1.  Термины и принятые сокращения
   1.  Персональные данные (ПД) – любая информация, относящаяся к прямо или косвенно определенному или определяемому физическому лицу (субъекту ПД).
   2.  Обработка персональных данных – любое действие (операция) или совокупность действий (операций), совершаемых с использованием средств автоматизации или без использования таких средств с персональными данными, включая сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу (распространение, предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.
   3.  Автоматизированная обработка персональных данных – обработка персональных данных с помощью средств вычислительной техники.
   4.  Информационная система персональных данных (ИСПД) – совокупность содержащихся в базах данных персональных данных и обеспечивающих их обработку информационных технологий и технических средств.
   5.  Персональные данные, сделанные общедоступными субъектом персональных данных, – ПД, доступ неограниченного круга лиц к которым предоставлен субъектом персональных данных либо по его просьбе.
   6.  Блокирование персональных данных – временное прекращение обработки персональных данных (за исключением случаев, если обработка необходима для уточнения персональных данных).
   7.  Уничтожение персональных данных – действия, в результате которых становится невозможным восстановить содержание персональных данных в информационной системе персональных данных и (или) в результате которых уничтожаются материальные носители персональных данных.
   8.  Cookie – это часть данных, автоматически располагающаяся на жестком диске компьютера при каждом посещении веб-сайта. Таким образом, cookie – это уникальный идентификатор браузера для веб-сайта. Cookie дают возможность хранить информацию на сервере и помогают легче ориентироваться в веб-пространстве, а также позволяют осуществлять анализ сайта и оценку результатов. Большинство веб-браузеров разрешают использование cookie, однако можно изменить настройки для отказа от работы с cookie или отслеживания пути их рассылки. При этом некоторые ресурсы могут работать некорректно, если работа cookie в браузере будет запрещена.
   9.  Веб-отметки. На определенных веб-страницах или электронных письмах Оператор может использовать распространенную в Интернете технологию «веб-отметки» (также известную как «тэги» или «точная GIF-технология»). Веб-отметки помогают анализировать эффективность веб-сайтов, например, с помощью измерения числа посетителей сайта или количества «кликов», сделанных на ключевых позициях страницы сайта.
   10.  Оператор – организация, самостоятельно или совместно с другими лицами организующая и (или) осуществляющая обработку персональных данных, а также определяющая цели обработки персональных данных, состав персональных данных, подлежащих обработке, действия (операции), совершаемые с персональными данными.
   11.  Пользователь – пользователь сети Интернет.
   12.  Сайт - сайт с доменами http://www.techeiscatel.ru https://www.vactron.ru https://www.vactron.org, принадлежащий ООО «ВАКТРОН»
2.  Общие положения
   1.  Настоящая Политика в отношении обработки персональных данных (далее – Политика) составлена в соответствии с пунктом 2 статьи 18.1 Федерального закона «О персональных данных» №152-ФЗ от 27 июля 2006 г., а также иными нормативно-правовыми актами Российской Федерации в области защиты и обработки персональных данных и действует в отношении всех персональных данных, которые Оператор может получить от Пользователя во время использования им в сети Интернет Сайта.
   2.  Оператор обеспечивает защиту обрабатываемых персональных данных от несанкционированного доступа и разглашения, неправомерного использования или утраты в соответствии с требованиями Федерального закона от 27 июля 2006 г. №152-ФЗ «О персональных данных».
   3.  Оператор имеет право вносить изменения в настоящую Политику. При внесении изменений в заголовке Политики указывается дата последнего обновления редакции. Новая редакция Политики вступает в силу с момента ее размещения на сайте, если иное не предусмотрено новой редакцией Политики.
   4.  Оператор обязан опубликовать или иным образом обеспечить неограниченный доступ к настоящей Политике обработки персональных данных в соответствии с ч. 2 ст. 18.1. ФЗ-152.
3.  Принципы обработки персональных данных
   1.  Обработка персональных данных у Оператора осуществляется на основе следующих принципов:
   2.  законности и справедливой основы;
   3.  ограничения обработки персональных данных достижением конкретных, заранее определенных и законных целей;
   4.  недопущения обработки персональных данных, несовместимой с целями сбора персональных данных;
   5.  недопущения объединения баз данных, содержащих персональные данные, обработка которых осуществляется в целях, несовместимых между собой;
   6.  обработки только тех персональных данных, которые отвечают целям их обработки;
   7.  соответствия содержания и объема обрабатываемых персональных данных заявленным целям обработки;
   8.  недопущения обработки персональных данных, избыточных по отношению к заявленным целям их обработки;
   9.  обеспечения точности, достаточности и актуальности персональных данных по отношению к целям обработки персональных данных;
   10.  уничтожения либо обезличивания персональных данных по достижении целей их обработки или в случае утраты необходимости в достижении этих целей, при невозможности устранения Оператором допущенных нарушений персональных данных, если иное не предусмотрено федеральным законом.
4.  Обработка персональных данных
   1.  Получение ПД.
      1.  Все ПД следует получать от самого субъекта ПД. Если ПД субъекта можно получить только у третьей стороны, то субъект должен быть уведомлен об этом или от него должно быть получено согласие.
      2.  Оператор должен сообщить субъекту ПД о целях, предполагаемых источниках и способах получения ПД, характере подлежащих получению ПД, перечне действий с ПД, сроке, в течение которого действует согласие, и порядке его отзыва, а также о последствиях отказа субъекта ПД дать письменное согласие на их получение.
      3.  Документы, содержащие ПД, создаются путем получения ПД по сети Интернет от субъекта ПД во время использования им Сайта.
   2.  Оператор производит обработку ПД при наличии хотя бы одного из следующих условий:
      1.  Обработка персональных данных осуществляется с согласия субъекта персональных данных на обработку его персональных данных;
      2.  Обработка персональных данных необходима для достижения целей, предусмотренных международным договором Российской Федерации или законом, для осуществления и выполнения возложенных законодательством Российской Федерации на оператора функций, полномочий и обязанностей;
      3.  Обработка персональных данных необходима для осуществления правосудия, исполнения судебного акта, акта другого органа или должностного лица, подлежащих исполнению в соответствии с законодательством Российской Федерации об исполнительном производстве;
      4.  Обработка персональных данных необходима для исполнения договора, стороной которого либо выгодоприобретателем или поручителем по которому является субъект персональных данных, а также для заключения договора по инициативе субъекта персональных данных или договора, по которому субъект персональных данных будет являться выгодоприобретателем или поручителем;
      5.  Обработка персональных данных необходима для осуществления прав и законных интересов оператора или третьих лиц либо для достижения общественно значимых целей при условии, что при этом не нарушаются права и свободы субъекта персональных данных;
      6.  Осуществляется обработка персональных данных, доступ неограниченного круга лиц к которым предоставлен субъектом персональных данных либо по его просьбе (далее - общедоступные персональные данные);
      7.  Осуществляется обработка персональных данных, подлежащих опубликованию или обязательному раскрытию в соответствии с федеральным законом.
   3.  Оператор может обрабатывать ПД в следующих целях:
      1.  повышения осведомленности субъекта ПД о продуктах и услугах Оператора;
      2.  заключения с субъектом ПД договоров и их исполнения;
      3.  информирования субъекта ПД о новостях и предложениях Оператора;
      4.  идентификации субъекта ПД на Сайте;
      5.  обеспечение соблюдения законов и иных нормативных правовых актов в области персональных данных.
   4.  Категории субъектов персональных данных. Обрабатываются ПД следующих субъектов ПД:
      1.  Физические лица, состоящие с Оператором в гражданско-правовых отношениях;
      2.  Физические лица, являющиеся Пользователями Сайта;
   5.  ПД, обрабатываемые Оператором:
      1.  данные, полученные от Пользователей Сайта.
   6.  Обработка персональных данных ведется:
      1.  – с использованием средств автоматизации;
      2.  – без использования средств автоматизации.
   7.  Хранение ПД.
      1.  ПД субъектов могут быть получены, проходить дальнейшую обработку и передаваться на хранение как на бумажных носителях, так и в электронном виде.
      2.  ПД, зафиксированные на бумажных носителях, хранятся в запираемых шкафах либо в запираемых помещениях с ограниченным правом доступа.
      3.  ПД субъектов, обрабатываемые с использованием средств автоматизации в разных целях, хранятся в разных папках.
      4.  Не допускается хранение и размещение документов, содержащих ПД, в открытых электронных каталогах (файлообменниках) в ИСПД.
      5.  Хранение ПД в форме, позволяющей определить субъекта ПД, осуществляется не дольше, чем этого требуют цели их обработки, и они подлежат уничтожению по достижении целей обработки или в случае утраты необходимости в их достижении.
   8.  Уничтожение ПД.
      1.  Уничтожение документов (носителей), содержащих ПД, производится путем сожжения, дробления (измельчения), химического разложения, превращения в бесформенную массу или порошок. Для уничтожения бумажных документов допускается применение шредера.
      2.  ПД на электронных носителях уничтожаются путем стирания или форматирования носителя.
      3.  Факт уничтожения ПД подтверждается документально актом об уничтожении носителей.
   9.  Передача ПД.
      1.  Оператор передает ПД третьим лицам в следующих случаях:
         – субъект выразил свое согласие на такие действия;
         – передача предусмотрена российским или иным применимым законодательством в рамках установленной законодательством процедуры.
5.  Защита персональных данных
   1.  В соответствии с требованиями нормативных документов Оператором создана система защиты персональных данных (СЗПД), состоящая из подсистем правовой, организационной и технической защиты.
   2.  Подсистема правовой защиты представляет собой комплекс правовых, организационно-распорядительных и нормативных документов, обеспечивающих создание, функционирование и совершенствование СЗПД.
   3.  Подсистема организационной защиты включает в себя организацию структуры управления СЗПД, разрешительной системы, защиты информации при работе с сотрудниками, партнерами и сторонними лицами.
   4.  Подсистема технической защиты включает в себя комплекс технических, программных, программно-аппаратных средств, обеспечивающих защиту ПД.
   5.  Основными мерами защиты ПД, используемыми Оператором, являются:
      1.  Назначение лица, ответственного за обработку ПД, которое осуществляет организацию обработки ПД, обучение и инструктаж, внутренний контроль за соблюдением учреждением и его работниками требований к защите ПД.
      2.  Определение актуальных угроз безопасности ПД при их обработке в ИСПД и разработка мер и мероприятий по защите ПД.
      3.  Разработка политики в отношении обработки персональных данных.
      4.  Установление правил доступа к ПД, обрабатываемым в ИСПД, а также обеспечение регистрации и учета всех действий, совершаемых с ПД в ИСПД.
      5.  Установление индивидуальных паролей доступа сотрудников в информационную систему в соответствии с их производственными обязанностями.
      6.  Применение средств защиты информации, прошедших в установленном порядке процедуру оценки соответствия.
      7.  Сертифицированное антивирусное программное обеспечение с регулярно обновляемыми базами.
      8.  Соблюдение условий, обеспечивающих сохранность ПД и исключающих несанкционированный к ним доступ.
      9.  Обнаружение фактов несанкционированного доступа к персональным данным и принятие мер.
      10.  Восстановление ПД, модифицированных или уничтоженных вследствие несанкционированного доступа к ним.
      11.  Обучение работников Оператора, непосредственно осуществляющих обработку персональных данных, положениям законодательства РФ о персональных данных, в том числе требованиям к защите персональных данных, документам, определяющим политику Оператора в отношении обработки персональных данных, локальным актам по вопросам обработки персональных данных.
      12.  Осуществление внутреннего контроля и аудита.
6.  Основные права субъекта ПД и обязанности Оператора
   1.  Основные права субъекта ПД.
   Субъект имеет право на доступ к его персональным данным и следующим сведениям:
   1.  подтверждение факта обработки ПД Оператором;
   2.  правовые основания и цели обработки ПД;
   3.  цели и применяемые Оператором способы обработки ПД;
   4.  наименование и местонахождения Оператора, сведения о лицах (за исключением работников Оператора), которые имеют доступ к ПД или которым могут быть раскрыты ПД на основании договора с Оператором или на основании федерального закона;
   5.  сроки обработки персональных данных, в том числе сроки их хранения;
   6.  порядок осуществления субъектом ПД прав, предусмотренных настоящим Федеральным законом;
   7.  наименование или фамилия, имя, отчество и адрес лица, осуществляющего обработку ПД по поручению Оператора, если обработка поручена или будет поручена такому лицу;
   8.  обращение к Оператору и направление ему запросов;
   9.  обжалование действий или бездействия Оператора.
   1.  Пользователь Сайта может в любое время отозвать свое согласие на обработку ПД, направив электронное сообщение по адресу электронной почты: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., либо направив письменное уведомление по адресу: Российская Федерация, 198411, Санкт-Петербург, г. Ломоносов, улица Мира, дом 1. После получения такого сообщения обработка ПД Пользователя будет прекращена, а его ПД будут удалены, за исключением случаев, когда обработка может быть продолжена в соответствии с законодательством.
   2.  Обязанности Оператора.
   Оператор обязан:
   1.  при сборе ПД предоставить информацию об обработке ПД;
   2.  в случаях если ПД были получены не от субъекта ПД, уведомить субъекта;
   3.  при отказе субъекта в предоставлении ПД субъекту разъясняются последствия такого отказа;
   4.  опубликовать или иным образом обеспечить неограниченный доступ к документу, определяющему его политику в отношении обработки ПД, к сведениям о реализуемых требованиях к защите ПД;
   5.  принимать необходимые правовые, организационные и технические меры или обеспечивать их принятие для защиты ПД от неправомерного или случайного доступа к ним, уничтожения, изменения, блокирования, копирования, предоставления, распространения ПД, а также от иных неправомерных действий в отношении ПД;
   6.  давать ответы на запросы и обращения субъектов ПД, их представителей и уполномоченного органа по защите прав субъектов ПД.
7.  Особенности обработки и защиты данных, собираемых с использованием сети Интернет
   1.  Существуют два основных способа, с помощью которых Оператор получает данные с помощью сети Интернет:
      1.  Предоставление ПД субъектами ПД путем заполнения форм Сайта;
      2.  Автоматически собираемая информация.
      Оператор может собирать и обрабатывать сведения, не являющимися ПД:
      3.  информацию об интересах Пользователей на Сайте на основе введенных поисковых запросов пользователей Сайта о реализуемых и предлагаемых к продаже услуг, товаров с целью предоставления актуальной информации Пользователям при использовании Сайта, а также обобщения и анализа информации, о том какие разделы Сайта, услуги, товары пользуются наибольшим спросом у Пользователей Сайта;
      4.  обработка и хранение поисковых запросов Пользователей Сайта с целью обобщения и создания статистики об использовании разделов Сайта.
   2.  Оператор автоматически получает некоторые виды информации, получаемой в процессе взаимодействия Пользователей с Сайтом, переписки по электронной почте и т. п. Речь идет о технологиях и сервисах, таких как сookie, Веб-отметки, а также приложения и инструменты Пользователя.
   3.  При этом Веб-отметки, сookie и другие мониторинговые технологии не дают возможность автоматически получать ПД. Если Пользователь Сайта по своему усмотрению предоставляет свои ПД, например, при заполнении формы обратной связи, то только тогда запускаются процессы автоматического сбора подробной информации для удобства пользования Сайтом и/или для совершенствования взаимодействия с Пользователями.
8.  Заключительные положения
1.  Настоящая Политика является локальным нормативным актом Оператора.
2.  Настоящая Политика является общедоступной. Общедоступность настоящей Политики обеспечивается публикацией на Сайте Оператора.
3.  Настоящая Политика может быть пересмотрена в любом из следующих случаев:
   1.  при изменении законодательства Российской Федерации в области обработки и защиты персональных данных;
   2.  в случаях получения предписаний от компетентных государственных органов на устранение несоответствий, затрагивающих область действия Политики
   3.  по решению Оператора;
   4.  при изменении целей и сроков обработки ПД;
   5.  при изменении организационной структуры, структуры информационных и/или телекоммуникационных систем (или введении новых);
   6.  при применении новых технологий обработки и защиты ПД (в т. ч. передачи, хранения);
   7.  при появлении необходимости в изменении процесса обработки ПД, связанной с деятельностью Оператора.
4.  В случае неисполнения положений настоящей Политики Компания и ее работники несут ответственность в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.
5.  Контроль исполнения требований настоящей Политики осуществляется лицами, ответственными за организацию обработки Данных Компании, а также за безопасность персональных данных.

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА курса повышения квалификации «Устройство и эксплуатация вакуумных приборов»

1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

В различных областях науки и техники для производства но­вых материалов, приборов и проведения научных исследований применяются технологические процессы, осуществляемые при отсутствии окружающего нас атмосферного воздуха. В некоторых случаях вакуум оказывается наилучшей средой для проведения технологических процессов, в других — более благоприятна спе­циальная газовая атмосфера, часто также сильно разреженная, создаваемая в откачиваемом объекте после предварительной откачки до высокого вакуума.

Вакуумные технологические процессы нашли применение в са­мых разнообразных областях науки и техники. В медицине вакуум необходим для получения витаминов, антибиотиков; в ка­честве лечебной среды — в декомпрессионных установках. Пи­щевая промышленность использует вакуум для сушки и консер­вирования продуктов, опреснения морской воды и производства сахара.

В легкой промышленности металлизация пластмасс, бумаги, тканей, бытовых и оптических зеркал производится в вакууме. Вакуумная кристаллизация, пропитка, сушка в химической про­мышленности позволяют снизить себестоимость и увеличить вы­пуск синтетических материалов, красителей и удобрений.

В металлургии плавка или переплав под вакуумом освобождает металлы от растворенных газов, благодаря чему они приобретают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден, изготав­ливаются вакуумной порошковой металлургией.

Электронная промышленность широко использует вакуум для изготовления электровакуумных и полупроводниковых приборов. Легирование чистых материалов в вакууме точно дозированными присадками, например при помощи ионных пучков, открывает новые возможности в получении полупроводниковых структур, сверхпроводников и сверхдиэлектриков.

Научные исследования в области фундаментальных наук широко используют вакуум. Основной аппарат современной ядерной физики — ускоритель заряженных частиц — немыслим без вакуума. Поддержание почти космического вакуума требуется в установках для изучения управляемых термоядерных реак­ций. Имитация космического пространства в условиях земной атмосферы необходима для испытаний искусственных спутников, ракет, исследования процессов схватывания и трения между различными материалами.

Все разнообразные технологические процессы, осуществляе­мые в вакууме, требуют для их выполнения специального техно­логического оборудования — вакуумных машин и установок.

Наиболее высокий уровень конструкторских разработок с точки зрения механизации и автоматизации выполняемых процессов достигнут в вакуумных машинах, наиболее характерными при­мерами которых являются автоматы откачки для изготовления электровакуумных и вакуумно-полупроводниковых приборов, карусельные машины для напыления тонких пленок, лентопротяж­ные машины для нанесения проводящих покрытий на диэлектри­ческие конденсаторные пленки, бироторные машины для изго­товления пленочных резисторов, автоматы для проверки на гер­метичность, автоматические линии сборки и герметизации реле, автоматизированные печи отжига и плавки материалов.

Вакуумные установки, отличающиеся от машин меньшей степенью механизации и автоматизации основных и вспомогатель­ных операций машинного технологического процесса, часто используются для научных исследований, отработки сложного технологического процесса или мелкосерийного производства.

При выборе откачных средств наибольшую трудность пред­ставляет определение суммарного газовыделения обрабатывае­мых материалов и деталей вакуумной системы. Элементы вакуумных машин и установок далее описываются в основ­ном с точки зрения расчета их основных конструктивных харак­теристик. Подробно рассмотрен метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) для расчета проводимостей и защитного действия сложных элементов вакуумных систем: ловушек, затво­ров, клапанов и т. д. Аналогичный подход применен и при опи­сании конструкций герметичных фланцевых соединений.

Во всем мире продолжается интенсивное развитие промышленности, которое связано не только с увеличением объемов производства и ассортимента выпускаемой продукции, но и с растущими требованиями к ее качеству. Обеспечение высокого качества продукции неразрывно, но с повышением уровня контроля, контроль герметичности герметизируемой продукции (течеискание) в соответствии с ГОСТ 18353-79 прочно входит тему неразрушающего контроля качества.

Значимость обеспечения высокого качества изделий по параметру «герметичность» и достоверного контроля герметичности трудно переоценить. В век ракетно-космической техники, атомной  энергетики и микроэлектроники наука и техника решают задачи обеспечения герметичности самых разнообразных объектов. Надежной герметизации подлежат системы самолетов, ракет, подводных и надводных  кораблей, имитаторы космического пространства, термоядерные установки, хранилища газа и нефтепродуктов, те с тем герметизируются малогабаритные изделия массового производства, выпускаемые химической, электронной, ой, автомобильной и многими другими отраслями промышленности.

