Helium test wissen

Heliumprüfung ist ein Prüfverfahren, bei dem nach dem Vakuumieren des zu prüfenden Werkstücks Heliumgas mit einem bestimmten Druck eingefüllt wird. Das Werkstück befindet sich in einer Vakuumkammer, die bestimmte Anforderungen an den Vakuumgrad hat, und die Vakuumkammer ist mit dem Lecksuchgerät für Helium-Massenspektrometrie verbunden. Wenn das Werkstück ein Leck hat, kann das in die Vakuumkammer eindringende Heliumgas durch das Helium-Massenspektrometrie-Lecksuchgerät nachgewiesen werden. Mit dem Werkstück verbunden ist eine Gasrückgewinnungsanlage, die vor und nach der Lecksuche das Befüllen und die Rückgewinnung des Heliumgases ermöglicht.

(1) Tragbar: Die in vielen Ländern eingeführten kleinen tragbaren Lecksuchgeräte sind nicht nur sehr empfindlich, sondern auch leicht zu transportieren, was die Arbeit im Freien und in großen Höhen erheblich erleichtert.

(2) Lecksuche bei hohem Druck: Der Druck an der Leckstelle kann bis zu mehreren Hundert Pascal betragen, was für die Prüfung großer Systeme und von Werkstücken mit großen Leckagen sehr vorteilhaft ist.

(3) Hoher Automatisierungsgrad: Automatische Kalibrierung des Helium-Peaks, automatische Nullpunktanpassung, automatische Bereichsumschaltung, automatische Datenverarbeitung, externe Druckeranschluss. Das gesamte Gerät wird von einem Mikrocomputer gesteuert, mit Menüauswahlfunktion, und mit einem Knopfdruck kann der gesamte Lecksuchprozess abgeschlossen werden.

(4) Vollständig ölfreie Trockenlecksuche: Einige hergestellte Lecksuchgeräte können mit Trockenpumpen betrieben werden, um einen ölfreien Dampfeffekt zu erzielen, was günstige Bedingungen für die Lecksuche in ölfreien Systemen und Halbleiterbauelementen wie Chips bietet.

(5) Breiter Lecksuchbereich: Die heute produzierten Vierpol-Lecksuchgeräte haben einen sehr breiten Qualitätsbereich, sie können nicht nur Helium, sondern auch andere Gase detektieren. Das Molekularpumpen-Abgassystem ersetzt das Diffusionspumpen-Abgassystem, was nicht nur das Problem der Ölverdampfungskontamination im Massenspektrometer löst, sondern auch einen großen Beitrag zur schnellen Inbetriebnahme und zum schnellen Herunterfahren des Geräts leistet. Um sich an die Veränderungen des Drucks an der Leckstelle und an die unterschiedlichen Anforderungen an die Empfindlichkeit anzupassen, verwenden Molekularpumpen in der Regel eine mehrstufige Konstruktion und verschiedene Drehzahlen. Zum Beispiel kann dies durch die Änderung der Drehzahl der Molekularpumpe erreicht werden, was die Lecksuchempfindlichkeit erhöht. Darüber hinaus ermöglicht die Rückdiffusionslecksuche die Lecksuche bei hohem Druck und bietet auch gute Bedingungen für die Lecksuche mit positivem Druck.

