сравнении со стационарными агрегатами они несколько уступают, — так для портативных версий оптимальная чувствительность является 10ˉ⁶-10⁻⁷ Па*м³/с, против 10⁻¹² Па*м³/с.

Сфера деятельности для таких приборов – труднодоступные места, а также локализация протечек в сложных конструкциях (оснащаются различными щупами).

Гелиевые и вакуумные течеискатели

Гелиевый течеискатель – анализатор, который в качестве тестового газа использует гелий. Это вызвано рядом причин:

• Малая молекулярная концентрация – на 1 млн. Единиц приходится 5 частей;
• Повышенное проникновение – гелий проскальзывает даже через микротрещины;
• Использование данного вещества дает высочайшую чувствительность исследованию поверхности, ограждающей объем: до 10⁻¹² па*м³/с;
• Повышенная подвижность и диффузия вещества – скорость измерительных действий составляет считанные секунды;
• Гелий не вступает в химическую реакцию с другими элементами;
• Безвреден, не оставляет налёта на поверхностях вакуумных камер;
• Масс-спектрометрический анализ с этим элементом дает высокоточные результаты.

Вакуумный течеискатель представляет собой высокоточный электромагнитный масс-спектрометр, декретирующий наличие гелия в воздушной среде. С помощью него регистрируют наличие течи как в заполненных газом объемах, так и в откаченных.

Гелиевые и вакуумные течеискатели

Принцип работы. Для анализа емкости на герметичность последняя присоединяется к масс-спектрометрической камере и помещается в специальный чехол с гелием или обдувается инертным газом. Разреженная среда в спектрометрическом отсеке фильтруется от посторонних примесей (делается это с помощью электромагнитного разрядного устройства и кварцевого капиллярного фильтра) и поступает в электрометрический усилитель, где создается отчет количественного содержания гелия в газовом потоке, исчисляемом за 1 секунду.

Основной элемент – камера масс-анализатора. В ней находится источник и приемник ионов. Камерная емкость помещена между постоянными магнитами, — источник состоит из системы вольфрамовых катодов, которые эмитируют электроны (ускоряют их), а магнитное поле фокусирует этот поток в пучок, направляемый на поступающую их гелиевую смесь и тем самым ионизирует её. Далее ионизированный гелий по круговой траектории поступает в супрессор и направляется в коллектор усилителя ионного тока, где возникает ионный ток. После этого последний усиливается электрометрическим усилителем, а полученные данные поступают в обработку и выводятся на дисплей агрегата. Методы определения течи:

1. Локализация. Для этого способа требуется создать давление газовой смесью с гелием в испытываемом изделии; После этого образец исследуют на наличие протечек с помощью щуповых индикаторов (в открытой среде); Скорость проверки составляет не более 10 см в минуту, — зависит от технических параметров испытуемого объекта;
2. Комплекс мер с индикаторным веществом (метод чехла);
Испытуемое изделие заполняется инертным газом и помещается в замкнутое пространство, откуда ведется откачка для анализа; Этот способ эффективен, поскольку не требует много времени для испытания образцов, однако в случае обнаружение протечки не дает возможности её локализовать; Этот способ позволяет осуществлять замеры с чувствительностью до 10⁻¹⁰ Па*м³/с, к примеру, портативные модели дают порог лишь до 10⁻⁷ Па*м³/с;
3. Комплекс мер с использованием вакуума;
Испытуемое изделие заполняют индикаторной смесью и помещают в барокамеру; После чего создается давление и производятся замеры; Это делается в случаях с особыми требованиями к герметичности объекта, — чувствительность повышается до 10⁻¹⁵ Па*м³/с;
4. Комплекс мер с вакуумом внутри изделий;
5. Исследуемый объект помещают в барокамеру, которую наполняют индикаторным газом; Изделие подключают к течеискателю и подвергают действию низкого вакуума, — посредством чего достигается разность давлений между внутренней ёмкостью изделия и окружающей её средой; При наличии дефектов в поверхности газ будет проникать в анализатор.

Бывают случаи, когда объект невозможно наполнить ни газом, ни подключить к индикаторному устройству, тогда его помещают в вакуумную камеру и «пропитывают» газом. После чего по остаточному ореолу (остаткам газа в трещинах и других поверхностных дефектов) локально его исследуют.

В заключении следует упомянуть о течеискателе вакуума — монометрических сигнализаторах. Для их использования не требуется наличие индикаторных составов, — нужна только воздушная среда. В изделии создается давление, а потом отслеживается его падение. Также проверка течи может проверяться разреженной средой, — начинают от 1200 Па (оптимальное значение 1 Па).

На монометрическом устройстве вводится пороговое значение предельного значения, в соответствии с которой осуществляется анализ. Испытание проходит около 30 секунд и характеризуется кривой постепенного снижения давления. Эти приборы оснащаются встроенными калибрующими манометрами. Минимальная течь составляет 10⁻⁴ Па*м³/с – чувствительность не самая высокая, но для многих отраслей промышленности этого хватает.