В вакуумируемых изделиях герметичность осуществляется для получения и сохранения необходимого вакуума, в газонаполненных - для обеспечения заданных давления и концентрации рабочих веществ в полости изделия или для предупреждения проникновения в нее вредных веществ. В системах жизнеобеспечения объектов, находящихся в космосе, герме­тизация осуществляется во избежание утечек различных рабочих сред, а также атмосферного воздуха.

Негерметичность таких изделий мо­жет привести не только к нарушению ус­ловий их эксплуатации, но и к преждевре­менному прекращению функционирова­ния изделия и связанному с этим значи­тельному материальному ущербу, а также тяжелым последствиям: взрывоопасной ситуации, возникновению пожара, отрав­лению окружающей среды и трагической гибели людей. По этой причине испыта­ниям на герметичность (течеисканию) во всех отраслях народного хозяйства прида­ется особое значение.

Большое разнообразие выпускаемых промышленностью герметизируемых объ­ектов, различающихся по конструкции и применяемым материалам и рабочим сре­дам, по сроку службы и хранения, массо­вости выпуска, условиям эксплуатации и другим параметрам, требует развития раз­личных методов и аппаратуры контроля герметичности, отличающихся назначени­ем, физической сущностью, чувствитель­ностью, быстродействием и т.п. В этой связи в промышленности разработан ком­плекс методов и способов испытаний, удовлетворяющий требования разработ­чиков к степени герметичности различных деталей, сборочных единиц и изделий в целом.

Для технически обоснованной фор­мулировки требований к герметичности проектируемых изделий и правильного выбора метода и аппаратуры контроля разработчики герметизированных изделий должны иметь четкое представление о существующих методах и аппаратуре кон­троля герметичности.

Рациональные методы контроля и применяемая аппаратура могут быть оп­ределены исходя из требований к степени герметичности того или иного объекта, необходимой производительности, надеж­ности контроля, экономической рента­бельности, безопасности, условий контро­ля и т.п.

На этапе разработки технологии из­готовления герметизируемых изделий следует правильно определить те этапы технологического процесса производства, на которых возможно и целесообразно контролировать герметичность отдельных деталей, сборочных узлов и изделий в сборе, а также разработать необходимую оснастку.

Непосредственно перед испытаниями на герметичность операторы и руководи­тели испытательных участков должны строго следовать требованиям технологи­ческих инструкций, четко знать последо­вательность, режимы и параметры технологии контроля герметичности, понимать, чем вызваны требования к той или иной операции подготовки изделий к контролю герметичности и непосредственно контро­ля герметичности.

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА повышения квалификации «Устройство и эксплуатация вакуумных приборов»

Раздел 2. Термины и определения вакуумной техники и течеискания.
Вакуум. Степени вакуума. Герметичность. Течь. Единицы измерения.
Режимы течения газов.

Единицы измерения давления

Общее давление смеси химически не взаимодействующих газов равняется сумме парциальных давлений компонентов смеси/ Расчет по уравнению возможен только при выполнении гипотез молекулярно-кинетической теории о равно­вероятном движении молекул газа и упругом отражении молекул от поверхности твердого тела. При очень низких давлениях эти условия могут не соблюдаться. Примером может служить адсорбирующая поверхность, на которой происходит поглощение газа, а, следовательно, не выполняется условие упругого удара молекул! Условие равновероятности движения молекул газа по всем на­правлениям также не соблюдается для тела, вылетевшего в кос­мическое пространство. В этом случае вследствие газовыделения молекулы газа будут двигаться преимущественно от поверхности твердого тела. Для описания физических и химических процессов протекающих на поверхности твердых тел, и точного расчета величины давления газа необходимо  знать соотношение между падающими и отраженными молекулами.

Наиболее распространенной единицей измерения давления в вакуумной технике является миллиметр ртутного столба. Под давлением 1 мм рт. ст. понимается давление, которое создает вес столба ртути высотой 1 мм при условии, что плотность ртути равна 13 595,1 кг/м3 (при I = 0° С), а земное ускорение соответ­ствует нормальному 9,80665 м/с2 (на широте 45°): 1 мм рт. ст.= 10-3 · 13 595,1 кг/м3·9,80665 м/с2 =133,32239 Н/м2.

Международная конференция по мерам и весам в Париже присвоила этой единице давления наименование торр.
Система единиц СИ (ГОСТ 9867—61) предусматривает для измерения давления единицу паскаль (ньютон на квадратный метр): 1 Па = 1 Н/м2 = 0,0075 торр. Давление часто измеряют в физических или технических атмосферах: физическая атмосфера 1 атм = 760 торр, техническая атмосфера 1 ат = 735,56 торр.
Если в откачиваемом сосуде существует хаотическое движение молекул, то вместо давления можно измерять молекулярную концентрацию газа.

Логарифмическая единица давления обозначается рА. Одно из возможных определений этой единицы рА = —1g р, где р -давление, выраженное в физических атмосферах. Согласно опре­делению, lрА = 76 торр, 2рА =7,6 торр и т. д. Нулевое значе­ние рА соответствует давлению 760 торр.
Для расчета вакуумных систем и правильной их эксплуатации большое значение имеют физические свойства, состав газов и паров, присутствующих в вакуумной системе.
Воздух — это основная газовая смесь, с которой чаще всего приходится иметь дело в вакуумной технике. Результаты метро­логического определения состава воздушной атмосферы Земли приведены в табл. 1.1.  

Таблица  1.1. Состав воздуха

Понятие течи, потока течи и основные формулы

Течеискание относится к виду не­разрушающего контроля качества изделий проникающими веществами (ГОСТ 18353-79). Техника течеискания - это область техники, выявляющая нарушения герметичности, связанные с наличием те­чей (ГОСТ 26790-85). Рассмотрим и про­комментируем некоторые принципиаль­ные термины, приведенные в этом госу­дарственном стандарте.

Герметичность - свойства изделия или его элементов, исключающее проник­новение через них газообразных и (или) жидких веществ. Абсолютная герметич­ность изделий недостижима и неконтро­лируема. Применяемые в технике мате­риалы имеют те или иные дефекты. По­этому герметичными принято считать из­делия и конструкции, элементы которых содержат дефекты, не влияющие на со­хранение технических характеристик гер­метизированного изделия в течение всего срока службы.
Следовательно, норма герметичности - установленный нормативно-техни­ческой документацией наибольший сум­марный расход вещества через течи гер­метизированного изделия, обеспечиваю­щий его работоспособное состояние и учитывающий назначение, конструкцию, срок службы, условия эксплуатации гер­метизированного объекта. По норме гер­метичности устанавливают методы и средства контроля с учетом чувствитель­ности, надежности, производительности.

Степень герметичности изделия - характеристика герметизированного изде­лия, определяемая суммарным расходом вещества через его течи. Следовательно, чтобы повысить степень герметичности изделия, необходим более строгий выбор материалов при его разработке (с малой проницаемостью, высокой прочностью, хорошей свариваемостью и т.п.), а техно­логия изготовления должна быть на высо­ком, соответствующем поставленной за­даче уровне.
Сквозные микродефекты в технике течеискания называют течами.

Течь - ка­нал или пористый участок изделия либо его элементов, нарушающий их герметич­ность.
Определение геометрических разме­ров течей - весьма трудная и, как правило, неразрешимая задача, поскольку течь - это канал совершенно неопределенной формы. Поэтому в технике течеискания о наличии течей судят по количеству газа или жидкости, протекающему через них в единицу времени.

Количество газа qопределяется как произведение давления газа р на занимае­мый им объем V:
Изменение количества газа при по­стоянстве занимаемого им объема опреде­ляется как

dg = Vdр                                  (2.1)

Если это изменение происходит во времени t, то

Q=dq/dt=V(dp/dt)                  (2.2)

где Q - поток газа.

При постоянном изменении давления ∆p во времени ∆t поток газа

Q=V∆p/∆t                                (2.3)

Поток газа в Международной системе единиц измерения СИ задается в м3 • Па/с или в ваттах (Вт). Однозначность этих единиц вытекает из следующих преобразо­ваний: поскольку Па = Н/м2, то м3 • Па/с =  Дж/с = Вт.
Физический смысл того, что поток измеряется в единицах мощности, состоит в том, что произведение давления на объ­ем - энергия, запасенная в газе, а измене­ние энергии во времени - мощность.
В отечественной и зарубежной лите­ратуре и практике используются различ­ные внесистемные единицы измерения газовых потоков. В табл. 2.1 даются пере­счетные коэффициенты из одних единиц в другие.
В зависимости от направленности потока газа в технике течеискания разли­чают понятия «натекание» и «утечка».

Натекание - проникновение вещест­ва через течи внутрь герметизированного изделия под действием перепада полного или парциального давления.
Утечка - проникновение вещества из герметизированного изделия через течи под действием перепада полного или пар­циального давления.
Натекание и утечка оцениваются по­током газа и имеют его размерность.

В технике течеискания в зависимости от назначения объекта, его конструкции, этапа технологического процесса и условий его проведения различают контроль герме­тичности и испытание на герметичность.
Контроль герметичности – технический контроль с целью установления соответствия изделия норме герметичности.
Испытания на герметичность - испытания на предмет оценки характера герметичности изделия как результат воздействия на него при его функционировании или моделировании воздействий на него.
В процессе испытаний изделий герметичность используют пробные, индикаторные и балластные вещества.
Пробное вещество - вещество, проникновение которого через течь обнаруживается при течеискании.

Индикаторное вещество - вещество, в результате взаимодействия которого с пробным веществом формируется сигнал о наличии течи.
Балластное вещество – вещество, используемое для повышения полного давления с целью увеличения расхода пробного вещества через течь.
В качестве пробных веществ используются, как правило, газы с малой молекулярной массой, с низким их содержанием в атмосферном воздухе, с низкой сорбционной способностью нетоксичные, по­жаробезопасные.

Таблица 2.1. Коэффициенты для пересчета потоков газа, выраженных в различных единицах

В табл. 2.2 приведены сведения о некоторых используемых пробных веществах.
В ряде случаев роль пробного веще­ства выполняет рабочее вещество, запол­няющее герметизированный объект при эксплуатации или хранении, например фреон в холодильных агрегатах. Рабочее вещество в сочетании с пробным иногда может усилить эффект индикации. В дру­гих случаях технические условия на изде­лия не допускают контакта рабочего ве­щества с пробным, и тогда процесс испы­таний таких изделий усложняется.

Контрольная среда - среда, содер­жащая установленное количество пробно­го вещества. Она, как правило, представ­ляет собой смесь пробного вещества с балластным или рабочим.
Рабочее вещество - вещество, за­полняющее герметизированное изделие при эксплуатации или хранении.

При контроле герметичности изделий и объектов применяются различные аппарату­ра и оборудование. Основным прибором для аппаратурных методов течеискания является течеискатель - прибор или устройство для обнаружения течей. В настоящее время применяются различные течеискатели, от­личающиеся областью распространения, принципом действия, габаритными разме­рами, чувствительностью.
Чувствительность течеискателя - отношение изменения сигнала течеискате­ля к вызывающему его изменению расхода пробного вещества через течи.
Порог чувствительности течеиска­теля - наименьший расход пробного веще­ства или наименьшее изменение давления, регистрируемое течеискателем.

Таблица 2.2. Газы, используемые как пробные вещества

Соответствующие определения име­ют место для чувствительности и порога чувствительности течеискания как про­цесса обнаружения течей в целом.
Для определения чувствительности течеискателя и оценки регистрируемых течей или суммарной негерметичности изделий применяются калиброванные те­чи.
Калиброванная течь - устройство, воспроизводящее определенный расход вещества через течь.

Типы дефектов в герметизируемых изделиях

Нарушения герметичности изделий и объектов связаны с наличием сквозных дефектов в отдельных узлах или местах их сочленения. Дефекты могут образовы­ваться как в процессе производства конст­рукционных материалов, так и при изго­товлении отдельных деталей и изделия в целом (сборке), а также при его эксплуа­тации.

Дефекты изделий и объектов, яв­ляющиеся причиной утечки или натекания газовых или жидких сред (течи), могут быть разделены на четыре группы:

1. дефекты, возникшие в процессе первичного производства сырья, материа­лов, металлов и т.д.;
2. дефекты, внесенные при обработке материалов и изделий;
3. дефекты разъемных соединений;
4. эксплуатационные дефекты.

К дефектам первой группы относятся дефекты, возникающие на металлурги­ческой стадии заготовительного произ­водства. Включение шлака, газовые пузы­ри, усадочные раковины, поры, расслое­ния, трещины, которые образуются в про­цессе обработки заготовок, и другие не­сплошности могут быть сквозными дефек­тами. Характерным дефектом такого рода являются продольные микроканалы в про­кате, образованные раскаткой газовых пузырей заготовок. Детали, полученные из таких материалов различными методами механической обработки (точение, фрезерование и т.д.), как правило, негерметичны.
Металлургические дефекты заготовок являются причиной негерметичности из­делий «по сплошному материалу». При современном состоянии технологии металлургических процессов и неразрушающего контроля заготовок такая негер­метичность - явление довольно редкое.

Наиболее распространенная причине негерметичности изделий - сквозные дефекты в соединениях при обработке мате­риалов (вторая группа), в основном сборке деталей и сборочных единиц с помощью сварки и пайки.
Дефекты сварного шва имеют метал­лургическую природу: пористость, оксид­ные плены, газовые включения, рекристаллизацию основного металла в зоне термического воздействия, трещины, вы­званные термическими напряжениями Вероятная зона их появления ограничена собственно сварным швом с прилегающи­ми участками сплошного материала, под­вергающимися нагреву до 750 ... 800 К для алюминиевых сплавов и до 1000 ... 2000 К для сталей.
При этом возникающие течи могут быть самых различных величин и форм.

Особое место в ряду дефектов свар­ного шва занимают дефекты в многослой­ных силовых 1 и герметизирующих 4 швах (рис. 2.2), в которых возможно обра­зование внутренних течей 5 и сквозных 3 с промежуточным объемом 2. Внутренние течи являются источником длительного поступления воздуха в вакуумную систему, что препятствует получению необходимого вакуума.

Рис. 2.3.
Сварной шов с холодной трещиной в зоне стыкового соединения

Причинами возникновения дефектов сварки являются неправильный состав сварочных материалов (электродов, флю­сов), неверная подготовка к сварке (выбор расстояния между заготовками), наруше­ние режимов сварки и т.п.
Основная причина возникновения дефекта пайки - непропай, который вы­зывается недостаточно тщательной очист­кой припаиваемых поверхностей.
Относящиеся также ко второй группе дефекты деформационного воздействия на материал чаще всего возникают в про­цессе штамповки различных деталей. Об­разующиеся при этом течи вызываются рядом причин:
- по вине рабочего;
- несоответствием исходного мате­риала техническим требованием по физи­ко-механическим свойствам;
- некачественными изготовлением и ремонтом штампов;
- отступлением от технологии.

Основными  дефектами штамповки являются разностенность, трещины, обры­вы, складки, царапины, поры и др. Трещи­ны и разрывы появляются из-за чрезмер­ной твердости металла крупнозернистой структуры и по другим причинам, а в ряде случаев - вследствие завышенной или не­достаточной силы прижима заготовки.

Царапины и задиры (иногда со сквозными трещинами и порами) на поверхности штампованных изделий возникают из-за дефектов на рабо­чих поверхностях инструмента, неправиль­ной отладки инструмента и т.д. Сквозные дефекты в процессе штамповки заготовок появляются при утонении металла заготов­ки, которое является следствием непра­вильного   выполнения   технологического процесса изготовления изделия, например несовершенства обжига, несовпадения осей пуансона и матрицы и некоторых других причин. На рис. 2.4 приведены схемы неко­торых штампованных изделий и места об­разования различных дефектов.
Одним из видов герметизированной продукции являются всевозможные ваку­умные аппараты и установки, в процессе эксплуатации которых необходим высо­кий вакуум.

Для современных вакуумных устано­вок основными конструктивными мате­риалами служат металлы, которые долж­ны обладать:
1) вакуумной плотностью (герметич­ностью);
2) низким газоотделением при повы­шенных температурах;
3) коррозионной и химической стой­костью;
4) способностью давать надежные вакуумно-плотные соединения при пайке и сварке.

Рис. 2.4. Схемы штампованных изделий и возможные места образования сквозных дефектов

Первым двум из этих требований удовлетворяют металлы, выплавленные в вакууме. Они содержат по сравнению с обычными металлами весьма незначи­тельные количества газов и отличаются повышенной вакуумной плотностью. Ва­куумная плотность металлов определяется их микроструктурой и наличием различ­ных дефектов (волосовин, шлаковых вклю­чений, трещин и т.п.). Металлы с крупно­зернистой структурой в большинстве слу­чаев не обладают вакуумной плотностью, так как пространство между крупными зернами может быть незамкнутым.

Типичным примером металлов с крупнозернистой структурой может слу­жить чугунное и цветное литье. Такие ме­таллы из-за своей пористости в качестве конструкционных материалов, как прави­ло, в технике высокого вакуума не приме­няются. Однако при сравнительно невы­соком вакууме возможно применение ли­тья, но при этом его необходимо подвер­гать дополнительному уплотнению (горя­чее лужение оловом, специальный вид покрытия из вакуумно-плотных пластмасс типа полиэтилена, фторопласта и др.).

Переработка крупнозернистого литья при помощи многократной горячей про­катки или ковки приводит к образованию более мелкой и более плотной газонепро­ницаемой структуры металла. Подавляю­щее большинство прокатанных металлов обладает вакуумной плотностью даже при небольшой их толщине. К таким металлам можно отнести листовой и сортовой про­кат нержавеющей стали, большую часть проката малоуглеродистой конструкцион­ной стали, прокат из меди, латуни, многих сортов бронзы, алюминия и его сплавов, никеля, монель-металла, серебра и др. К ним же относятся цельнокатаные, цельно­тянутые и бесшовные трубы.

Сквозные дефекты разъемных со­единений (третья группа) вызваны, как правило, нарушениями технологии изго­товления и сборки деталей, образующих сопрягаемые элементы соединений. При­чиной негерметичности могут быть от­клонения от заданной геометрической формы деталей, дефекты прокладок, ино­родные предметы на уплотнительных по­верхностях, неправильная затяжка сило­вых элементов соединения, релаксация напряжений и т.д.
Потеря герметичности разъемных со­единений может быть связана с недостат­ками в конструкции изделия. К ним отно­сятся низкая жесткость силовых элемен­тов соединения и неправильный выбор материалов сопрягаемых элементов (на­пример, без учета термических напряже­ний при изменении температуры эксплуа­тации или испытаний).

Эксплуатационные сквозные де­фекты (четвертая группа) могут возни­кать вследствие механических поврежде­ний, атмосферной коррозии или коррозии под действием агрессивных сред, износа уплотняющих материалов и трущихся частей, воздействия внутренних и концен­трированных напряжений под действием механических или термических нагрузок (дефекты усталостного типа).
Так, например, исследование реакто­ров для получения этилового спирта мето­дом прямой гидратации этилена водяным паром показали, что за 6 ... 15 лет экс­плуатации реакторов их внутренняя по­верхность, несмотря на футеровку, покры­лась окислами железа и солями фосфор­ной кислоты. Обнаружены большие очаги коррозии, глубина которых достигала 3 ... 10 мм. На отдельных участках внутренней поверхности реактора обнаружены тре­щины протяженностью до 100 мм, а также групповое скопление пор. При таком со­стоянии поверхности естественно появле­ние сквозных дефектов.

Помимо приведенных причин обра­зования дефектов нарушение герметично­сти изделий и объектов может происхо­дить вследствие проницаемости материа­лов, из которых изготовляются эти изде­лия. Проницаемость - это свойство мате­риала пропускать через себя различные газообразные или жидкие вещества за счет их растворения и диффузии в нем.

При этом разные газы по-разному проникают в различные материалы. На­пример, проницаемость сталей для водо­рода возрастает с ростом содержания в них углерода. Только серебро пропускает кислород. Коэффициент проницаемости веществ с кристаллической структурой (металлы) существенно ниже, чем веществ с неупорядоченной структурой (стекла, резины и т.п.). Например, проницаемость стекол оказывается тем больше, чем больше в их составе содержание стеклообразующих веществ типа 8Ю2. По-видимому, в неупорядоченной структуре больше «дыр», через которые могут про­никнуть частицы газа, в то время как через малые зазоры кристаллической решетки они пройти не в состоянии. Это предпо­ложение подтверждается изменением проницаемости в зависимости от размера молекул газа.

В табл. 2.3 приведены значения диа­метров молекул некоторых газов. Дейст­вительно, стекла обладают наибольшей проницаемостью для гелия. Однако диаметр - не единственный определяющий фактор. Атом неона меньше, чем молекула водорода, но проницаемость стекла по неону примерно в 5 раз меньше. Это, по-видимому, объясняется тем, что наряду с процессом диффузии внутри твердого тела проницаемость определяется растворимо­стью и такими поверхностными эффекта­ми, как адсорбция, диссоциация, рекомби­нация и десорбция.