　　 Die Anwendung von Helium-Massenspektrometer-Leckdetektoren hat sich von akademischen Institutionen, Laboren und einigen Forschungsorganisationen zu Industrieunternehmen, einschließlich Gemeinden und einzelnen Unternehmen, erweitert. Die Anwendungsfelder sind umfangreich.
1.Elektrizitätsindustrie
　　 SF6-Hochspannungsschalter und Zinkoxid-Überspannungsdämpfer sind wichtige Komponenten in Kraftwerken und Außenwandlungen. Leckagen verursachen oft weit verbreitete oder lokalisierte Stromausfälle, die sich auf die industrielle Produktion und das normale Leben auswirken, was zu potenziell enormen wirtschaftlichen Verlusten führt.
　　① Hochspannungsschalter: Diese sind oft aus Aluminiumgießteilen hergestellt, die anfällig für Sandlöcher sind, und die Lecklöcher sind komplex, was sie schwer zu reinigen macht. Die Leckadetektion wird in der Regel mit Leckadetektionsboxen oder Heliumdeckungsmethoden durchgeführt. Das getestete Objekt wird evakuiert und Heliumgas in den Deckel eingespritzt. Nach einem bestimmten Zeitraum wird die Gesamtleckrate bestimmt. Da der Heliumverbrauch gering ist, ist die Erkennungsempfindlichkeit hoch.
　　② Zinkoxid-Überspannungsabsperrer: Diese Absperrer bestehen aus Zinkoxid-Stücken unterschiedlicher Querschnittsbereiche, Dicken und Mengen, die in keramische Gehäuse platziert und nach dem Füllen mit Stickstoffgas versiegelt werden. Das Betriebsprinzip besteht darin, dass, wenn eine Hochspannungsausgabe auf einen Blitzschlag trifft, der Widerstand der Zinkoxidstücke abnimmt, was zu einem Kurzschluss an der Erde führt, um die Übertragungsleitung zu schützen. Wenn eine Leckage keine Druckdifferenz verursacht, könnte äußere Feuchtigkeit eintreten, die die Eigenschaften der Zinkoxidstücke beschädigt und eine Explosion verursacht.
　　③ In der Elektrizitätsindustrie werden Helium-Massenspektrometer-Leckdetektoren auch zur Prüfung von Kraftwerken, Hochspannungstransformatoren, Hochspannungskondensatoren, Hochspannungsschaltern und anderen Komponenten mit verschiedenen Leckadetektionsmethoden verwendet.

2. Elektronikindustrie:
　　 Mikrowellen-Emitter, Elektronenröhren, Transistoren, integrierte Schaltungen, versiegelte Relais, verschiedene Sensoren und Schrittmacher.

3. Vakuum- und Instrumentierungsindustrie:
　　 Rohrleitungen, Gelenke, Ventile, Balge, verschiedene Vakuumpumpen, Abgassysteme, Elektronenmikroskope, Massenspektrometer, Elektronenstrahlionisierungsbelichtungsmaschinen, Laser-Axialabscheider, Hochenergiebeschleuniger, medizinische Beschleuniger, Bestrahlungsbeschleuniger, Beschichtungsmaschinen, Dünnschichtvakuummeter.

4. Kühlindustrie
　　 Kühlschränke, Klimaanlagen, Lithium-Bromid-Kühlgeräte, Automobil-Klimaanlage, Verdampfer, Kondensatoren, Kompressoren, kryogene Speicherbehälter.

5.Edelstahl isolierte Behälter
Vakuum isolierte Becher, Flaschen, Töpfe, Mittagessen Boxen, etc.

Häufige Methoden zur Lecksuche mit Helium als Prüfmedium:

(1) Lecksuche mit Absaugpistole

Vorteile: ① Kann Leckstellen genau finden, ② Helium kann recycelt werden und hat eine hohe Rückgewinnungsrate, ③ niedrige Kosten, ④ kann verschiedene Druckanforderungen erfüllen.

Nachteile: ① Kann keine Gesamtleckrate ermitteln, ② leicht von Umwelteinflüssen betroffen, ③ muss manuell durchgeführt werden, hohe Fehlerrate.

(2) Vakuumkammer-Lecksuche

Vorteile: ① Kann die Gesamtleckrate ermitteln, ② Helium kann recycelt werden und hat eine hohe Rückgewinnungsrate, ③ kann vollautomatisch sein, niedrige Fehlerrate, ④ kann verschiedene Druckanforderungen erfüllen, ⑤ gute Hintergrundbedingungen, sehr wenig von Umwelteinflüssen betroffen.

Nachteile: ① Kann Leckstellen nicht genau finden, ② hohe Kosten.