Через течи газ обычно проникает го­раздо быстрее, чем через основной мате­риал. Поэтому в производственном кон­троле изделий невозможно одновременно обнаружить оба вида нарушения герме­тичности. Задачей техники течеискания является только обнаружение течей, по­скольку проницаемость как свойство ма­териала должна исключаться правильным его выбором при конструировании изде­лия. Применению новых материалов, про­ницаемость которых неизвестна, должны предшествовать специальные исследова­ния для ее определения.

Таблица 2.3. Значения диаметров молекул некоторых газов

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

Назначение контроля герметичности определяется необходимостью обеспече­ния надежного функционирования герме­тизированных объектов по параметру «герметичность» в течение заданных сро­ков эксплуатации.

Значение проблемы обеспечения вы­сокого качества герметизации и достовер­ности контроля герметичности трудно переоценить. В век ракетной и космиче­ской техники, атомной энергетики и мик­роэлектроники наука и техника решают задачи высококачественной герметизации объектов, существенно различающихся по конструкции, габаритным размерам, мас­совости выпуска и другим параметрам. Надежной герметизации подлежат систе­мы самолетов, ракет, подводных и над­водных судов, ускорители, имитаторы космического пространства, термоядерные установки; вместе с тем герметизирую малогабаритные изделия массового производства, выпускаемые химической, электронной, пищевой, автомобильной и другими отраслями промышленности.

Предприятия более 25 отраслей промышленности выпускают продукцию, к герметичности которой предъявляются определенные требования. При этом трудоемкость производственного контроля герметичности во многих отраслях промышленности весьма значительна и состав 15 ... 25 % от общей трудоемкости изготовления изделий. Особенно это относит производствам, где необходим 100 %-ный контроль герметичности. Поэтому видна актуальность задачи создания перспективных методов и аппаратуры контроля герметичности как одного из видов неразрушающего контроля.

Большое разнообразие разрабатываемых и выпускаемых герметизируемых изделий и объектов требует развития личных методов и аппаратуры контроля герметичности, отличающихся по чувствительности, быстродействию, возможности автоматизации и т.п. Так, например, требования к герметичности ускорителей имитаторов космического пространства, установок сверхвысокого вакуума весьма высокие. Требования к герметичности отдельных видов электровакуумных приборов в связи с их небольшими объемами и длительными сроками эксплуатации хранения настолько высоки, что обычное применение самой чувствительной аппаратуры не обеспечивает удовлетворения заданных требований. Поэтому необходимы разработки специальных методов контроля. В то же время в массовом производстве герметизированных изделий, требования к герметичности которые столь высоки, должна быть решена другая проблема - обеспечения высокой производительности автоматизированного контроля. Вместе с тем, для всех видов герметизированных изделий и объектов не исключается необходимость разработок и совершенствования методов и приборов для точного установления местонахождения течей, поскольку это требуется для отлаживания технологии герметизации и анализа брака.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И СПОСОБОВ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

Контроль герметичности (тече­искание) в соответствии с ГОСТ 18353-79 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов» относится к виду неразрушающего контроля, основанному на обнаружении пробного вещества, проникающего через течь.
Методы течеискания предназначены для  оценки степени негерметичности объекта контроля и его основных частей, а также для локализации течей как в основ­ном материале, так и в соединениях раз­личного типа (сварных, паяных, разъем­ных и т.п.).
Их применяют при изготовлении, эксплуатации и ремонте герметизирован­ных объектов.
ГОСТ 24054-80 «Изделия машино­строения и приборостроения. Методы ис­пытания на герметичность. Общие требо­вания» устанавливает классификацию ме­тодов течеискания по первичному инфор­мативному параметру, способу получения первичной информации и способу реали­зации методов. По первичному информа­тивному параметру методы течеискания подразделяют на газовые и жидкостные, т.е. первичным признаком классификации является агрегатное состояние контроль­ного (пробного) вещества, проникающего через течь (газ или жидкость) (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Классификация методов течеискания по первичному информативному параметру

Вторичный признак классификации - способ получения первичной информации при обнаружении пробного вещества, проникающего через течь, т.е. принципи­альная основа метода течеискания.
Ниже даны наименования методов по способу получения первичной информа­ции и принципиальные основы методов:

• -  масс-спектрометрический метод - регистрация проникшего через течи проб­ного газа путем разделения ионов различ­ных газов по отношению их массы к заря­ду в электрическом и магнитном полях;
• -  галогенный метод - регистрация проникшего через течи пробного газа по увеличению эмиссии положительных ио­нов с накаленной металлической (плати­новой) поверхности при попадании на нее галогеносодержащих веществ;
• -  электронозахватный метод - реги­страция проникшего через течи электро­отрицательного пробного газа по измене­нию   электропроводимости   разрядного промежутка детектора;
• -  плазменный метод - регистрация проникшего через течи электроотрица­тельного пробного газа по изменению час­тоты срывов колебаний высокочастотного генератора;
• -  пузырьковый метод - регистрация пузырьков  пробного газа,  проникшего через течи, в жидкости или индикаторном покрытии;
• -  манометрический метод - регист­рация изменения давления, обусловленно­го утечкой пробного газа через течи;
• -  вакуумметрический метод - реги­страция изменения давления, обусловлен­ного натеканием пробного газа или проб­ной жидкости через течи;
• -  химический метод - регистрация проникшего через течи пробного газа или жидкости по эффекту цветных химиче­ских реакций с индикаторным покрытием;
• -  инфракрасный метод - регистрация проникшего через течи пробного газа путем избирательного поглощения инфракрасного излучения пробным газом;
• -  катарометрический метод - регист­рация проникшего через течи пробного газа за счет отличия его теплопроводности от теплопроводности воздуха;
• -  радиоактивный метод - регистра­ция проникшего через течи радиоактивно­го пробного газа или жидкости по интен­сивности его излучения;
• -  искровой метод - регистрация мест течи по изменению цвета свечения без­электродного высокочастотного разряда;
• -  акустический метод - регистрация акустических волн, возбуждаемых при ис­течении газов через течи;
• -  фотоионизационный метод - реги­страция  паров   органических  пробных сред, проникших через течи, путем иони­зации молекул пробной среды под воздей­ствием ультрафиолетового излучения;
• -  метод полупроводниковых твердо­тельных сенсоров - регистрация проник­шего через течи пробного вещества по изменению одной из характеристик (про­водимости, порогового напряжения и т.п.) полупроводника, легированного различ­ными соединениями;
• -  люминесцентный метод - регист­рация контраста люминесцирующего сле­да,   образуемого   пробным   веществом (жидкостью) в месте течи на фоне поверх­ности контролируемого объекта при ульт­рафиолетовом облучении поверхности;
• -  яркостный (ахроматический) ме­тод - регистрация контраста ахроматиче­ского следа, образуемого в местах течей контрольной средой (пробной жидкостью) на фоне поверхности контролируемого объекта в видимом свете;
• -  цветной (хроматический) метод - регистрация  проникающей  через  течи контрольной среды (пробной жидкости) по изменению цвета индикаторного по­крытия за счет его растворения.

Наименования способов реализации наиболее широко применяемых в произ­водстве методов течеискания, их порого­вая чувствительность, а также используе­мые пробные вещества приведены в табл 2.4. Методы и способы течеискания будут рассмотрены ниже. Здесь лишь отметим, что все известные методы течеискания можно разбить на три большие группы.

Таблица 2.4. Классификация методов течеискания

1.  Компрессионные безаппаратурные методы, которые предусматривают запол­нение под избыточным давлением испы­туемых объектов газом или жидкостью, истечение которых регистрируется при испытаниях. При этом, как правило, про­водится качественная оценка негерметич­ности (падение давления, пузырьки газа в жидкости, количество течей) и только для отдельных методов применяются косвен­ные, приблизительные методы количест­венной оценки герметичности.
Методы этой группы имеют низ­кую чувствительность: порядка 10-2 ... 10-5 м3•Па/с, но при этом, как правило, не требуют сложного технологического ос­нащения и оборудования, отличаются простотой выполнения при незначитель­ной затрате труда.

2.  Газоаналитические методы, кото­рые предусматривают заполнение объек­тов пробным веществом (гелий, фреон, криптон и т.п.) и отбор проб в местах кон­троля; вакуумирование испытуемого объ­екта с обдувом контролируемой поверхно­сти пробным веществом; помещение ис­пытуемого объекта в испытательную ка­меру с созданием внутри его избыточного давления или вакуума с последующим отбором проб соответственно из камеры или объекта.

Эта группа методов, как правило, по­зволяет проводить количественную оцен­ку герметичности посредством специаль­ных устройств - газоанализаторов (течеискателей). Методы газоаналитической группы обладают высокой чувствительно­стью, но, при этом, требуют применения сложного технологического оснащения и значитель­ных затрат труда.

3. Физико-химические методы, в основе которых лежит сочетание компрес­сионных методов с использованием хими­чески активных пробных сред. При этом объекты заполняются химически актив­ными пробными средами либо рабочими (технологическими средами) и осуществ­ляется оценка герметичности посредством специальных индикаторных средств (пен­ный индикатор, дисперсная масса, инди­каторные ленты и т.д.).  Чувствительность этой группы методов порядка 10-6 ... 10-7 м3•Па/с. Данные методы наряду с довольно высокой чувствительностью обладают возможностью в ряде случаев количественной оценки и не требуют сложного технологического оснащения и больших затрат труда.

Раздел 3. Средства получения вакуума. Вакуумные насосы. Характеристика насосов, устройство. Принцип работы. Типы, область применения.

3.1. ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОТКАЧКИ. ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ. ЛОВУШКИ

Вакуумная техника охватывает очень широкий диапазон давлений - от атмо­сферного (10⁵ Па) до ~10^-11 Па. На диа­грамме (рис. 3.1) показаны области давле­ний, в которых наиболее рационально применяются насосы различных типов, поскольку насосом одного типа получить нужный вакуум невозможно. Пунктиром указаны давления, достигаемые при со­блюдении специальных условий.
Выбор насоса дня откачки объектов различного объема должен проводиться с учетом его быстроты действия.

Время откачки объекта от давления р₁ до давления р₂ определяется формулой

t = 2.3(V/Sэ)lg(p₁/p₂)              (2.4)

где V - объем откачиваемого объекта; S_Э - эффективная скорость откачки объема.
Время уменьшения давления в 2,7 раза

t₀=V/ S_Э                                 (2.5)

Это время называется постоянной времени процесса откачки. При давлениях < 10 Па время откачки объекта значитель­но превосходит рассчитанное и определя­ется газоотделением. Время откачки объ­екта от атмосферного давления до 100 Па с учетом снижения быстроты откачки при снижении давления приближенно опреде­ляется по формуле

t=8(V/ S_Н)                            (2.6)

где S_Н - быстрота действия насоса.

Основные параметры вакуумных на­сосов следующие.
Начальным давлением насоса на­зывается такое давление, с которого он начинает нормально работать.
Из приведенной диаграммы видно, что только механические вращательные насосы начинают работать с атмосферного давления, большинство же насосов имеет начальное давление значительно ниже атмосферного, и для обеспечения их рабо­ты требуется насос предварительного раз­режения.

Наибольшим выпускным давлени­ем называется такое давление у выпускно­го отверстия насоса, при повышении ко­торого насос прекращает нормальную ра­боту вследствие прорыва газа с выпускной стороны.

Наибольшим давлением запуска на­зывается такое давление у впускного от­верстия насоса, при котором насос может начать работу.

Предельным давлением (предель­ным вакуумом) называется впускное дав­ление насоса, достигаемое после доста­точно длительной откачки вакуумной сис­темы, не имеющей ни натеканий, ни газо­выделений.

Быстротой действия насоса при данном впускном давлении называется объем газа, поступающий в работающий насос в единицу времени.

Быстрота действия насоса SН опреде­ляется формулой S_Н=Q/p, где Q - количество газа, удаляемого насо­сом в единицу времени; р - давление газа во впускном патрубке насоса.

Быстрота действия насоса измеряется объемом, отнесенным ко времени (л/с, м3/с).

Быстротой откачки объекта назы­вается объем газа, поступающий в едини­цу времени из объекта в вакуумпровод при данном давлении в откачиваемом объ­екте.

Механические вращательные масля­ные насосы

В вакуумной технике и, в ча­стности, в технике течеискания широко применяются вращательные насосы с мас­ляным уплотнением трех типов: пластин­чато-роторные, пластинчато-статорные и золотниковые.

На рис. 3.2 показана схема работы пластинчато-роторного насоса. Ротор 1, эксцентрично расположенный в полости статора 2, при вращении вокруг своей оси прилегает к его внутренней поверхности, по которой скользят две подпружиненные посредством пружины 4 лопатки 3. При вращении ротора объем I, ограниченный лопаткой, увеличивается и газ из откачи­ваемого сосуда засасывается в него через впускной патрубок 5. Далее объем займет положение II, а затем III. Дальнейшее движение ротора приводит к уменьшению объема III и сжатию находящегося в нем газа. Под давлением сжатого газа  открывается клапан 6 и газ выбрасывается в атмосферу.

На рис. 3.3 показана схема работы пластинчато-статорного насоса, в статоре которого расположена одна уплотнительная пластина, скользящая по поверхности: эксцентрично расположенного вращающегося ротора. Засасывание газа через впускной патрубок, его сжатие и выброс через выпускной клапан происходят  как в пластинчато-роторном насосе.

1 - вал двигателя; 2 - ротор; 3 – прорезь в корпусе статора; 4 - пластина; 5 и 6 - впускной и выпускной патрубки соответственно; 7 - рычаг; 8 – пружина

Рис. 3.4. Схема работы золотникового насоса

В золотниковом насосе, схема работы которого показана на рис 3.4, использует­ся тот же принцип, но вместо пластин применяется золотниковое устройство, посредством которого осуществляются всасывание и выброс откачиваемого газа. Цилиндрическая обойма 2, надетая на экс­центрично расположенный ротор 1, катит­ся, скользя по стенке камеры, а закреплен­ный на ней патрубок движется вверх-вниз в золотнике 3. Откачиваемый газ всасыва­ется через отверстие 4 и выбрасывается через выпускной клапан 5 в патрубке 6.

Масло, заполняющее кожух враща­тельных насосов, предназначается для смазки трущихся деталей и для уплотне­ния зазоров между ними, а также для гер­метизации сальника и надежности выпу­скного клапана. Нормальная работа вра­щательных насосов в значительной мере зависит от количества и качества заливае­мого в них масла. Оно должно быть чис­тым, обладать достаточной вязкостью, не должно содержать воду и посторонние примеси.
Характер зависимости быстроты от­качки механических насосов от давления газа на впускном патрубке приведен на рис. 3.5.

При эксплуатации вращательных на­сосов отрицательное действие на их рабо­ту может оказать наличие в вакуумных установках источников парообразования.

Рис. 3.5. Характер зависимости быстроты откачки механических насосов от впускного давления

В работающем насосе пары, подвергаясь вместе с газами сжатию, конденсируются и, смешиваясь с маслом, не удаляются из насоса. По мере установления равновесия между упругостью пара в насосе и откачи­ваемом объеме откачка паров прекращает­ся. Жидкость, попавшая в масло, приводит к окислению и осмолению масла и метал­лических деталей насоса, в результате че­го насос не только теряет работоспособ­ность, но и может выйти из строя.

Для обеспечения нормальной откачки при выделении значительных количеств паров воды применяются насосы с газо­балластным устройством, обеспечиваю­щим в некоторый момент работы насоса напуск в камеру сжатия сухого воздуха, что предотвращает конденсацию паров.
При подсоединении механического насоса к вакуумной системе необходимо предусмотреть возможность напуска воз­духа в насос при его остановке. В против­ном случае, после остановки насоса в ваку­умную систему может проникнуть масло из насоса вследствие перепада давлений в случае негерметичного корпуса насоса.

При эксплуатации механических на­сосов следует иметь в виду, что из-за не­полной балансировки вращающихся час­тей насосы могут создавать вибрации кар­каса установок, где они монтируются. По­этому при монтаже нужно применять амортизаторы.
При первоначальном включении не­обходимо убедиться в правильности на­правления вращения ротора, указываемого на корпусе насоса.
Технические характеристики некото­рых вращательных механических насосов, выпускаемых промышленностью, пред­ставлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Основные технические характеристики некоторых масляных механических насосов

• GLD-040        2,4 м3/ч, 230 В, 1 Ф, 6,7 x 10-4 мм рт. ст.
• GLD-136 A     8,1 м3/ч, 380 В, 3 Ф, 6,7 x 10-4 мм рт. ст.
• GLD-136 C     8,1 м3/ч, 230 В, 1 Ф, 6,7 x 10-4 мм рт. ст.
• GLD-201 A      12 м3/ч, 380 В, 3 Ф, 6,7 x 10-4 мм рт. ст.
• GLD-201 B      12 м3/ч, 230 В, 1 Ф, 6,7 x 10-4 мм рт. ст.
• GLD-280 A      18 м3/ч, 380 В, 3 Ф, 6,7 x 10-4 мм рт. ст.
• GLD-280 B      18 м3/ч, 230 В, 1 Ф, 6,7 x 10-4 мм рт. ст.

Параметр		Единица измерения	50 Гц		60 Гц
Быстрота откачки		л/мин.	200		240
Предельное остаточное давление		Па	6.7 х 10-2 (Закрытый газобалласт)  6.7 (Открытый газобалласт)
Двигатель			Однофазный, 550W, AC100-120V или 200-240V
Ток полной нагрузки	50 Гц	А	9,00 (100 В), 10,2 (120 В), 4,50 (200 В), 5,10 (240 В)
	60 Гц		8,40 (100 В), 7,70 (120 В), 4,20 (200 В), 3,85 (240 В)
Емкость масляной системы		мл	1100
Рекомендуемое масло			SMR-100
Масса		кг	28
Входной порт		мм	KF-25
Диапазон рабочих температур		°С	7 – 40
Габаритные размеры		мм	170 (Ш) х 516 (Д) х 250 (В)	170 (Ш) х 516 (Д) х 250 (В)

Спиральные безмасляные насосы

Вы можете скачать документ Скачать

Двухроторные механические насосы

Двухроторные насосы представляют со­бой ротационную машину типа «Рутc». В корпусе 1, имеющем овалообразное сече­ние, вращаются синхронно навстречу друг другу два фигурных ротора 2, по профилю напоминающие восьмерки. Между вра­щающимися роторами и стенками корпуса имеются небольшие зазоры, что позволяет развивать большие скорости вращения роторов. Роторы приводятся во вращение через шестеренчатую передачу, связы­вающую их валы и находящуюся вне ра­бочей камеры. В рабочей камере насоса отсутствует смазка. Привод насоса осуще­ствляется от электродвигателя через упру­гую муфту. Схема двухроторного насоса показана на рис. 3.6.

Процесс откачки в двухроторных на­сосах происходит захватом и переносом газа от впускного патрубка 3 к выпускно­му 4 непрерывно вращающимися лопа­стями. Неуплотненные зазоры между вращающимися деталями не позволяют применять эти насосы при значительных перепадах давлений, поэтому для получе­ния низких давлений они должны рабо­тать в паре с обычными механическими насосами.

Двухроторные насосы обладают большой быстротой действия при сравни­тельно небольших габаритных размерах. Они применяются для откачки крупнога­баритных вакуумных систем.
Технические характеристики двухроторных насосов представлены в табл. 3.2. Промышленность выпускает также двухроторные агрегаты, представляющие собой установленные на общей раме и последовательно соединенные между со­бой двухроторный и форвакуумный насо­сы.

Таблица 3.2. Основные технические характеристики двухроторных насосов Pedro Gil  

Модель RNVB	24-20	25-10	25-20	26-20	26-30	27-10	27-20
Быстрота откачки, м3/ч	3725	5425	7295	7954	9470	11515	15555
Рекомендованная мощность привода, кВт	11	15	18.5	22	22	30	30
Тип электродвигателя и параметры электросети	АС КЗР TEFT 3ф. 380В 50Гц
Частота вращения номинальная, об/мин	3000				1500
Обеспечиваемый перепад давления, мбар	50	66	50	50	40	40	40
Диаметр входного/выходного фланца, мм	200	200	250	300	300	300	350
Расход воды на охлаждение, нл/час	140	160	160	180	180	200	240
Диапазон рабочих давлений, мм рт.ст.	от 100 до 10-4
Продувка уплотнений вала	Для откачки агрессивных химических или запыленных сред рекомендуется продувка уплотнений валом АЗОТом. Расход на продувку составляет 5-15 нл/мин.
Тип уплотнений вала	По умолчанию – с манжетными уплотнениями Simrit Viton. Под заказ возможно изготовление с торцевые механические уплотнения.
Масса без мотора, кг	460	630	710	1450	1550	2250	2450

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярные вакуумные насосы (ТМН) являются разновидностью вращательных насосов и широко применяются в элек­тронной, авиационной, атомной, электро­технической и других отраслях промыш­лености. В последнее десятилетие эти насосы получают все большее распро­странение для высоковакуумной откачки в масс-спектрометрических течеискателях и к настоящему времени практически вытеснили пароструйные насосы. Турбомо­лекулярные насосы обладают существен­ными преимуществами перед другими высоковакуумными средствами откачки: они практически не загрязняют откачи­ваемый объем парами углеводородов, как диффузионные насосы; имеют большую быстроту действия при откачке легких газов; время их запуска и остановки суще­ственно меньше, чем у диффузионных насосов; в них легко обеспечивается раз­личная степень сжатия по легким газам, что позволяет в течеискателях осуществ­лять режим противотока и тем самым расширять их эксплуатационные возмож­ности.

Единственным ощутимым недостат­ком ТМН является наличие быстро изна­шивающихся подшипников или сложных систем подвеса ротора (электромагнитно­го или газодинамического). Однако со­временный уровень машиностроительной технологии позволяет гарантировать рабо­ту ТМН до замены подшипников в тече­ние 5 000 ... 10 000 ч.

Принцип действия ТМН основан на переносе молекул откачиваемого газа дис­ками вращающегося с высокой скоростью ротора, расположенными в малом зазоре между дисками статора.
Конструктивно ТМН выполняются в горизонтальном или вертикальном испол­нении (рис. 3.7). В корпус 2 закреплены неподвижные статорные диски 4. Ротор 1, представляющий собой вал с рабочими дисками 3, вращается в корпусе со скоро­стью в десятки тысяч оборотов в минуту. В рабочих дисках ротора предусмотрены косые радиальные пазы либо установлены под определенным углом лопатки. Ста­торные диски имеют конфигурацию, зер­кально отражающую конфигурацию ро­торных.

Ротор насоса устанавливается в кор­пусе на подшипниках качения. В насосах с вертикальным расположением вала иногда применяют магнитную подвеску или газо­вые подшипники. Вращение ротора обес­печивается электроприводом.

Рис. 3.7. Схема ТМН: а - горизонтального; б – вертикального

Турбомолекулярные насосы работа­ют в паре с форвакуумными насосами, обеспечивающими остаточное давление 0,1 ... 1 Па. При остановке и запуске ТМН необходимо предусматривать мероприя­тия, исключающие проникновение паров масла в насос и в откачиваемую вакуум­ную систему. Миграция паров масла форвакуумного насоса при остановке ТМН предотвращается напуском осушенного воздуха во всасывающий патрубок ТМН.

Вращающийся ротор препятствует про­никновению паров углеводородов в по­лость насоса, поэтому клапан, соединяю­щий форвакуумный насос с ТМН, откры­вается только после разгона ротора, а по достижении номинальной скорости вра­щения ротора всасывающая полость насо­са соединяется с откачиваемым объемом.
Основные технические характеристи­ки некоторых ТМН приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Основные технические характеристики некоторых ТМН 

Модель

UTM-50

UTM-150

UTM-300

UTM-500

НАСОС

Тип фланца

Вход

VG65

CF63

VG100

CF100

VG100

CF100

VG150

CF160

Выход

NW16

NW25

NW40

Быстрота откачки

л/с

N2

50

190

300

550

H2

40

160

260

500

Предельное давление

Па

10-7

10-8

Торр

10-9

10-10

мбар

10-9

10-10

Макс. степень сжатия

N2

108

H2

103

104

105

Макс. давление на входе

Па

0,13

Торр

9,7 10-4

мбар

1,3 10-3

Макс. давление на выходе

Па

13

Торр

9,7 10-2

мбар

1,3 10-1

Скорость вращения

Об/мин

90 000

72 000

54 000

40 200

Время разгона/ время торможения

мин

~2/3

~3/4

~4/7

~8/8

Подшипники

Сверху

Магнитный подвес

Снизу

Опорный подшипник

Охлаждение

Водяное или воздушное охлаждение

Порт водяного охлаждения

Rc1/4

Расход

л/мин

0,5

Масса

кг

3

6

10

16

Рекомендуемая производительность форнасоса

м3/ч

3

6

12

18

л/мин

50

100

200

300

Источник питания

Потребляемая мощность

кВА

0,34

0,59

0,56

0,89

Входное напряжение

ACV

100 до 240

Частота питающего напряжения

Гц

50/60

Фаза

Одна

Температура

С

0-40

Масса

кг

2.2

3.9

4.5

Пароструйные масляные насосы

При давлении в откачиваемом объеме < 1 Па производительность вращательных механических насосов резко снижается, а при давлении < 0,1 Па она практически рав­на нулю. С целью получения в вакуумируемых объектах давлений 10-1 ... 10-6 Па ус­пешно применяются пароструйные насосы. Эти насосы надежны в работе, легко под­даются ремонту и относительно дешевы.

Работа пароструйных насосов осно­вана на откачивающем действии истекающих из сверхзвуковых сопел паровых струй, образованных парами специальных рабочих жидкостей.
Пароструйные насосы подразделяют­ся на эжекторные (10⁵ ... 1 Па), бустерные (10 ... 10^-2 Па) и высоковакуумные диф­фузионные (< 10^-2 Па). В течеискателях длительное время применялись диффузи­онные насосы, и, поскольку в эксплуата­ции находится большое количество этих насосов, именно их и следует рассмотреть.

Диффузионные насосы предназна­чены для откачки газа из различных ваку­умных систем до остаточных давлений ~10^-5 Па.
Принцип действия насосов основан на диффузии молекул газа в сверхзвуковую паромасляную струю и переносе их со струей к охлаждаемой поверхности, на ко­торой масляный пар конденсируется, а газ откачивается вспомогательным насосом.
Схема действия трехступенчатого пароструйного насоса показана на рис. 3.8. Пары рабочей жидкости из кипятильника 9 проходят по концентрическим паропро­водам и со сверхзвуковой скоростью вы­ходят через сопла первой, второй и треть­ей ступеней в виде струй, направленных под углом к охлаждаемой стенке насоса, и конденсируются на ней.

Проникающие через впускное отверстие молекулы газа диффундируют в струю пара первой сту­пени и уносятся ею. После конденсации пара капли рабочей жидкости стекают по стенке насоса обратно в кипятильник, а перенесенный газ диффундирует в струю пара второй ступени. Действия второй и третьей ступеней аналогичны действию первой. В результате газ переносится к выпускному патрубку и откачивается из пароструйного насоса вращательным ме­ханическим насосом.

Быстрота откачки определяется дей­ствием первой ступени. Вторая и третья ступени проводят откачку с меньшей бы­стротой, но обеспечивают большой пере­пад давлений. Если вращательный насос не может создать достаточный для работы высоковакуумного насоса вакуум, приме­няют два последовательно соединенных пароструйных насоса - высоковакуумный и вспомогательный (бустерный). Каждый из этих насосов имеет свои особенности: высоковакуумный отличается большой скоростью откачки, но сравнительно не­значительным перепадом давлений, бус­терный насос рассчитан на большой пере­пад давлений пара, обеспечиваемый при­менением специальных сопел и мощного электронагревателя.

 

Рис. 3.9. Зависимость быстроты действия
диффузионного насоса от впускного давления

Параметры пароструйных насосов в значительной мере зависят от различных факторов. Зависимость быстроты действия диффузионного насоса от впускного дав­ления показана на рис. 3.9. В широком диапазоне давлений быстрота действия диффузионных насосов остается постоян­ной (область II). Для некоторых насосов этот диапазон превышает два порядка.

При низких давлениях (область I) cпад быстроты действия происходит вследствие противодиффузии молекул газа через паровую струю со стороны бо­лее низких ступеней, вылета из струи и миграции в откачиваемый объем молекул легких газов, десорбции газа со стенок насоса.
Уменьшение быстроты действия диффузионных насосов при увеличении впускного давления (область III) связано с перетеканием газа из области предвари­тельного разрежения в высоковакуумную из-за нарушения уплотнения паровой струи и отрыва ее от стенок насоса.
Быстрота действия диффузионных насосов зависит также от рода рабочей жидкости, рода откачиваемого газа, кон­струкции насоса, мощности подогревате­ля, температуры откачиваемого газа. Она прямо пропорциональна квадратному кор­ню из абсолютной температуры откачи­ваемого газа.

На рис. 3.10 показана зависимость быстроты действия диффузионного насоса от мощности подогревателя, имеющая явно выраженный максимум, соответст­вующий оптимальной мощности подогре­вателя. При малой мощности происходит компенсация различных тепловых потерь и насос практически не работает. С повы­шением подводимой мощности часть ее затрачивается на парообразование и фор­мирование струи - насос начинает рабо­тать. При оптимальной мощности быстро­та действия насоса максимальна. Даль­нейшее повышение мощности нарушает стабильность струи, и быстрота действия насоса снижается.

Зависимость быстроты действия диффузионных насосов от рода рабочей жидкости связана с различными термоди­намическими и физико-химическими ха­рактеристиками жидкостей. Жидкость обычно выбирают исходя из требований к вакуумной системе и, соответственно, к применяемым откачным средствам. При этом учитывают необходимый уровень предельного вакуума; остаточную среду в вакуумной системе; вероятность окисле­ния жидкости и т.п. Повышенное содер­жание рабочей жидкости так же ухудшает параметры насоса, как и пониженное. Оп­тимальное количество определяют при разработке и конструировании насоса.

В качестве рабочей жидкости в паро­струйных насосах могут использоваться ртуть, органические и кремнийорганические масла. В связи с вредным воздейст­вием паров ртути на здоровье обслужи­вающего персонала в настоящее время ртуть практически не используют. В табл. 3.4 приведены марки и основные характе­ристики масел, которые применяются в качестве рабочих жидкостей в пароструй­ных насосах.

Для охлаждения стенок в пароструй­ных насосах служит водопроводная вода, протекающая по змеевику, закрепленному на корпусе насоса с внешней стороны. В случаях невозможности использования водяного охлаждения (в передвижных вакуумных установках, например в масс-спектрометрических течеискателях) при­меняются насосы с воздушным охлажде­нием. На корпусе таких насосов устанав­ливаются радиаторы, рассеивающие теп­ло, а принудительный поток воздуха обес­печивается вентилятором, смонтирован­ным на кронштейне корпуса насоса.
При эксплуатации пароструйных на­сосов надо внимательно следить за ис­правностью системы охлаждения корпуса насоса, поскольку отсутствие охлаждения даже на короткое время приводит к подго­ранию масла и потере им необходимых для работы насоса свойств. Попадание атмосферного воздуха на разогретое масло вызывает его окисление и выход насоса из строя.

Таблица 3.4. Рабочие жидкости пароструйных насосов

В процессе эксплуатации пароструй­ных насосов необходимо периодически проводить профилактические и ремонтные работы: зачистку и промывку паропрово­да, смену масла, смену уплотнительных прокладок и др. При работе с диффузионными насо­сами надо соблюдать правила вакуумной гигиены, периодичность профилактики, правила повседневной эксплуатации.

Чистота насоса и рабочей жидкости определяющим образом влияет на время получения предельного вакуума. Во избе­жание окисления масла и вследствие этого выхода насоса из строя нельзя допускать прорыва атмосферного воздуха в насос. Для эффективной работы насоса рабочая жидкость должна выбираться в соответст­вии с условиями эксплуатации насоса. Например, если требуется получить дав­ление < 10-6 Па, следует вместо наиболее распространенного и дешевого масла ВМ-1 использовать масла ФМ-1 и 5Ф4Э. Если по условиям работы в насос перио­дически может попадать атмосферный воздух, нужно применять полисилоксановые жидкости: ПФМС или ПЭС-В-1.

Для присоединения насоса к откачи­ваемой системе следует использовать воз­можно более короткие и широкие патрубки.
В процессе эксплуатации насосов иногда возникает необходимость в откач­ке определенных газов. Эффективность откачки легких газов можно повысить увеличением мощности подогрева насоса.
Существенную роль при эксплуата­ции диффузионных насосов играет охлаж­дение корпуса. Поэтому нужно следить за тем, чтобы расход охлаждающей воды или поток охлаждающего воздуха соответст­вовал паспортным данным.
Работа диффузионных насосов в зна­чительной степени определяется работой форвакуумных насосов. Поэтому форвакуумный насос надо выбирать строго по рекомендациям, изложенным в паспорте, а при эксплуатации - контролировать его работу.
Выбор насоса для той или иной ваку­умной системы осуществляется при про­ектировании исходя из требуемого вакуу­ма, рабочего объема системы, необходи­мого времени выхода на режим, суммар­ного газового потока и т.п.
Современные пароструйные насосы обеспечивают получение вакуума до 10-6 Па, а быстрота откачки достигает 20 м3/с.

Ваккумные ловушки

Предельное давление паро­струйных высоковакуумных насосов огра­ничено помимо указанных ранее причин обратным потоком паров рабочей жидко­сти из насоса в откачиваемый объект. Для уменьшения этого потока применяются ловушки: конденсирующие, каталитиче­ские, сорбирующие и др.

Простейшим видом конденсирующих ловушек является механический отража­тельный колпачок (рис. 3.11), устанавли­ваемый у входного патрубка насоса. По припаянной снаружи колпачка трубке циркулирует вода, что обеспечивает ох­лаждение колпачка и более эффективную конденсацию паров масла. Устройство крепится на фланце, на наружной стороне которого имеются два штуцера для под­ключения к системе охлаждения. Такие отражатели позволяют в 20 ... 30 раз уменьшить обратный поток паров рабочей жидкости, не снижая быстроты откачки насоса.
Конденсирующие ловушки различ­ной конструкции широко применяют в большинстве высоковакуумных систем. Схемы некоторых таких ловушек показа­ны на рис. 3.11. Для эффективной работы ловушки в подавляющем большинстве охлаждают. В качестве хладоагента ис­пользуют лед с СаС12, твердую углекисло­ту со спиртом, фреон, жидкий кислород, но чаще всего жидкий азот. Это объясня­ется его наиболее низкой температурой среди хладоагентов, удобством работы с ним, простотой получения и низкой стоимостью. Жидкий азот при нормальных условиях быстро испаряется. Поэтому для транспортировки и хранения его заливают в сосуды Дьюара.

Основным недостатком охлаждаемых ловушек является то, что они не удаляют из вакуумной системы конденсируемые вещества, а только удерживают их на ох­лажденной поверхности. При нагреве поверхности ловушки (когда охлаждаю­щее вещество испаряется) пары снова рас­пространяются в вакуумной системе. Ем­кость ловушек увеличивают путем расши­рения охлаждаемой поверхности или вве­дением в конструкцию ловушки адсорбен­тов, таких как активированный уголь, цео­лит и т.п., которые способны поглощать значительные количества паров и некото­рых газов. Это - сорбционные ловушки.

Раздел 4. ИЗМЕРЕНИЕ НИЗКИХ ДАВЛЕНИЙ. Вакуумметры. Типы, область применения.

Приборы для измерения давлений ниже атмосферного называются вакуумметрами. Вакуумная техника охватывает весьма широкий диапазон давлений, при которых эксплуатируются оборудование и приборы, - от атмосферного до 10^-12 Па. Измерение давлений каким-либо одним вакуумметром в таком огромном диапазо­не невозможно. Поэтому разработано и эксплуатируется большое количество ва­куумметров, различающихся по принципу действия: жидкостные, компрессионные, деформационные, тепловые (термопарные и сопротивления), ионизационные (элек­тронные и магнитные электроразрядные).

Жидкостные U-образные вакуум­метры. Диапазон давлений, измеряемых U-образными вакуумметрами, лежит в пределах 10 ... 10⁴ Па. Конструктивно вакуумметр выполнен в виде изогнутой стеклянной трубки U-образной формы. В трубку заливают рабочую жидкость (ртуть или вакуумное масло) так, чтобы уровень в обоих коленах дохо­дил до начального уровня измерительной части, нанесенной на корпус вакуумметра. Через открытый кран, смонтированный на входе, откачиваются оба колена вакуум­метра, после чего они изолируются одно от другого. При изменении давления в системе уровни жидкости смещаются. Разность уровней жидкости в коленах ха­рактеризует измеряемое давление:

Жидкостные, компрессионные и де­формационные вакуумметры относятся к приборам прямого действия. Их показания не зависят от рода газа, т.е. они измеряют непосредственно давление газа, поэтому их часто называют абсолютными. Осталь­ные типы вакуумметров относительные, так как в их работе используется зависи­мость параметров физических процессов от давления в вакуумной системе. Неабсо­лютные вакуумметры обычно состоят из вакуумметрического преобразователя и измерительного блока. Они подвергаются периодической градуировке по компрес­сионному вакуумметру или на специаль­ной градуировочной установке.

p=A-B=∆Hg

где А и В - отсчеты в коленах трубок; ∆Нg - разность уровней.

При заполнении трубки ртутью результат измерения давления выражается в мм рт.ст. При заполнении трубок маслом для выражения давления в мм рт.ст. раз­ность уровней необходимо умножить на отношение удельного веса масла (0,8 г/см3) к удельному весу ртути (13,6 г/см3), т.е.

p=∆M (p_M/p_нg)

Рис. 4.2. Деформационный вакуумметр

Деформационные вакуумметры

Принцип действия деформационных (ме­ханических) вакуумметров (рис. 4.2) ос­нован на деформации гибких элементов под действием разности давлений. В каче­стве деформационных элементов исполь­зуются изогнутая полая и закрытая с одно­го конца пружина (трубка Бурдона), мем­браны, сильфоны и т.п. Вакуумметр через трубку 4 подсоединяется к вакуумной сис­теме. Наружная поверхность трубки Бур­дона 2 всегда подвергается действию атмосферного давления. Если внутри трубки также атмосферное давление, то стрелка манометра 1, прикрепленная через механизм поворота 3 к трубке, стоит на нуле шкалы. При понижении давления в вакуумной системе с подсоединенным вакуумметром под действием разности давлений, действующих на наружную и внутреннюю поверхности, трубка сжимается и подвижной конец пружины перемещается, заставляя перемещаться стрелку. Показание шкалы n, против которого остановилась стрелка, определяет разность давлений атмосферного ра и внутри трубки р. Следовательно, давление в вакуумной системе. 

Аналогично работают вакуумметры с другими деформационными элементами с разницей лишь в механическом устройстве перемещения стрелки.
Деформационные вакуумметры менее точны по сравнению с жидкостными, но они находят большее применение в производстве благодаря своей прочности, малым габаритным размерам и удобству в эксплуатации. Выпускаются такие вакуумметры как для измерения вакуума, так и для измерения избыточных давлений.

Компрессионный вакуумметр

Принцип работы компрессионного вакуумметра основан на применении закона Бойля-Мариотта. Вакуумметр относится к числу абсолютных, но из-за неудобства в эксплуатации его применение ограничено чтением лабораторных задач, в частности градуировкой относительных вакуумметров.
Вакуумметр (рис. 4.3) состоит из стеклянного баллона 3 с измерительным капилляром 2, верхний конец которого запаян. К нижней части баллона припаяна трубка, через которую вакуумметр подсоединяется к вакуумной системе. Трубка имеет ответвление - сравнительный капилляр 1, внутренний диаметр которого одинаков с измерительным.

К нижнему концу трубки присоеди­няется приспособление 4, содержащее ртуть и обеспечивающее ее поднятие в процессе измерения давления.
При измерении давления осуществ­ляется подъем ртути в измерительном ка­пилляре до определенного уровня. Зная объем измерительной полости (градуиру­ется при изготовлении манометра) и, изме­ряя объем сжатого газа, по закону Бойля-Мариотта определяется давление в ваку­умной системе:

pV1=(h1-h2)V2 или p= V2/ V1(h1-h2)

При градуировке выбирают метку 1 на измерительном капилляре, до которой поднимают ртуть, и определяют постоян­ную вакуумметра

с=V2/ V1=(d4/4)l/V1     тогда р = с (h1-h2).

Тепловые вакуумметры

Тепловые вакуумметры состоят из измерительного блока и преобразователя.
Принцип действия тепловых преоб­разователей основан на зависимости теп­лопередачи через разреженный газ от давления. Передача теплоты происходит от тонкой металлической нити к баллону, в котором расположена электродная систе­ма преобразователя. Металлическая нить нагревается в вакууме путем пропускания тока.

К тепловым относятся термопарный преобразователь и преобразователь сопро­тивления. Схемы их включения показаны на рис. 4.4.
Термопарный преобразователь пред­ставляет собой стеклянный или металли­ческий баллон, в котором на вводах смон­тированы подогреватель и приваренная к нему термопара. Подогреватель нагрева­ется током, регулируемым переменным сопротивлением и измеряемым миллиам­перметром.
Температура нагреваемой нити изме­ряется термопарой 3. При неизменном токе накала нити вследствие изменения давления в баллоне 1 преобразователя, присоединенном к вакуумной системе, изменяется температура нити и, соответ­ственно, термо-ЭДС, по величине которой определяют давление.

Преобразователь сопротивления вы­полнен в виде стальной трубки, внутри которой натянута нить накала. Пропус­каемый через нить ток регулируется пере­менным сопротивлением и измеряется миллиамперметром.

Проверка радиатора Volvo с помощью манометрического течеискателя S9

Академия вакуумных технологий

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА повышения квалификации «Устройство и эксплуатация вакуумных приборов»

Раздел 5. Галогенный метод контроля герметичности

Принципиальные основы галогенного метода
Аппаратура для реализации галогенного метода
Градуировка галогенных течеискателей
Галогенсодержащие пробные вещества
Промышленное применение галогенного метода

 

5. ГАЛОГЕННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

5.1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ГАЛОГЕННОГО МЕТОДА

Галогенный метод возник в период широкого промышленного освоения холодильников с использованием фреонов в качестве хладоагента. Но вскоре метод начал быстро развиваться и применяться в различных отраслях промышленности. В настоящее время он является одним из наиболее распространенных аппаратурных методов течеискания, уступая первенство лишь масс-спектрометрическому. Метод широко применяется в авиации, судо-, приборо- и ракетостроении, энергетике, других отраслях промышленности. Мето­ду отдается предпочтение при контроле герметичности больших объемов или сис­тем с разветвленными коммуникациями, газонаполненных кабелей и трубопрово­дов, герметизируемых систем, не под­дающихся вакуумированию. Особенно эффективно применение галогенного ме­тода при контроле изделий, в которых галогеносодержащие вещества используют­ся в качестве рабочих (аэрозольные упа­ковки, холодильники, кондиционеры).
Реализуется галогенный метод кон­троля герметичности на базе галогенных течеискателей. Действие этих приборов основано на свойстве накаленной до 800 ... 900°С платины резко увеличивать эмиссию положительных ионов в присут­ствии галогеносодержащих веществ. Этот эффект, открытый Райсом в 1910 г., реали­зуется в двухэлектродной системе, состоящей из коллектора и накаленного эмиттера, между которыми создается электрическое поле. Эффект наблюдается как при атмосферном давлении, так и в вакууме. При разности потенциалов меж­ду электродами 200 ... 250 В эмитируемые ионы переносятся на коллектор, образуя электрический ток во внешней цепи, реги­стрируемый индикатором.
Фоновый и активированный токи при галогенном эффекте обусловлены ионами щелочных металлов, образующимися в результате ионизации на поверхности пла­тины атомов щелочных металлов, диф­фундирующих из глубины платины или поступающих на ее поверхность в резуль­тате испарения из разогретого керамиче­ского основания эмиттера. При поступле­нии к поверхности эмиттера галогенов, последние реагируют с ионами щелочных металлов, и поверхность, в большей или меньшей степени, освобождается от адсор­бированных ионов. Работа выхода эмитте­ра увеличивается, соответственно, увели­чивается эффективность ионизации и воз­растает ионный ток. Когда поступление галогенов прекращается, поверхность эмиттера снова покрывается слоем щелоч­ных ионов, работа выхода эмиттера сни­жается и ионный ток уменьшается до фо­нового значения.
Степень поверхностной ионизации, т.е. отношение ионов N+ к числу ней­тральных молекул Nо, покидающих по­верхность за 1 с, выражается формулой Ленгмюра - Саха:
N+/ N0 = β ехр [(-еV+ Ф) / kT],        (5.1)

где β - константа, зависящая от рода газа и металла; Ф - работа выхода электрона из металла; е - заряд электрона; V- потенци­ал ионизации молекул газа; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура эмиттера.
Величина ионного тока
J=eN+=e N0 βехр [(-еV + Ф) / kT],               (5.2)

Запас щелочных примесей в платине невелик, и стабильность эффекта поддер­живается в основном поступлением на поверхность платины нейтральных атомов щелочных металлов с керамического ос­нования, контактирующего с эмиттером.
При поступлении к эмиттеру больше­го количества галогенов наблюдается яв­ление «отравления» - частичное или пол­ное исчезновение галогенного эффекта, который восстанавливается при работе эмиттера в атмосфере чистого воздуха.
Со времени своего появления гало­генные течеискатели постоянно совер­шенствовались с целью стабилизации фо­нового сигнала и снижения вероятности отравления эмиттера.
Большое внимание уделяется техно­логии приготовления керамики и ее соста­ву. В частности, возможно применение керамики на основе β-А12О3, допускающей использование датчика при пониженных температурах (300 ... 600 вместо 800°С в случае использования керамики из стеати­та). При этом стабилизируется фоновый ток, уменьшая опасность отравления. Из­меняя конструкцию датчика, осуществляют предварительную подготовку пробы для стабилизации температурного режима датчика, достижения селективности по­следнего по отношению к различным ти­пам фреонов, снижения опасности отрав­ления. Ионизационную эффективность датчика повышают с помощью формиро­вателя потока газа на его эмиттер.

5.2. АППАРАТУРА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ГАЛОГЕННОГО МЕТОДА

В настоящее время отечественная промышленность выпускает вакуумно-атмосферный течеискатель ТИ2-8 и атмосферный с автономным пита­нием БГТИ-7. В эксплуатации у потребителей находится большое количе­ство вакуумно-атмосферных течеискате­лей ГТИ-6, длительное время выпускавшихся серийно. Эти течеискатели представляют собой переносные при­боры, состоящие из регистрирующего блока и преобразователей, соединенных между собой электрическим кабелем.
Галогенные течеискатели ТИ2-8 и ГТИ-6. Течеискатели ТИ2-8 и ГТИ-6 снабжены двумя преобразователями - ва­куумным и атмосферным, БГТИ-7 - толь­ко атмосферным.

Конструктивно преобразователи течеискателей ТИ2-8 и ГТИ-6 одинаковы. Они выполнены в виде легкого пистолета, удобно удерживаемого руке (рис. 5.1). В передней части пластмассового корпуса размещен чувствительный элемент (ЧЭ) 1, через который расположенным за ним вентиляционным устройством 2 просасывается воздух. В хвостовой части преобразователя находится световой индикатор наличия течей, включающий в себя неоновую лампу 4 под прозрачным колпаком 3. С целью отвода тепла от разогреваемой эмиттером поверхности в передней части преобразователя размещен радиатор 5.
В процессе контроля герметичности преобразователь проносят над поверхностью контролируемого объекта. При про­хождении преобразователя вблизи де­фектного места концентрация пробного вещества в потоке воздуха через ЧЭ по­вышается, что и фиксируется течеискателем.
Вакуумный преобразователь (рис. 5.2), смонтированный на фланце ДУ-50, устанавливается на вакуумной системе, поверхность которой при испытаниях обдувается струей пробного вещества. Преобразователь включает в себя ЧЭ, идентичный применяемому в атмосферном преобразователе (предусмотрена взаимо­заменяемость); кислородный инжектор 4 и штепсельный разъем. ЧЭ своим керамиче­ским основанием крепится в обойме (на рисунке не показана), приваренной к трем стойкам 7, закрепленным вертикально на внутренней поверхности фланца 6. К тем же стойкам тремя винтами коаксиально с коллектором ЧЭ 2 крепится кислородный инжектор 4.
Конструктивно он выполнен в виде малогабаритного кольцевого цилиндриче­ского стакана из нержавеющей стали, за­крывающегося крышкой. Внутренняя стенка стакана в верхней части имеет от­верстия. Ниже уровня этих отверстий ста­кан заполнен марганцово-кислым калием 5, высыпанию которого через отверстия препятствует стекловолокно, закладывае­мое под крышку. При работе преобразова­теля под действием развиваемого им тепла КМпО4 разлагается с выделением кисло­рода, необходимого для стабильной рабо­ты эмиттера в вакууме. Токовводы ЧЭ уплотняются в отверстиях фланца 6 фто­ропластовыми уплотнениями.

Рис. 5.2. Вакуумный преобразователь течеискателей ТИ2-8 и ГТИ-6: 1 - эмиттер; 2 - коллектор; 3 - керамический каркас эмиттера; 4 - кислородный инжектор

Чувствительный элемент течеискате­лей ТИ2-8 и ГТИ-6 (рис. 5.3) представляет собой коаксиальный диод, состоящий из коллектора и эмиттера, закрепленных на керамической шайбе - основании. Коллек­тор 1 выполнен в виде трубки диаметром 7 мм из платиновой фольги толщиной 0,1 мм, вваренной внутрь цилиндрической втулки из нержавеющей стали, развальцо­ванной в керамическом основании 3. Эмиттер 2 состоит из керамического кар­каса, на который намотана спираль из пла­тиновой проволоки диаметром 0,2 и дли­ной 380 мм. Коллекторный и эмиттерные токовводы 4 выведены через основание 3 для монтажа ЧЭ в преобразователе. Спи­раль нагревается переменным током. Чув­ствительность течеискателя регулируется изменением напряжения питания эмитте­ра, а также изменением чувствительности усилителя постоянного тока (УПТ).

Рис. 5.3. ЧЭ галогенных течеискателей ГТИ-6 и ТИ2-8

 

- повышение температуры эмиттера до значения > 850°С способствует увели­чению ионного тока, но при этом непропорционально   возрастают   флюктуации фонового и активированного токов, а сле­довательно, выбранная температура эмиттера близка к оптимальной;
- увеличение поверхности эмиттера в разработанных промышленных моделях течеискателей неэффективно, поскольку даже незначительное повышение чувстви­тельности требует существенного увели­чения габаритных размеров преобразова­теля;
- повышение коэффициента усиления УПТ также нецелесообразно, потому что одновременно возрастает и фоновый ток ЧЭ, так что отношение сигнал/шум не увеличивается;
- система прокачки анализируемого газа через ЧЭ на уровне 0,6 ... 0,7 л/мин в промышленных  моделях  течеискателей также близка к оптимальной. Как и следо­вало ожидать, увеличение времени пребы­вания галогенов в объеме ЧЭ при сниже­нии скорости прокачки через него анали­зируемой смеси газов повышает чувстви­тельность течеискателя. Однако при этом снижается быстродействие, а также ин­тенсифицируется отравление ЧЭ.
Представленные на рис. 5.5 кривые зависимости реакции течеискателя на ка­либрованную течь от скорости прокачки газа через ЧЭ экспериментального преоб­разователя показывают, что снижение расхода газа вплоть до 0,05 л/мин повы­шает эффективность ионизации и, соответ­ственно, сигнал течеискателя и его чувст­вительность. При расходе < 0,05 л/мин вследствие увеличения времени контакта галогенов с эмиттером определяющим становится отравление эмиттера и на кри­вых наблюдается спад сигнала.
Эффективность ионизации повыша­ется и с увеличением температуры эмит­тера. Однако, как показывает сдвиг вправо максимума кривых, сильнее нагретый эмиттер более склонен к отравлению. Оптимальное соотношение между чувстви­тельностью и отравляемостью преобразо­вателя определили выбор рабочих режи­мов.
Согласно приведенным графикам максимальная чувствительность достига­ется при расходе газа через ЧЭ 0,05… 0,2 л/мин, однако при этом заметно отрав­ление эмиттера. Кроме того, даже незна­чительные колебания расхода газа приво­дят к большим изменениям ионного тока. Поэтому выбран и заложен в конструкцию атмосферного преобразователя расход газа через ЧЭ, равный 0,6 ... 0,7 л/мин, при котором быстродействие прибора <1 с, достигается высокая чувствительность и не наблюдается заметного отравления эмиттера.
Простота, надежность, высокая чув­ствительность, низкая стоимость и малые габаритные размеры галогенных течеиска­телей, доступность и низкая стоимость пробных веществ привлекают разработчи­ков герметизированных изделий и произ­водства к применению галогенного мето­да.

V, л/мин   Рис. 5.5. Изменение сигнала течеискателя в зависимости от расхода воздуха через ЧЭ при различной температуре эмиттера: 1-5- при температурах соответственно 750; 775; 800; 825 и 850 °С

5.3. ГРАДУИРОВКА ГАЛОГЕННЫХ ТЕЧЕИСКАТЕЛЕЙ

Галогенные течеискатели с атмо­сферным преобразователем градуируют по калиброванной течи «Галот». Принцип действия течи заключается в равновесном истечении пара через по­стоянно открытое выходное отверстие из объема, содержащего летучее химически чистое порошкообразное вещество - гексахлорэтан. По своему воздействию на ЧЭ течеискателя истечение пара эквивалентно потоку фреона - 12 в заданных пределах.
Течь представляет собой металличе­ский баллон диаметром 40 и высотой 100 мм, к верхней части которого прива­рена крышка с наконечником. В центре наконечника имеется резьбовое отверстие диаметром 3,5 мм для размещения смен­ных насадок. Через выходные отверстия насадок истекает пар рабочего вещества, находящегося в баллоне течи в твердой фазе. Течь комплектуется двумя насадка­ми с диаметром отверстий 0,3 и 1,7 мм, что в совокупности с применением течи без насадки обеспечивает ступенчатое изменение величины потока в пределах, соответствующих эквивалентному по ре­акции течеискателя потоку фреона-12: 1•10-7... 1•10-6 м3•Па/с.
Рабочее вещество распределено по всей внутренней поверхности баллона, что гарантирует большую площадь испарения при пренебрежимо малой площади вы­ходного отверстия. Поэтому в объеме течи создается равновесное давление пара ра­бочего вещества, близкое к насыщенному, и из выходного отверстия происходит по­стоянное во времени его истечение.
Поскольку величина эквивалентного потока течи зависит только от физико-химических свойств рабочего вещества, окружающей температуры и размеров вы­ходного отверстия, при ее промышленном выпуске оказалось возможным ограни­читься выборочной градуировкой течи, ведя лишь строгий контроль за точностью изготовления отверстий в насадках. При точности изготовления насадок ±0,05 мм по диаметру обеспечивается приемлемая сходимость индивидуальных характери­стик течей с типовой. Это дает точность, вполне достаточную для практических целей.
При градуировке течеискателя пат­рубок его преобразователя устанавливает­ся в наконечнике течи соосно с ее выход­ным отверстием. Во избежание нарушения равновесного давления пара в объеме течи за счет откачивающего действия преобра­зователя в наконечнике течи предусмот­рены прорези и упор, обеспечивающие необходимый зазор между патрубком и выходным отверстием течи. Фиксирован­ное взаимное расположение течи и пат­рубка преобразователя обеспечивает вос­производимые условия градуировки, не­обходимые в практике течеискания.
Цена деления выходного прибора SQ определяется по формуле
SQ =QT /nαT  (м3 Па/с),                     (5.3)
где QT - величина течи «Галот»; αT- сиг­нал течеискателя, делений; п - значение коэффициента приведения.
Течь «Галот» входит в комплектацию галогенных течеискателей и обладает большим сроком службы: завод-изготовитель гарантирует ее надежную работу в течение 5 лет.
Градуировку течеискателей с ваку­умным преобразователем производят с помощью специальных схем по методи­кам, изложенным в паспорте течеискателя.
Представленная на рис. 5.6 схема обеспечивает возможность калибровки течеискателя по парциальному давлению пробного вещества. Схема предусматри­вает размещение преобразователя в кон­тролируемом объекте, откачанном до дав­ления р ≤ 6,5 • 10-2 Па, и параллельную регистрацию сигналов преобразователя и ионизационного вакуумметра при напуске фреона в вакуумную камеру из баллона WG через натекатель или регулируемый клапан I. Механический насос NI обеспе­чивает предварительную откачку соеди­нительных коммуникаций.

Рис. 5.6. Схема калибровки течеискателя по парциальному давлению пробного вещества: WG - баллон с фреоном; V1,V2- клапаны; РТ—термопарный преобразователь; РА - ионизационный преобразователь; I - натекатель; GL - преобразователь течеискателя; СV - вакуумная камера

Исходя из результатов измерений це­на деления наиболее чувствительной шка­лы выходного прибора течеискателя по парциальному давлению оценивается по формуле

                         (5.4)

где ∆pk - изменение давления, зарегистри­рованное ионизационным вакуумметром; β - коэффициент относительной чувстви­тельности ионизационного вакуумметра по пробному веществу, для фреона- 12 оп­ределенный величиной β = 5,3; n - коэф­фициент приведения, учитывающий соот­ношение цены деления рабочей и самой чувствительной шкалы (табл. 5.3); ∆αk - сигнал течеискателя на выбранной рабо­чей шкале.
Цена деления наиболее чувствитель­ной шкалы по потоку пробного вещества SO  по данным градуировки может быть определена при известной эффективной быстроте откачки SЭ:

SQ = sрSЭ                                         (5.5)     

Регистрируемый в процессе контроля герметичности сигнал, а предварительно откалиброванного течеискателя позволяет оценить величину индицируемого потока:

Q=sQαn                      (5.6)

Прямую калибровку по потоку проб­ного вещества обеспечивает схема, пред­ставленная на рис. 5.7.
Поток газа или пара, поступающего в вакуумную систему, однозначно опреде­ляется геометрией диафрагмы Г и перепа­дом давлений на ней, фиксируемым в мо­мент градуировки по вакуумметрам, на­пример термопарному и ионизационному. Пересчетный коэффициент Р для иониза­ционного вакуумметра определен выше.
Таблица 5.3. Значения коэффициента приведения для течеискателей ТИ2-8 и ГТИ-6

Показания термопарного вакуумметра р могут быть приведены к истинному дав­лению фреона пересчетом по формуле

         (5.7)

Необходимые для расчета данные сведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Значения коэффициентов для различных фреонов,
необходимых при градуировке галогенных течеискателей

Методика калибровки течеискателя по потоку пробного вещества сложнее, чем по парциальному давлению, но она более универсальна и пригодна при уста­новке преобразователя в любом месте ва­куумной системы - как на стороне высо­кого вакуума, так и в форвакуумной линии.

5.4. ГАЛОГЕНОСОДЕРЖАЩИЕ ПРОБНЫЕ ВЕЩЕСТВА

При контроле герметичности объек­тов галогенным методом в качестве проб­ных веществ чаще всего используют галогензамещенные углеводороды: фреон-12 (СС12А2), фреон-13 (СС1А3), фреон-22 (СНС1F2). Применяют также элегаз, четыреххлористый углерод, хлористый метил и другие галогеносодержащие вещества. При жидкостных испытаниях наиболее эффективен фреон-113. В последние годы разработан новый безопасный для озоно­вого слоя хладоагент - фреон-134А. Со временем этот фреон должен заменить в холодильных агрегатах фреон-12. Очевид­но, фреон-134А следует также считать но­вым галогеносодержащим пробным веще­ством. Его молекулярная масса 102 г/моль, точка кипения -26,5 °С.
Давление пробного вещества, созда­ваемое в полости контролируемого объекта ограничивается упругостью пара веще­ства при температуре контроля. Поэтому при выборе пробного вещества наряду с другими характеристиками необходимо принимать во внимание и этот немало­важный параметр. Например, при темпе­ратуре контроля 20°С и давлении 0,6 МПа фреон-12 сжижается, поэтому контроль в этих условиях следует проводить с использованием фреона-22, сжижение кото­рого происходит при давлении, превы­шающем 0,9 МПа, или фреона-13, упругость пара которого превышает 31 МПа.
В табл. 5.5 приведена упругость пара наиболее часто используемых фреонов при различных температурах.

Таблица 5.5. Упругость пара фреонов при различных температурах

5.5. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ГАЛОГЕННОГО МЕТОДА

Галогенный метод реализуется раз­личными способами в зависимости от тех­нико-экономических и конструктивных особенностей контролируемых объектов.
Способ щупа. Его применяют для ре­гистрации утечек пробного вещества из газонаполненных объектов, находящихся под избыточным давлением. Способ щупа используется в подавляющем большинст­ве случаев применения галогенного мето­да контроля.
Галогенные течеискатели - весьма чувствительные приборы. Поэтому при наличии в контролируемом объекте боль­ших течей воздух производственного по­мещения загрязняется примесями пробно­го вещества, что отражается на работоспо­собности течеискателя - повышается и становится нестабильным фоновый сиг­нал, а при сильном загрязнении происхо­дит частичная потеря чувствительности - отравление ЧЭ.
Поэтому перед заполнением объекта пробным веществом определяют наличие грубых течей более грубыми методами (опрессовкой сжатым воздухом с регист­рацией течи акустическим методом, ульт­развуковым течеискателем, манометриче­ским способом - по падению давления и т.п.). Затем, после устранения грубых те­чей, объект заполняют пробным вещест­вом до давления выше атмосферного. Контроль галогенным методом осуществ­ляют при хорошей вентиляции помеще­ния, а в условиях конвейерного производ­ства (например, холодильные агрегаты бытовых холодильников) участок контро­ля оборудуют в виде кабины с приточно-вытяжной вентиляцией, в которой одно­временно могут находиться не более двух-трех агрегатов.
Контроль способом щупа основан на сканировании поверхности контролируе­мого объекта атмосферным преобразова­телем галогенного течеискателя. С особой тщательностью «обнюхиваются» сварные и паяные швы, разъемные соединения и т.п. При утечке на поверхности объекта вблизи места течи образуется облако фре­она, которое захватывается перемещаю­щимся преобразователем и, перетекая че­рез ЧЭ течеискателя, вызывает его реак­цию.
Поскольку фреон тяжелее воздуха, во избежание ложных отбраковок контроль начинают с верхних участков объекта.
При испытаниях имеет место некоторое запаздывание сигнала с момента захвата пробного вещества в месте его утечки, обусловленное постоянной времени течеискателя, а также временем транспорти­рования пробы к ЧЭ. Поэтому для точного определения местоположения течи в крупногабаритных объектах щуп переме­щают с ограниченной скоростью: ~ 5 ... 10 мм/с. При этом для сохранения высо­кой чувствительности контроля преобра­зователь должен находиться как можно ближе к поверхности объекта. Если кон­тролируемая поверхность имеет шерохо­ватости или углубления, препятствующие приближению преобразователя к течи, то чувствительность снижается.
Контроль с помощью щупа выполня­ется как чистым фреоном, так и смесью его с воздухом. Контроль крупногабарит­ных объектов чистым фреоном рекомен­дуется проводить по схеме рис. 5.8.
Контролируемые объекты 7-9 отка­чивают форвакуумным насосом 10, от­крыв клапаны 3 - 6, клапаны 1, 2, 13 при этом закрыты. Затем закрывают клапан 3, открывают клапан 1 и через открытые клапаны 4 - 6 из баллона 14 нагнетают фреон в объект контроля до давления вы­ше атмосферного и клапан 1 закрывают. После этого с помощью щупа, соединен­ного с регистрирующим блоком течеискателя, обследуют подозреваемые на течь места. Начинать испытания рекомендуется при пониженной чувствительности, для чего снижают ток накала эмиттера или загрубляют УПТ. Устранив грубые течи, повышают чувствительность и проводят высокочувствительные испытания. По окончании испытаний фреон собирают обратно в баллон 14 с помощью компрес­сора 11 и конденсатора 12 через открытые клапаны 2, 13, после чего в объекты пода­ют чистый воздух с последующей его от­качкой. Двукратная откачка обеспечивает остаточное содержание фреона в объекте в пределах 10-5 мг/м3.

Рис. 5.8. Схема испытаний способом щупа с использованием чистого фреона	Рис. 5.9. Схема испытаний способом щупа с использованием смеси фреона с воздухом

При контроле с использованием сме­си фреона с воздухом применяют схему, показанную на рис. 5.9.
Через клапаны 1, 3, 7, 8 в контроли­руемые объемы 4-6 вводят некоторое количество фреона и закрывают клапаны. Подачей сжатого воздуха через клапан 11 устанавливают давление смеси, необхо­димое для обеспечения требуемой чувст­вительности контроля. Преобразователем-щупом обследуют подозреваемые на течь места контролируемых объектов. По окончании контроля объекты продувают воздухом через клапаны 3, 7 – 9, 11, а ос­татки фреоно-воздушной смеси откачива­ют насосом 10 через клапан 2.
Оценка величины потока фреона через течь проводится по формуле

(5.8)

цена деления выходного прибора тече­искателя, отградуированного по течи «Галот», (м3·Па/с)/деление; α - сигнал течеискателя при обнаружении течи в объекте контроля; С - концентрация фреона (QT -величина калиброванной течи «Галот», м3 • Па/с; Qmin - среднее значение сигнала течеискателя от течи «Галот»).
Величина обнаруженной течи зави­сит от давления и концентрации пробного вещества в контролируемом объекте и оценивается по выражению
B = (Qminpa2)/C(p2- pa2)                                  (5.9)

где р - давление пробного вещества, Па; pа - атмосферное давление, Па; С - кон­центрация; Qmin - минимальный поток, регистрируемый течеискателем.
Из формулы в явном виде следует, что повышение чувствительности испыта­ний обеспечивается, во-первых, улучше­нием пороговой чувствительности аппара­туры и, соответственно, уменьшением Qmin и, во-вторых, методическим подходом - увеличением давления заполнения и кон­центрации пробного вещества. Давление можно поднять закачкой пробного веще­ства под повышенным давлением или по­вышением температуры испытуемого из­делия с введенным в его внутреннюю по­лость пробным веществом. Увеличение давления за счет нагрева эффективно в случае применения жидких пробных ве­ществ, например фреона-113.
Так, при нагреве изделия до темпера­туры 125°С давление газообразного пробного вещества повышается в 1,43 раза (пропорционально отношению абсолют­ных температур), а при использовании жидкого пробного вещества, например фреона-113, - в 18 раз в соответствии с изменением упругости пара от 0,46 • 105 до 8,1 • 105Па.
Предельные возможности испытаний способом щупа при паспортной чувстви­тельности течеискателя и использовании различных фреонов характеризуются кри­выми, показанными на рис. 5.10.

Галогенный метод контроля герме­тичности способом щупа особенно эффек­тивен при контроле объектов и изделий, в которых галогеносодержащее вещество является рабочим, например холодильных агрегатов домашних холодильников и крупногабаритного холодильного обору­дования складского и торгового назначе­ния.
Способ накопления. Способ накопле­ния при атмосферном давлении применя­ется также для контроля газонаполненных объектов, обеспечивая более высокую чувствительность и надежность по срав­нению со способом щупа.
Контролируемое изделие помещают в изолированную камеру, объем которой незначительно превосходит объем изде­лия. В камеру вводят атмосферный преоб­разователь течеискателя и фиксируют фо­новый сигнал. Затем заполняют контролируемое изделие пробным веществом до дав­ления выше атмосферного, выдерживают изделие в течение заданного времени, после чего в камеру снова вводят преобразователь. Превышение сигнала над фоновым свиде­тельствует о наличии суммарных течей с оценкой величины. Роль камер могут вы­полнять полиэтиленовые чехлы.
Способ накопления при атмосферном давлении часто используют для предвари­тельных испытаний сложных объектов. Вначале убеждаются в негерметичности объекта, а затем более трудоемким спосо­бом щупа приступают к поиску течей.
Вакуумные испытания. Способ обду­ва. Способ обдува применяют для контро­ля герметичности и определения места течей в вакуумируемых объектах. Для со­хранения высокой чувствительности ваку­умный преобразователь предпочтительно присоединять к высоковакуумной части контролируемого объекта, откачиваемого до давления р < 10-2 Па. При таком присоединении обеспечиваются более стабильная температура эмиттера и, соответственно, отсутствие колебаний фонового сигнала течеискателя, чем при установке преобразователя на форвакуу­ме. Кроме того, при таком расположении существенно снижается загрязнение пре­образователя парами масла механического насоса и увеличивается его срок службы. Нормальная работа вакуумного преобра­зователя на стороне высокого вакуума обеспечивается непрерывным обогащени­ем среды кислородом в месте расположе­ния преобразователя за счет наличия в нем кислородного инжектора.
Обдув подозреваемых на течь участ­ков вакуумной системы начинают смесью фреона с воздухом концентрации 0,1 ... 10 %, так как при наличии больших течей обдув чистым фреоном увеличивает веро­ятность отравления ЧЭ. Испытания реко­мендуется также начинать при понижен­ной чувствительности течеискателя. По мере устранения больших течей повыша­ют концентрацию фреона в смеси и чувст­вительность течеискателя. Время обдува контролируемого участка выбирают в за­висимости от параметров вакуумной сис­темы в пределах

V/S ≤ τ ≤ 3V/Sэ                     (5.10)

где V - объем контролируемого объекта, м3; Sэ- эффективная скорость откачки объекта, м3/с; τ- время обдува, с.

Вакуумные испытания. Способ фрео­новых камер. Способ фреоновых камер (чехлов) применяют для повышения объ­ективности контроля, уменьшения расхода пробного вещества и снижения загазован­ности помещений, где проводится кон­троль на герметичность. При этом способе на изделие или его участок надевают спе­циальную камеру или полиэтиленовый чехол, куда подают пробное вещество, или, наоборот, пробное вещество подают в изделие, а преобразователь размещают в камере. Таким образом, выявляют суммар­ную негерметичность изделия или его не­герметичный участок. После определения факта негерметичности сокращением площади, охватываемой чехлом, или об­дувом определяют точное местоположе­ние течи. Эффективность контроля повы­шается, если камеру (или изделие) перед напуском в нее пробного вещества вакуумировать. В этом случае повышаются концентрация пробного вещества при контроле и его распространение по всей ка­мере.

Специалисты компании Вактрон представляют малогабаритный течеискатель хладагентов

Течеискатель работаeт по способу щупа, имеeт массу 320 грамм, выполнен в форме пистолета и помещается в одной руке. Портативный галогенный течеискатель, обеспечивает достоверную регистрацию потока галогенов вплоть до 0,5 грамм в год (0,017 унций в год). Особенно эффективно применение галогенного метода при контроле изделий, в которых галогеносодержащие вещества используются в качестве рабочих (аэрозольные упаковки, холодильники, кондиционеры). Переносной течеискатель удобен для контроля герметичности крупных и протяженных объектов, для локализации течей вакуумных и пневматических систем, в том числе в полевых условиях.

Раздел 6. Масс-спектрометрический метод контроля герметичности

ПРИНЦИП МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО  МЕТОДА  КОНТРОЛЯ  ГЕРМЕТИЧНОСТИ

Масс-спектрометрический метод контроля герметичности является наибо­лее совершенным и широко применяемым в самых разных отраслях промышленно­сти. Это обусловлено его высокой чувст­вительностью и избирательностью к пробному газу, универсальностью. Метод позволяет выделить любое пробное веще­ство: твердое, жидкое, газообразное - из общей смеси веществ вне зависимости от присутствия в ней других компонентов.

Метод основан на разделении по мас­сам сложной смеси газов и паров в элек­трическом и магнитном полях. В принци­пе, любой масс-спектрометр пригоден для поиска течей и любая система, содержа­щая квадрупольный масс-спектрометр, омегатрон или другой измеритель парци­альных давлений, может быть проверена на герметичность без применения специ­альных течеискателей. По составу оста­точных газов вакуумной системы можно судить о натекании в систему воздуха или каких-либо газов. Подавая на отдельные участки поверхности проверяемой систе­мы пробное вещество и фиксируя опреде­ленные пики масс-спектра, можно выяв­лять негерметичные участки и локализо­вать места течей.

Тем не менее, развитие техники обу­словило необходимость создания специа­лизированных масс-спектрометрических течеискателей, не применяемых для газо­вого анализа, но обладающих рядом суще­ственных преимуществ по сравнению с газоаналитическими масс-спектрометрами и измерителями парциальных давлений, если речь идет о поиске течей. Эти пре­имущества состоят в следующем.

Масс-спектрометрический течеискатель имеет собственную откачную систе­му, что обеспечивает возможность про­верки любых вакуумных систем и объе­мов, откачанных до глубокого вакуума; готовых замкнутых изделий и изделий со штенгелем; отдельных узлов и деталей (замкнутых и незамкнутых), а также по­зволяет проверять на герметичность объ­екты, содержащие пробный газ, путем отбора проб из окружающего их про­странства.

Большинство масс-спектрометричес­ких течеискателей настроено на регистра­цию одного пробного газа - гелия, при этом они могут регистрировать гелий-4 и гелий-3. Гелий в весьма малых количествах содержится в атмосфере (3,8 мкм рт.ст.) и отсутствует в продуктах газовыделения вакуумных систем. Поэтому фоновые эф­фекты при работе с ним сказываются зна­чительно меньше, чем в случае применения других веществ.

Малая молекулярная масса гелия и относительно большое его отличие от эффективной массы ионов, образующих соседние пики в масс-спектре (водород Нз и углерод С++), позволяют снизить требо­вания к разрешающей способности анали­затора и применить достаточно простой малогабаритный 180-градусный магнитный анализатор с малым рабочим радиусом и широкими щелями. Благодаря этому чувст­вительность анализатора весьма высока (7,5 • 10-6 А/Па), что соответствует воз­можности регистрации парциального дав­ления гелия рmin = 1 • 10-10 Па.

Рис. 6.2. Вакуумная схема масс-спектрометрического течеискателя, работающего в режиме прямого потока: 1 - масс-спектрометрический анализатор; 2 - клапан откачки анализатора; 3 - азотная ловушка; 4 - манометрический преобразователь; 5 - калиброванная течь; 6 - клапан течи; 7 - манометрический преобразователь; 8 - входной фланец; 9 - электромагнитный клапан; 10- дросселирующий клапан; 11 - манометрический преобразователь; 12 - напускной клапан; 13 - механический насос ЗНВР-1Д; 14 -изолирующий клапан; 15 - пароструйный насос; 16- дросселирующий клапан

Масс-спектрометрический анализа­тор работает при давлении p < 1•10-2 Па в поле постоянного магнита с индукцией 0,17 ... 0,2 Тл. Газы, поступающие из ис­пытуемого объекта в анализатор, в иони­заторе 2 под действием электронного тока с катода 1 превращаются в положитель­ные ионы с зарядом е. Образовавшиеся ионы ускоряются продольным электриче­ским полем, образуя слаборасходящийся пучок с энергией, соответствующей при­ложенной разности потенциалов U, со­ставляющей обычно несколько сотен вольт. Начальная энергия ионов, связанная с их тепловым движением, мала (~0,1 В), и ею можно пренебречь.

По массам ионы анализируются в по­стоянном магнитном поле. При попадании в поперечное магнитное поле они начи­нают двигаться по окружностям, радиус r которых определяется из условия равнове­сия силы Лоренца, равной Неv, и центробежной силы, равной mv2/r (m – масса заряженных частиц; v - их скорость,  e – заряд электрона. Таким образом,

где r - радиус траектории ионов, см; H -напряженность магнитного поля, Э; U - ускоряющее напряжение, В;  М=m/e - эффективная масса ионов.
Абсолютные значения единичной массы и единичного заряда в формуле вынесены в константу.

В результате ионный пучок разлага­ется на компоненты по значениям — m/e. Через выходную диафрагму 5 на коллектор 6 попадают лишь ионы с определенным от­ношением — m/e. Ионный ток в цепи коллектора характеризует парциальное давление пробного газа. Коллектор соединен с зем­лей через высокоомное сопротивление 1012 Ом, на котором слабые токи (10-7 ... 10-12 А) создают значительные напряже­ния. Для измерения малых токов исполь­зуются электрометрические усилители постоянного тока с отрицательной обрат­ной связью, выполненные на полевых транзисторах или на интегральной микро­схеме, с последующими каскадами усиле­ния.

СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ТЕЧЕИСКАТЕЛЕЙ

Схема построения масс-спектромет­рического течеискателя определяется не­обходимостью обеспечения рабочих усло­вий анализатора, возможно большим от­бором газа из испытуемого объекта в ана­лизатор и измерением парциального дав­ления гелия с максимально возможной чувствительностью.
Долгие годы все модели выпускав­шихся течеискателей были созданы по одной вакуумной схеме, представленной на рис. 6.2.
Эта схема применяется и в современ­ных течеискателях, поскольку обеспечи­вает высокочувствительные испытания. В такой схеме поток газа от изде­лия подается непосредственно в анализа­тор, который реагирует на парциальное давление гелия, зависящее от быстроты откачки высоковакуумного насоса S:

p_He=Q/S

Величину S можно уменьшить путем регулирования дросселирующего клапана 16 и получить достаточно высокое давле­ние гелия.
В высоковакуумной части течеиска­теля, обычно на азотной ловушке, распо­лагается манометрической преобразова­тель с холодным катодом, контролирую­щий вакуум и служащий датчиком блоки­ровки (выключение накала катода, пере­крытие входного клапана) при ухудшении вакуума за пределы рабочего давления анализатора.

Применяющийся в течеискателях ПТИ-10, ТИ1-14 и ТИ1-15 (сняты с производства) паромасляный насос Н-0,025 об­ладает стабильной откачкой легких газов. Флюктуации парциального давления гелия на входе насоса не превышают 1 %. В качестве форвакуумного насоса служит обычный однолитровый механический насос ЗНВР-1Д. Применяемая азотная ловушка в схеме прямого потока очень важна. Помимо защиты анализатора от паров масел откачной системы ловушка хорошо адсорбирует пары воды, постоянно поступающие в течеискатель при смене испытуемых изделий.

В вакуумной схеме течеискателя ТИ1-15 параллельно пароструйному насосу присоединен цеолитовый насос. Применение этого насоса позволило сразу повысить чувствительность течеискателя в 100 и более раз. Впервые такая схема была предложена в течеискателях СТИ-8, СТИ-11, замененных впоследствии течеискателем ТИ1-15. В этих течеискателях предусмотрены два режима испытаний: предварительный (при откачке анализатора и испытуемого изделия паромасляным насосом) и высокочувствительный три откачке анализатора и изделия цеолитовым насосом).
Цеолитовый насос с цеолитом марки А хорошо откачивает все активные газы и практически не откачивает гелий.

Это позволило применить методику селектив­ного накопления гелия при постоянном общем давлении. В соответствии с этой методикой при работе в режиме высоко­чувствительных испытаний перекрывается паромасляный насос, в результате чего начинает линейно нарастать гелиевый фо­новый сигнал, поскольку быстрота откач­ки гелия цеолитом равна нулю. Это дало возможность применить новый способ регистрации течей - по изменению скоро­сти нарастания фонового сигнала течеи­скателя. При подаче гелия на испытуемое изделие, в котором имеются течи, про­ходит изменение (увеличение) скорости нарастания сигнала. Тангенс угла наклона этой прямой ха­рактеризует величину поступающего че­рез течи гелия и, соответственно, величи­ну течи.

Для удобства испытаний в течеиска­телях СТИ-11 и ТИ1-15 применена элек­трическая компенсация линейно нарас­тающего фонового сигнала, благодаря чему удалось как бы «положить» нарас­тающую фоновую прямую и поиск течей проводить на постоянном фоновом сигна­ле, по величине близком к нулю.
Новый способ регистрации течей ис­ключает влияние разброса фоновых харак­теристик от измерения к измерению, на­блюдающегося практически в любой от­качиваемой системе. Таким образом, из­мерение проводится на одной фоновой прямой.
В качестве селек­тивных средств откачки могут быть ис­пользованы кроме цеолитового угольный, геттерный, криогенный насосы.
Методика селективного накопления позволяет обнаруживать потоки гелия 10-14...10-15 м3Па/с.

В последних моделях течеискателей (ТИ1-22, ТИ1-30, ТИ1-50) и во всех те­чеискателях зарубежных фирм вместо паромасляного насоса применен турбомолекулярный насос (ТМН). Применение ТМН оказалось возможно благодаря созданию в 70-х годах прошлого века нового поколе­ния надежных малогабаритных насосов, выпускаемых ведущими фирмами по про­изводству вакуумной продукции.
Применение в течеискателях ТМН улучшило их характеристики и значитель­но расширило возможности течеискания, в первую очередь, позволив применить но­вую схему испытаний - схему противотока.
Схема противотока была впервые предложена Л.Е. Левиной и В.В. Пименовым на основании результатов исследова­ний системы откачки течеискателя ПТИ-7, в которую входил паромасляный насос НВО-40. Снижая мощность подогрева на­соса с номинальной 450 Вт до 220 Вт, можно было получить условия, при кото­рых быстрота откачки насоса по воздуху оставалась практически неизменной, а по гелию снижалась в 10 раз. Это происходи­ло в результате изменения структуры па­ровой струи насоса, при малой мощности подогрева становящейся «прозрачной» для гелия в результате снижения коэффициен­та компрессии.

На основе этого явления была пред­ложена новая схема испытаний - схема противотока. В соответствии с этой схе­мой испытуемое изделие (или щуповое устройство) присоединяется не к анализа­тору через азотную ловушку, а на выхлоп высоковакуумного насоса. Такая схема обладает рядом преимуществ по сравне­нию со схемой прямого потока.
Течеискание проводится при давле­нии на входном фланце до 25 Па с чувст­вительностью, сравнимой с чувствитель­ностью, получаемой в обычной схеме (см. рис. 6.2).
Клапанную систему течеискателя можно упростить, так как испытуемое из­делие откачивается только до форвакуумного давления. Из схемы может быть ис­ключена азотная ловушка, а габаритные размеры течеискателя уменьшены.
При работе по схеме противотока к насосам течеискателя предъявляются осо­бые требования. Требования к высокова­куумному насосу противоречивы: он дол­жен иметь высокий коэффициент ком­прессии по воздуху (≥ 107) и низкий по гелию (< 102). При этом насос должен обеспечивать достаточную быстроту от­качки гелия для его удаления после испы­таний.

В схеме противотока повышаются требования к форвакуумному насосу. Он должен стабильно откачивать гелий, при этом не иметь «памяти» по гелию (быстро освобождаться от остаточного гелия) и по своим характеристикам сочетаться с вы­соковакуумным насосом; насос должен быть герметичным. Первые модели малогабаритного масс-спектрометрического течеискателя, работающего по схеме противотока с паромасляным насосом Роrtа Test 925-40, 936-40, 936-60 и т.п., были выпущены фирмой "Varian" (США) в 80-х годах прошлого столетия.
Более эффективным оказалось при­менение в схеме противотока ТМН. Ко­эффициент компрессии насоса зависит от молекулярной массы газа и может регули­роваться изменением скорости вращения ротора.
Серьезные ограничения принципа противотока связаны с необходимостью оперативного удаления гелия из анализа­тора после попадания в него значительно­го количества гелия. В схеме противотока быстрота откачки гелия из испытуемого объекта и анализатора в основном опреде­ляется быстротой откачки форвакуумного насоса.

В первом отечественном течеискателе ТИ1-14М, работающем в двух ре жимах — прямого потока и противотока, - применены ТМН с быстротой откачки 150 л/с и форвакуумный насос 2НВР-5ДМ с быстротой откачки 5 л/с.
В настоящее время в зарубежных течеискателях применены специальные ТМН с промежуточной полостью между ступенями насоса. В них одна ступень (верхняя) ТМН служит насосом с проти­вотоком для откачки анализатора. При этом общее давление и фон в анализаторе не возрастают, так как вторая ступень на­соса с высоким коэффициентом компрес­сии защищает его от влияния форвакуум­ного насоса и от попадания из него паров масла. В этом случае повышается ста­бильность сигнала и уменьшается посто­янная времени течеискателя. Упрощенная схема течеискателя с ТМН показана на рис. 6.4.

Высокая чувствительность течеискания обеспечивается при работе течеиска­теля по схеме замкнутого контура (рис. 6.5). Это схема усиления потока, т.е. накопления пробного газа во время пере­ходного режима.
При измерениях после установления потока гелия в системе сначала перекры­вают клапан VЗ, а затем V2, так что поток  Q идет от входа 5 к выхлопу 4. При этом гелий накапливается в объеме между вы­хлопом 4 и клапаном VЗ, причем диффу­зионный насос препятствует обратной диффузии гелия в анализатор. После на­копления открывается клапан VЗ и гелий измеряется анализатором.

Рис. 6.4. Вакуумная схема течеискателя, работающего по схеме противотока: 1 и 2 - входные фланцы для присоединения изделий; 3 - анализатор; 4 - ТМН со средней точкой; 5 - механический форвакуумный насос; 6 - калиброванная течь; 7 – манометрические преобразователи; 8 - вход для напуска воздуха

Рис. 6.5. Вакуумная схема масс-спектрометрического течеискателя, работающего по схеме замкнутого контура: 1 - масс-спектрометрический анализатор; 2 - диффузионный насос; 3 - форвакуумный насос; 4 - выхлоп насоса; 5 - входной фланец течеискателя; VI -V4 - изолирующие клапаны; V5 - диафрагма или клапан

Большой вклад в создание нового по­коления ТМН и течеискателей с их при­менением внесли швейцарская фирма "Balzers" и фирма "Arthur Pfeiffer Vakuum" (ФРГ).
Турбомолекулярные насосы с двумя входами позволяют частично решить про­блему защиты испытуемых изделий от паров масла. Более полное решение про­блемы безмаслянности осуществлено вве­дением в качестве второй ступени ТМН молекулярного насоса (насоса Хальвека). Такие насосы могут работать при давле­нии на выходе до 3•103 Па. Поэтому в качестве предварительных могут быть использованы «чистые» насосы мембран­ного или поршневого типа.

Рис. 6.6. Сравнительная чувствительность течеискателей, работающих по различным
схемам:
1 - схема прямого тока; 2 - схема замкнутого контура; 3 - схема противотока

Сравнение трех схем испытаний - прямого потока, противотока и замкнутого контура, показывает, что наибольшая чувствительность обеспе­чивается схемой замкнутого контура при давлениях на входе < 1 Па. При более вы­соких давлениях характеристики этой схемы близки к характеристикам схемы противотока (рис. 6.6).
Давление гелия р в анализаторе для различных схем испытаний определяется как p=Q /S2   - для   прямого   потока; p=(Q /S2) ·(1/KHe) – для противотока; p=Q /S1   - для схемы замкнутого контура, где S1  и S2   - быстрота откачки соответственно форвакуумного и паромасляного насоса по гелию.
Для  схемы замкнутого контура, где S1  и S2   - быстрота откачки соответственно форвакуумного и паромасляного насосов; КUс - коэффициент компрессии паромас­ляного насоса по гелию.
По оси ординат чувствительность от­ложена в произвольных единицах.

СПОСОБЫ И СХЕМЫ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБЪЕКТОВ

Разнообразие испытуемых объектов по объему, конфигурации, рабочим харак­теристикам, требуемой чувствительности испытаний обусловливает необходимость применения различных модификаций масс-спектрометрического метода.
Эффективность применения масс-спектрометрических течеискателей - воз­можность обнаружения и локализации малых течей, оперативность контроля и надежность получаемых результатов - достигается не только благодаря их высо­ким техническим характеристикам, но и в результате правильного выбора способа и схемы испытаний.
Ниже будут приведены способы и схе­мы испытаний, которые на практике могут быть изменены за счет применения иного откачного оборудования, введения дополни­тельных линий откачки и применения раз­личной коммутирующей арматуры.

	a)
Рис. 6.7. Схема испытаний вакуумных объектов малого (а) и большого (б) объемов: 1 - масс-спектрометрический течеискатель; 2,6- механические форвакуумные насосы; 3 - калиброванная течь типа «Гелит»; 4 - испытуемый объект; 5 - высоковакуумный пароструйный или другого типа насос; 7-9-манометрические преобразователи; VI - V5 - вакуумные клапаны

Способ обдува, гелиевых чехлов (камер)

Способ обдува, гелиевых чехлов (камер) применяется при испытаниях ваку­умных установок, непрерывно откачивае­мых объектов, изделий на штенгеле, их уз­лов и деталей, элементов вакуумных систем.
Способом обдува обычно определя­ются места течей, локализуются текущие участки, а суммарная герметичность - гелиевым чехлом или камерой. В послед­нем случае повышается надежность выяв­ления течей, особенно скрытых течей и течей с большой постоянной времени.
Для применения способа обдува или чехлов (камер) может быть применена одна из вакуумных схем, представленных на рис. 6.7.
Пунктиром на рис. 6.7 показаны до­полнительные элементы, включаемые в схему, для высокочувствительных испы­таний способом накопления.
При испытаниях по схеме 6.7, а ис­пытуемый объект 4 предварительно отка­чивается механическим насосом 2, затем соединяется с течеискателем через его входные клапаны. Перед началом испыта­ний система калибруется по течи «Гелит». В результате определяется цена деления выходного прибора течеискателя:

S_Q=Q_T/∆αT,  (м3·Па/с)/мВ

где QT - величина течи «Гелит»; ∆αT - из­менение сигнала выходного прибора те­чеискателя, обусловленное поступлением гелия от течи «Гелит».
При отсутствии больших течей в из­делии и при незначительном газовыделе­нии входной дросселирующий клапан течеискателя открывается полностью, а кла­пан V1 перекрывается с тем, чтобы весь газ из объекта поступал в течеискатель и обес­печивалась максимальная чувствитель­ность испытаний. После стабилизации фо­нового сигнала течеискателя на внешнюю оболочку изделия подается гелий. Величи­на течи определяется по значению регистрируемого потока гелия Q от изделия:

Q= S_Q ∆αT

где ∆αT - изменение сигнала течеискателя над уровнем фона при подаче гелия на изделие.
Реакция течеискателя на обнаружен­ную течь определяется изменением парци­ального давления гелия в анализаторе  ∆p. Величина ∆p зависит от параметров те­чеискателя, вспомогательного оборудова­ния, проверяемого объекта и условий про­верки. При отключенном вспомогатель­ном насосе

∆p = (Q/Sэ)/(1-e(-t/τ)) 

где Sэ - эффективная быстрота откачки гелия из анализатора; t — время поступле­ния гелия через течь; τ - постоянная вре­мени, характеризующая инерционность изменения сигнала,

τ=(V_T+V_C+V)/ Sэ

где V_T - объем высоковакуумной части течеискателя; V_С - объем вспомогательной системы; V - объем проверяемого изделия.
При длительной подаче гелия, когда t>>τ, ∆р ≈Q/S, давление гелия в анализаторе может быть увеличено путем уменьшения Sэ дросселирующим клапаном течеискателя (клапан 16 на рис. 6.2). Дросселирование эффективно для изделий c незначительным газовыделением и фоновым потоком. При этом быстрота откачка уменьшается не более чем в 5 ... 10 раз значительно увеличивается τ, что следует учитывать при выборе времени подач гелия на изделие. Увеличение τ приводит к тому, что изменение давления гелия анализаторе становится независимым от быстроты откачки SЭ, уравнение (6.5) приобретает вид

∆p ≈ (Q_T)/( V_T+V_C+V)

и режим испытаний переходит в режим накопления.

Для испытаний небольших изделий повышенной чувствительностью вспомогательную систему дополняют адсорбционным цеолитовым насосом (5 на рис. 6.7, а) или другим селективным средством откачки. Цеолитовый насос позволяет поддерживать во вспомогательной системе и течеискателе низкое давление остаточных газов при дросселировании откачки, что способствует стабильной работе масс-спектрометрического анализатора.
При наличии в проверяемом изделии больших течей или при большом газовыделении, когда общий газовый поток превышает  максимальный рабочий поток течеискателя (~ 10-4 м3•Па/с), испытания эффективнее проводить в режиме проти­вотока. Режим противотока предусмотрен в течеискателях ТИ1-14М, ТИ1-20 и ТИ1-22. Чувствительность испытаний в режиме противотока примерно в 100 раз хуже чувствительности в режиме прямого потока. При испытаниях течеискателем ТИ1-14М в режиме противотока увеличи­вается инерционность сигнала, поскольку в данном случае постоянная времени т определяется отношением объема изделия Vк эффективной быстроте откачки SЭ’, из него гелия механическим насосом (τ=V/ SЭ’). При применении течеискателя ТИ1-22 инерционность сигнала в режиме противотока снижается за счет откачки гелия из изделия нижней ступенью ТМН.

Если при испытаниях применяется течеискатели старых моделей, типа ТИ1-14 или др., а также при большом газовыделении или наличии больших те­чей в плохо откачиваемом изделии, кото­рые необходимо обнаружить, испытания проводятся при откачке изделия вспомо­гательным насосом 2 (рис. 6.7). Чувстви­тельность снижается, но появляется воз­можность выявления больших течей.

Область применения схемы рис. 6.7, а ограничивается объектами небольшого объема (не более нескольких десятков литров). Для объектов большого объема целесообразно применение схемы рис. 6.7, б. В схеме предусмотрены две линии предварительной откачки - механическим насосом и высоковакуумным. Течеиска­тель подключен к линии форвакуумной откачки высоковакуумного насоса. Такое присоединение позволяет при малом газо­выделении и натекании отсоединить насос предварительного разрежения и весь газ из проверяемого объекта направить в течеискатель. В случае большой газовой нагрузки испытания ведутся при работающем механическом насосе.
Преимущество схемы на рис. 6.7, б перед схемой на рис. 6.7, а заключается в значительном снижении инерционности сигнала течеискателя при испытаниях объектов большого объема за счет значи­тельной быстроты откачки S'Э, обеспечиваемой пароструйным насосом (τ'=V/ S'Э)
При прокачке всего газа через течеискатель

∆p = (Q/Sэ)·((( τ' (1-e(-t/τ))- τ (1-e(-t/τ)))/( τ'-τ))

 

где τ=(VT+VC)/ SЭне зависит от объема проверяемого объекта.
В схеме на рис. 6.7, б требования, предъявляемые к насосу предварительного разрежения, определяются главным обра­зом общей газовой нагрузкой. Пределы обнаружения течей, реально достигаемые при испытаниях, определяются общим газовыделением проверяемого объекта и фоновым потоком гелия, выделяемого всеми элементами системы испытаний.
Для получения высокой чувствитель­ности при испытаниях объектов большого объема система должна тщательно гото­виться, необходима длительная откачка, а если требуется, и термическое обезгаживание; в присоединительной оснастке, во всех соединениях системы течи должны отсутствовать.

Способ накопления в вакууме

Способ основан на накоплении пробного газа - гелия, проникающего через течи в изделии; откачке всех накопившихся ак­тивных газов селективным средством от­качки; регистрации гелия анализатором течеискателя по изменению его сигнала. Этот способ применяют для обнаружения малых потоков гелия (до 10-14 м3•Па/с).
Известно несколько вариантов реали­зации способа накопления, отличающихся местом расположения селективного средства откачки, способом поступления на­копленного гелия в анализатор и способом его регистрации.
Выбор того или иного варианта зави­сит от проверяемого изделия - его нормы герметичности, объема, условий испытаний.
В течеискателях СТИ-11 и ТИ1-15 (сняты с производства) для испытаний изделий в высокочувствительном режиме применен цеолитовый насос, присоеди­ненный параллельно основному паромасляному насосу. Гелий накапливается в объеме анализатор - цеолитовый насос - испытуемое изделие. Поток гелия измеря­ется по изменению скорости нарастания сигнала течеискателя после подачи гелия на изделие (см. рис. 6.3) в соответствии с формулой

Q=spVн(∆αT/∆tH )

где ∆αT/∆tH - изменение скорости нарастания сигнала течеискателя за время накопле­ния, мВ/с; Vн - объем накопления, м3; sр- цена деления выходного прибора течеи­скателя, Па/мВ.
Порог чувствительности в режиме высокочувствительных испытаний опре­деляется формулой

Qmin=2∆αФsp (VН/∆tH )

где ∆αФ - максимальная амплитуда флюк­туации нарастающего фонового сигнала, мВ.
В этих условиях время накопления не превышает 10 ... 15 мин.
Практически при малых амплитудах колебаний нарастающего фонового сигна­ла порог чувствительности течеискателя принимается равным 2 % от фонового по­тока:

Qmin=2%Q_Ф 

Для повышения чувствительности испытаний, особенно в условиях высокого фона, может быть применен другой вари­ант накопления, в котором накопление гелия проводят в объеме изделия или ва­куумной камере, где размещено заполнен­ное гелием изделие. В этом случае время накопления может быть увеличено, по крайней мере, в 10 ... 20 раз. При этом анализатор откачивается основным насо­сом в течение всего времени накопления, и только перед началом и во время пере­пуска накопленных в изделии газов его отсоединяют от основного насоса, про­должая откачку цеолитовым насосом. Пе­репускаемые газы вызывают сначала всплеск сигнала течеискателя, а после от­качки всех активных газов цеолитовым насосом устанавливается определенная скорость нарастания гелиевого сигнала.
На рис. 6.8 приведена запись сигнала течеискателя на ленте самопишущего потенциометра, иллюстрирующая перепуск накопленной порции газа с гелием из из­делия с течью в режиме накопления.

В соответствии с рис. 6.8 в точке 1 перекрыт паромасляный насос, происхо­дит линейное нарастание фонового сигнала ∆αФ /∆t ); в точке 2 проведен перепуск накопленных в изделии газов; в точке 3 ус­танавливается нарастание гелиевого сиг­нала с несколько большей скоростью, чем фонового сигнала; в точке 4 присоединен паромасляный насос.

О степени негерметичности судят по разности нарастающих сигналов течеиска­теля ∆α: минимального, установившегося после перепуска накопленных газов, и фонового, определенного в тот же момент после перепуска путем экстраполяции фоновой прямой.
Поток гелия и в этом варианте вы­числяют по формуле (6.9), а порог чувст­вительности - в соответствии с формулой

Qmin=α_Д (sp/∆t_H )

где αД - минимальный достоверный сиг­нал от течи, поддающийся регистрации, мВ, αД = 2δαФ - разброс фоновых сигналов при перепуске, мВ; Sq - цена деления выходного прибора течеискателя, м3 • Па/с. При малых значениях δαФ величину αД  принимают равной 2 % от шкалы регистрации.

Рис. 6.8. Запись сигнала течеискателя фонового  и при перепуске накопленных газов из изделия с течью

Если в вакуумной системе течеискателя отсутствует селективное средство откачки, испытания способом накопления могут быть проведены по схеме рис. 6.7, а с присоединением селективного насоса 5. Накопление  может быть проведено в нескольких изделиях одновременно с небольшим интервалом начала накопления в каждом изделии для последующего по­лного перепуска накопленных газов в анализаторе.

Накопление гелия, как и в предыдущем варианте, осуществляется в объеме испытуемых изделий. По окончании накопления газы перепускают в объем цеолитового насоса 5, и после установления равновесного давления быстрым вскрытием клапана V3 (см. рис. 6.7, а) накопленный гелий перепускают в анализатор течеискателя. Анализатор при всех операциях постоянно находится под откачкой. Сигнал регистрируют по его максимальному значению в момент перепуска.
Степень негерметичности определя­ют по разности максимальных сигналов течеискателя в результате перепуска на­копленных газов при подаче гелия и фо­нового накопления.

Способ вакуумной камеры

Этот способ применяют при проверке суммар­ной герметичности газонаполненных из­делий, работающих при избыточном дав­лении или при давлении ниже атмосфер­ного. На практике этот способ часто назы­вают барокамерным. Он годится для ши­рокого круга объектов - от миниатюрных изделий приборостроения до космических аппаратов.

Для испытаний проверяемое изделие помещают в откачиваемую камеру. Ваку­умная камера присоединяется к откачной установке по одной из схем на рис. 6.7 (аналогично проверяемому изделию), гер­метично закрывается, откачивается и со­единяется с течеискателем. Иногда одно­временно с камерой откачивается и внут­ренняя полость изделия, если это преду­сматривается процессом испытаний. Ва­куумирование полости изделия в последующем облегчает доступ гелия к течам, расположенным в труднопродуваемых полостях. В ряде случаев одновременная откачка камеры и изделия проводится с целью избежания деформации последнего. После стабилизации в камере общего дав­ления и фонового сигнала течеискателя в изделие вводится гелий. Систему испытаний калибруют по калиброванной течи «Гелит», установлен­ной на камере.

Чувствительность испытаний может быть повышена путем накопления гелия в вакуумной камере при отключенном ос­новном средстве откачки и присоединен­ном селективном насосе (см. схему на рис. 6.7, а).
Возможности обнаружения течей спо­собом вакуумной камеры лимитируются в основном теми же факторами, что и при испытаниях гелиевой камерой. Инерцион­ность системы в этом случае зависит не от объема внутренней полости изделия, а от свободного объема вакуумной камеры.

Способ вакуумных присосок и ме­стных вакуумных камер

Данный способ является разновидностью способа вакуум­ной камеры и применяется для испытаний газонаполненных объектов (как правило, крупногабаритных) и незамкнутых эле­ментов. Этим способом проверяются от­дельные элементы и участки проверяемо­го объекта.

Присоску устанавливают на проверяе­мый участок поверхности, с противополож­ной стороны которой подают гелий. На не­замкнутые элементы гелий подается с по­мощью полиэтиленового (наклеиваемого на поверхность, например, липкой лентой) или резинового чехла. Присоску предварительно уплотняют, откачивают механическим насо­сом и соединяют с течеискателем. Неболь­шой ее объем позволяет проводить испыта­ния по схеме на рис. 6.7, а с использованием вспомогательного насоса небольшой произ­водительности.
Порог чувствительности способа присосок оценивается по формуле и в значительной мере зависит от величины ∆αФ. Последняя определяется как разность максимального и минимального фоновых сигналов течеискателя при многократных переуплотнениях присоски на заведомо герметичном участке проверяемой по­верхности:

Qmin=2∆α_ФS_Q

Сложная конфигурация испытуемых объектов требует набора различных при­сосок, обеспечивающих проверку пло­ских, цилиндрических и сферических по­верхностей различного радиуса.
Присоски представляют собой жест­кие металлические пластины различной формы с резиновыми уплотнительными элементами. Если состояние поверхностей и швов не позволяет получить под присос­кой давление < 1 Па, применяют присоски с двойными уплотнительными элемента­ми, пространство между которыми отка­чивают вспомогательным механическим насосом. Из-за недостаточно хорошей герметизации присосок на проверяемой поверхности чувствительность испытаний способом присосок невысока.
Для испытаний кольцевых швов при­меняют разъемные вакуумные камеры, соединяемые с течеискателем. В камере создается вакуум, а в объект, например трубопровод, подается гелий под избы­точным давлением.

Способ щупа

Он применяется для локализации течей в изделиях, работаю­щих под избыточным давлением и содер­жащих в наполнении гелий, а также для определения негерметичности изделий в ходе испытаний способом накопления в чехлах при атмосферном давлении с лока­лизацией текущих участков.
Вакуумная схема испытаний спосо­бом щупа представлена на рис. 6.11.

Щуп представляет собой засасываю­щее устройство с определённой проводи­мостью, присоединяемое ко входу течеискателя прямого потока или противотока, которое обеспечивает прохождение через него в течеискатель потока газа величиной 2•10-2 м3•Па/с, являющегося оптималь­ным для испытаний.
Вспомогательный механический на­сос 2 обеспечивает прокачку через щуп потока, в 50 ... 100 раз превышающего максимальный рабочий поток течеискате­ля. Это обеспечивает максимальный за­хват гелиевого облака из окружающего пространства и уменьшает время реакции течеискателя на изменение концентрации гелия в отбираемом газе.
Если требование к чувствительности испытаний не обеспечивается, она может быть повышена путем присоединения ме­жду щупом и течеискателем цеолитового насоса. Механический насос на время ис­пытаний отключается. Цеолитовый насос поглощает большинство газов, отбирае­мых щупом, кроме гелия, который посту­пает в течеискатель. Давление на входе в течеискатель существенно снижается, так что при низком фоне гелия можно полно­стью открыть входной дросселирующий клапан течеискателя и задросселировать откачку анализатора. При стабильном фо­новом сигнале его удается скомпенсиро­вать для работы на чувствительных шка­лах течеискателя.

Применение цеолитового насоса по­зволяет повысить порог чувствительности течеискания до 5•10-11 м3•Па/с.
В комплект течеискателя ТИ1-15 входит цеолитовая колонка со специаль­ным переходным фланцем, дающим воз­можность присоединять ее между щупом и течеискателем.

Рис. 6.11. Вакуумная схема испытаний способом щупа: 1 -масс-спектрометрический течеискатель; 2 - механический форвакуумный насос; 3 - щуп; 4 - цеолитовый насос; 5 - манометрический преобразователь; V- изолирующий вакуумный клапан

В простейшем случае такая колонка представляет собой наполненную адсор­бентом (цеолитом, активированным уг­лем) U-образную трубку, охлаждаемую жидким азотом.
Если при испытаниях не требуется столь высокая чувствительность, щуп можно присоединить к линии противотока течеискателя ТИ1-14М или ТИ1-22.
Щуп входит в комплект всех масс-спектрометрических течеискателей и яв­ляется регулируемым клапаном-натекателем, который с помощью гибкого вакуум­ного шланга соединяется с течеискателем.

Щуп с соединительным шлангом мо­жет быть заменен более простым и удоб­ным капиллярным щупом. Последний представляет собой длинный гибкий ка­пилляр с распределенным вакуумным со­противлением, изготовленный из материа­ла с малой сорбционной способностью по гелию, например из нержавеющей стали, пластмассы и т.п. При длине 2 ... 5 м оп­тимальная проводимость капиллярного щупа достигается при диаметре отверстия 0,1 ... 0,2 мм. Капиллярный щуп не требу­ет регулировки и обеспечивает высокую стабильность газового потока.
Для уменьшения фонового сигнала течеискателя, вызываемого гелием, со­держащимся в окружающем воздухе, из­готовляют специальные конструкции щу­пов с газовой завесой. Такой щуп имеет два концентрических канала, внутренний из которых служит для отбора газа в те­чеискатель, а по наружному в контроли­руемую зону подается газ, не содержащий гелий. Такое устройство облегчает испы­тания и позволяет обнаруживать места течей величиной  < 10-9 м3 • Па/с.

При испытаниях щуп с определенной скоростью перемещают вдоль проверяе­мой поверхности. Повышенная концен­трация гелия у входа в щуп вызывает из­менение сигнала течеискателя и свиде­тельствует о наличии течи в данном месте изделия.
Чувствительность и объективность испытаний способом щупа зависят от ско­рости перемещения щупа и от взаимного расположения щупа и течи. Это связано с тем, что концентрация пробного газа в пространстве, окружающем течь, резко снижается с удалением от течи. На рис. 6.12 приведен типовой график снижения реакции течеискателя в зависимости от расстояния между течью и щупом.

Рис. 6.12. Изменение реакции течеискателя в зависимости от расстояния между щупом и калиброванной течью

Шероховатость сварных швов, на­плывы, углубления препятствуют при­ближению щупа к течи.
Невоспроизводимость результатов испытаний обусловливается изменением концентрации гелия в окружающем воз­духе, работой вентиляции и другими фак­торами. Поэтому нельзя рассчитывать на достоверную количественную оценку об­наруженной утечки.
Влияние перечисленных факторов может быть уменьшено, если применять щупы со специальными насадками, повто­ряющими профиль контролируемой по­верхности и образующими замкнутую полость у течи. Эффективно также ис­пользование специальных объемов накоп­ления - чехлов.
Система щупа калибруется по течи типа «Гелит» со специальной насадкой или по газовой смеси.

Способ накопления в чехлах при атмосферном давлении

Этот способ применяется для определения суммарной негерметичности изделия или выявления негерметичных участков поверхности. Он применим в основном для испытаний крупногабаритных газонаполненных объ­ектов, которые нельзя разместить в ваку­умной камере.
Способ предусматривает помещение изделия в чехол или перекрытие отдель­ных участков контролируемой поверхно­сти чехлами, уплотняемыми на ней так, что образуются замкнутые полости. Чех­лы, как правило, изготовляются из эла­стичных пластмасс, но иногда применя­ются и менее удобные жесткие чехлы.
Величина утечки определяется по изменению концентрации гелия в чехле, регистрируемой щупом течеискателя в начале и конце накопления.
На контролируемом участке поверх­ности может существовать несколько те­чей, от величины и места расположения которых будет зависеть распределение концентраций в объеме чехла. Можно считать, что в результате диффузионного обмена в объеме чехла установится неко­торое распределение концентраций, «про­филь» которого не меняется во времени при изменении абсолютных величин кон­центраций. В общем случае изменение парциального давления гелия в каждой точке пространства чехла рч во времени будет происходить по экспоненциальному закону. 
О наличии течи и ее величине можно судить по изменению концентрации гелия в любой точке изолированного простран­ства. Чтобы выяснить, имеется в изделии одна или несколько течей, необходимо измерять концентрацию гелия в несколь­ких точках.
Изменение абсолютного давления ге­лия в каждой точке пространства под чех­лом при его накоплении на уровне устано­вившегося профиля концентрацией опре­деляется выражением

∆pч=(QT/Vч)∆t_Н 

где QT - величина суммарной утечки гелия; Vч - объем чехла; tН - время накопления.
Парциальное давление гелия рч в ка­ждой точке чехла в общем виде можно характеризовать уравнением

pч=U(x,y,z)+N+(Q_T/Vч)t_Н

где U(х, у, г) - функция распределения гелия в объеме чехла; N - постоянная, оп­ределяемая проницаемостью материала чехла для гелия и качеством уплотнения чехла на поверхности.
Нетрудно показать, что минимальная регистрируемая течеискателем со щупом утечка гелия может быть записана в виде

Qmin=(∆α_Ф/α_Ф )γв(Vч/t_Н)

где ∆αФ/αФ относительная нестабильность фонового сигнала течеискателя; γв - кон­центрация гелия в воздухе.

Как видно из формулы (6.16), пре­дельные возможности способа чехлов ли­митируются уровнем и стабильностью фона системы щупа и чехла, а также вре­менем накопления, зависящим от качества уплотнения чехла и проницаемости его материала для гелия.
Ограничения, связанные с возмож­ным временем накопления, могут быть сведены к минимуму. Отношение ∆αФ/αФ можно сделать небольшим, совершенствуя откачную систему. Принципиальные ог­раничения связаны с величиной  γв. Для устранения этого ограничения объем чех­ла продувают газом, не содержащим ге­лия, например чистым азотом. Практика показывает, что для чехлов, заполненных воздухом, достигается значение  Qmin≈ 8 • 10-9 м3 • Па/с, а для чехлов с азотом Qmin≈ 1,5 • 10-10 м3 • Па/с.

КАЛИБРОВКА ТЕЧЕИСКАТЕЛЯ

Калибровка течеискателей проводится для возможности количественной оценки чувствительности и величины обнаруживаемых течей.
Для калибровки течеискателей при­меняются калиброванные течи «Гелит-1» и «Гелит-2», обеспечивающие постоян­ные, стабильные потоки гелия в диапазоне 10-8... 10-11 Вт.
Течь «Ге­лит» входит в состав всех отечественных масс-спектрометрических течеискателей. Кроме того, в комплектацию течеискателя входит «Гелит-1» с максимальным пото­ком гелия (~ 10-8 Вт) и со специальной насадкой, обеспечивающей точечный ис­точник гелия с потоком той же величины, что указана в паспорте на течь. Эта течь предназначена для калибровки способа щупа.
В результате калибровки определяют чувствительность течеискателя К:

К=(α_T-α_Ф)/Q_T 

где QT - поток гелия от калиброванной течи, м3•Па/с; αT - установившийся сигнал течеискателя при измерении гелиевой течи, мВ; αФ - фоновый сигнал течеиска­теля, мВ.
На практике удобно пользоваться це­ной деления S_Q выходного прибора течеи­скателя, равной 1/К.
Порог чувствительности течеискате­ля - минимальный поток пробного газа, регистрируемый течеискателем:

Qmin=2∆α_ФS_Q, м3·Па/с

где ∆αФ - максимальная амплитуда флюк­туации фонового сигнала, мВ.
Если ∆αФ = 0, то вместо 2∆αФ следует применять минимальный достоверный сигнал, поддающийся отсчету.
Чувствительность и порог чувстви­тельности течеискателя могут отличаться от аналогичных величин системы испыта­ний, поскольку они зависят кроме чувст­вительности течеискателя от характери­стик испытуемого объекта: объема, газо­выделения, параметров вспомогательного оборудования, способа и схемы испыта­ний, способа и времени подачи пробного газа на течь. С учетом этого при испыта­ниях, особенно крупногабаритных объек­тов и установок, калиброванную течь сле­дует устанавливать на контролируемом изделии или вспомогательном оборудова­нии по возможности ближе к контроли­руемому участку.
В случае испытаний способом накоп­ления, когда отсутствует откачка гелия, чувствительность характеризуют мини­мальным количеством гелия, поддающим­ся регистрации:

∆qmin=(∆αmin/K1)V_H, м3·Па/с

где ∆αmin - минимальный достоверный сигнал течеискателя, мВ; К1 - чувствительность анализатора, мВ/Па,  K1 = (α-αФ)/pT (pT - парциальное давление гелия, Па); Vн - объем накопления, м3.

Если общий газовый поток контролируемого изделия QΣ велик и превышает максимально допустимый поток для течеискателя, при испытаниях способом щупа часто чувствительность течеискания определяют  минимальной регистрируемой концентрацией γmin. Калибровку в этом случае осуществляют с помощью аттестованных смесей с известной концентрацией гелия.

Раздел 7. Техника безопасности

7. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ САНИТАРИИ

7.1. Требования безопасности при проведении контроля герметичности

7.1.1. К выполнению работ по контролю герметичности допускаются лица, прошедшие обучение по технике безопасности и специальный инструктаж по правилам безопасности, электробезопасности и пожарной безопасности, усвоившие правильные и безопасные методы работы. Проверка знаний техники безопасности осуществляется в порядке, установленном на предприятии.

7.1.2. При проведении контроля герметичности детали, сборочные единицы и изделия должны быть закреплены или находиться на прочном фундаменте. При необходимости вокруг испытываемых изделий должны быть сделаны ограждения.

7.1.3. При проведении работ по контролю заземление аппаратуры должно осуществляться медным проводом сечением не менее 2,5 мм².

7.1.4. Внутри металлоконструкций дефектоскописты должны работать в касках.

7.1.5. При работе в монтажных условиях подключение аппаратуры к сети электропитания и отключение от нее по окончании работы должны выполняться дежурным электромонтером. Перед включением аппаратуры необходимо убедиться в наличии надежного заземления.

7.2. Требования безопасности при эксплуатации гелиевых, галоидных течеискателей и люминесцентной аппаратуры

7.2.1. При работе с гелиевыми, галоидными течеискателями, люминесцентной аппаратурой должны соблюдаться требования, изложенные в Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

7.2.2. При работе с гелиевыми течеискателями необходимо выполнять следующие требования:

- течеискатели ПТИ-7, ПТИ-10 и др. должны быть заземлены, подсоединительные электрические кабели должны иметь изоляцию;

- зона испытаний должна быть ограничена предупреждающими плакатами;

- чистку камеры масс-спектрометра гелиевого течеискателя и смену катода разрешается проводить только после предварительного снятия напряжения и выключения фишек, подводящих питание, так как на манометр подается высокое напряжение 2500 и 1250 В;

- запрещается выполнять замену радиоламп без отключения фишки питания радиоблоков;

- регулировку и настройку гелиевых течеискателей необходимо проводить, имея под ногами диэлектрический коврик;

- ремонт и чистку схемы блоков питания следует осуществлять при полной остановке прибора и снятом электропитании;

- эксплуатацию гелиевых течеискателей необходимо проводить при закрытой на ключ дверце блоков питания и опущенной верхней крышке.

7.2.3. После окончания работ следует:

- выключить течеискатели;

- снять давление с испытуемых конструкций;

- закрыть баллоны с гелием;

- снять плакаты с охранной зоны.

7.2.4. При работе с галоидными течеискателями необходимо выполнять следующие требования:

- недопустимо наличие на участке накаленных поверхностей и открытого пламени;

- контроль должен проводиться на расстоянии не менее 5 м от мест проведения сварочных работ

7.2.5. При работе с источниками ультрафиолетового излучения должна быть включена приточно-вытяжная вентиляция.

При осмотре в лучах ультрафиолетового света следует предохранять глаза защитными очками.

7.3. Требования безопасности при работе с баллонами, находящимися под давлением

(Следует руководствоваться Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением).

7.4. Требования обращения с сосудами Дьюара и пользование жидким азотом при заливке охлаждаемых ловушек.

7.4.1. Сосуды Дьюара должны быть окрашены в черный цвет с надписью "Азот" или серой эмалью и маркированы краской черного цвета. Пользование жидким газом из сосудов другого цвета категорически запрещается.

7.4.2. Бросать, ронять или резко встряхивать сосуды Дьюара воспрещается.

7.4.3. Запрещается переноска сосудов с азотом в одиночку. Переноска разрешается лишь вдвоем, по одному человеку на каждую ручку с двух сторон сосуда.

7.4.4. Запрещается ставить сосуды с жидким азотом ближе, чем 1м от батарей отопления или других источников тепла.

7.4.5. Заливать в охлаждаемые ловушки азот следует через металлическую воронку с высокими бортами диаметром не менее 120 мм непосредственно из сосуда или последовательно, сначала в металлический тонкостенный стакан с длинной ручкой, а затем из стакана через воронку - в ловушку. Диаметр стакана должен быть не менее 80 мм, длина ручки - не менее 400 мм.

Приспособления для заливки азота (стакан, воронка) перед использованием должны быть обезжирены.

7.4.6. Запрещается находиться работникам, не проводящим заливку ловушек, в непосредственной близости от места заливки.

7.4.7. Категорически запрещается курить и зажигать спички работникам, осуществляющим заливку.

7.5. Требования безопасности при работе с механическими и пароструйными вакуумными насосами

7.5.1. Все вращающиеся части насосов (маховики) должны быть защищены кожухами. Насосы должны быть надежно укреплены на фундаменте.

7.5.2. Питание механических вакуумных насосов осуществляется от 3-фазной сети переменного тока 220/380 В, в связи с чем необходимо насос заземлить.

7.5.3. Для проведения работ, связанных с применением механического насоса, необходимо:

- установить механический насос в местах, удаленных от прохода, в соответствии с планировкой, согласованной со службами техники безопасности;

- вращающуюся часть насоса устанавливать так, чтобы возможен был к нему подход с противоположной стороны;

- не загромождать посторонними предметами место установки насоса;

- откачку больших объемов с атмосферного давления следует вести при не полностью открытом клапане для предотвращения выброса масла из насосов;

- после остановки механического насоса в него необходимо подать атмосферный воздух;

- запрещается проводить залив масла во время работы насоса.

7.5.4. Пароструйные насосы должны иметь исправные нагреватели и токопроводящие провода. Вблизи нагревателя не должно находиться воспламеняющихся предметов.

7.5.5. После полной остановки пароструйного насоса необходимо перекрыть систему охлаждения.

7.6. Требования безопасности при контроле гидравлическими способами

7.6.1. При контроле гидравлическим, люминесцентно-гидравлическим и гидравлическим с индикаторным покрытием способами необходимо соблюдать инструкции по технике безопасности при производстве гидравлических испытаний оборудования и труб, разработанные предприятием, проводящим контроль.

7.6.2. При проведении испытаний должен осуществляться контроль за выполнением всех требований безопасности и за состоянием опрессовочного оборудования, арматуры и оснастки.

7.6.3. Манометры должны быть проверенными и опломбированными.

7.6.4. Запрещается исправлять обнаруженные дефекты в системе, находящейся под давлением.

7.6.5. У входа в помещение вывешиваются плакаты, запрещающие вход посторонним лицам во время опрессовки изделий при испытаниях.

7.6.6. При подъеме давления в испытуемых системах дефектоскописты должны находиться в безопасном месте.

7.6.7. Операции нанесения индикаторного покрытия, проникающих жидкостей и адсорбирующего покрытия и удаления их с поверхности должны выполняться при включенной приточно-вытяжной вентиляции.

7.6.8. Все работы с применением люминесцентных жидкостей следует осуществлять в резиновых или хлопчатобумажных перчатках.

7.6.9. Наносить проявляющие составы следует в белых хлопчатобумажных перчатках, предварительно проверенных в ультрафиолетовом свете на отсутствие следов индикаторной жидкости.

7.6.10. Приготовление дефектоскопических материалов на участке производства работ запрещается.

8. Литература по курсу

1. Ланис В.А., Левина Л.Е. Техника вакуумных испытаний. М., 1963
2. Клюева В.В.. Неразрушающий контроль: справочник. Т.2
3. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. Л., 1990
4. Кеменев В.Н., Нестеров С.Б. Вакуумная техника и технология. М.,издательство МЭИ, 2000
5. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей
6. Руководство по эксплуатации течеискателей ТИ1-30, ТИ1-22 («ГЕЛМАСС»), ТИ1-50, ТИ2-8

Вы можете скачать документ Скачать

БЛАГОДАРИМ ВАС ЗА ПРОХОЖДЕНИЕ КУРСА «Устройство и эксплуатация вакуумных приборов» ОН-ЛАЙН!

Союз специалистов

Союз специалистов — наш новый профессиональный проект. Цель — чтобы инженеры и специалисты в области вакуумной техники и смежных дисциплин могли пользоваться профессиональными услугами друг друга. С этими людьми вы можете иметь дело в расчёте на профессионализм, лояльные цены, внимательное и доброе отношение.

Приглашаются: Инженер-конструктор, инженер-электроник, инженер вакуумной техники, оператор-специалист по вакуумному напылению, сервисный инженер вакуумного оборудования, научные работники, студенты и аспиранты специальностей, связанных  вакуумной техникой.

В теме письма пишите Союз специалистов, отправляйте на адрес Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. Присылайте своё фото, описание услуг и контакты на рассмотрение заявки. Все заявки в Союз специалистов размещаются бесплатно. Желаем вам удачи в совместном сотрудничестве!

 

На сайте Союза специалистов по контролю герметичности представлены материалы, которые могут быть полезны инженерам, научным работникам и студентам. Материалы взяты из открытых общедоступных источников с использованием не запрещенных законом технологий, авторы статей всегда указаны в начале материала. Статьи и материалы представлены исключительно в справочных и образовательных целях.

В случае, если авторы и/или правообладатели будут возражать против нахождения их материалов в открытом доступе, спорные материалы будут немедленно изъяты из публикаций на сайте. 

В связи с новой политикой конфиденциальности и ранжирования информации поисковыми системами Google и Yandex сайты, на которых появляется проиндексированная ранее информация без ссылки на исходный материал, не отображаются в результатах поиска, теряют позиции по ключевым словам. Основной домен такого сайта может быть помещен в черный список Google и Yandex.

Поэтому мы рекомендуем при копировании полезных материалов, статей и технических обзоров указывать ссылку на сайт-источник информации в целях сохранения позиций в поисковой выдаче. При условии сохранения ссылки, мы  приветствуем распространение материалов, созданных участниками Союза специалистов по контролю герметичности.

Мы рады сотрудничеству и обмену технической информацией в сфере ваккумной техники. Для публикации работы на нашем ресурсе, свяжитесь с нами, используя раздел Контакты.