(3) Helium-Sprühmethode

Vorteile: ① Kann Leckstellen genau finden, ② geringer Heliumverlust, ③ niedrige Kosten.

Nachteile: ① Helium kann nicht recycelt werden, ② erfüllt nur Prüfungen mit einem Druckunterschied von 0,1-0,3 MPa, ③ muss manuell durchgeführt werden, hohe Fehlerrate.

(4) Helium-Haube-Methode

Vorteile: ① Kann die Gesamtleckrate ermitteln, ② kann Druckanforderungen von nicht mehr als 1 MPa erfüllen (muss je nach tatsächlicher Situation bestätigt werden), ③ Helium kann recycelt werden, ④ kann automatisiert werden.

Nachteile: ① Hohe Herstellungskosten und Risiken für die Heliumhaube, ② relativ hoher Heliumverlust.

Prüfmethode mit anderen Medien als Prüfmedium:

(1) Blasen-Lecksuche

Dies ist eine relativ einfache Methode. Das zu prüfende Objekt wird in eine Flüssigkeit (normalerweise Wasser oder spezielle Lecksuchflüssigkeit) eingetaucht. Wenn das Objekt Leckstellen hat, entweicht Gas an den Leckstellen und bildet Blasen. Durch die Beobachtung der Blasen kann festgestellt werden, ob ein Leck vorliegt und wo es sich befindet.

(2) Druckänderungs-Lecksuche

Zuerst wird Druck auf den zu prüfenden Behälter ausgeübt, dann wird das Ventil geschlossen und die Druckänderung beobachtet. Wenn der Druck sinkt, könnte ein Leck vorliegen. Drucksensoren können zur Unterstützung der Prüfung verwendet werden, um den Druckabfall zu bestimmen und das Ausmaß des Lecks zu bewerten.

(3) Helium-Massenspektrometrie-Lecksuche

Wie zuvor erwähnt, wird Helium als Tracergas verwendet. Helium wird an den Stellen, an denen das zu prüfende Objekt möglicherweise leckt, aufgesprüht oder das zu prüfende Objekt wird in eine Helium-Umgebung gebracht. Wenn ein Leck vorliegt, gelangt Helium in das Innere des Objekts, und das Helium-Massenspektrometer kann das Vorhandensein von Helium erkennen, um die Leckstelle zu finden und die Leckmenge zu bewerten.

(4) Fluoreszenz-Lecksuche

Ein Lecksuchmittel, das Fluoreszenzmittel enthält, wird in das zu prüfende System injiziert. Nach dem Betrieb des Systems zeigt der Bereich mit einem Leck unter UV-Licht Fluoreszenz, wodurch die Leckstelle gefunden werden kann. Diese Methode wird häufig bei der Lecksuche in Klimaanlagen und Kühlsystemen verwendet.

Das Helium-Massenspektrometer zur Lecksuche arbeitet hauptsächlich auf der Grundlage der Massenspektrometrie-Technologie. Die Ionenquelle ionisiert das in das Gerät eintretende Gas, wobei Heliumgas (He) ionisiert wird und Heliumionen bildet. Diese Ionen werden unter dem Einfluss von elektrischen und magnetischen Feldern entsprechend ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) getrennt. Da das Masse-zu-Ladung-Verhältnis von Heliumgas fest ist (die Atommasse von Helium beträgt etwa 4), können Heliumionen präzise fokussiert und detektiert werden.

Wenn Heliumgas in das Lecksuchgerät eindringt, ändert sich die Intensität des Heliumionenstroms. Das Gerät kann durch die Überwachung der Veränderungen in der Intensität des Heliumionenstroms feststellen, ob ein Heliumleck vorliegt, und kann grob die Leckmenge anhand der Signalstärke einschätzen. Da das Helium-Massenspektrometer nur auf Heliumgas empfindlich reagiert, kann es in komplexen Gasumgebungen präzise das Vorhandensein von Heliumgas erkennen und somit die Leckstelle identifizieren.

① Helium hat stabile chemische Eigenschaften, es ist ein Edelgas und reagiert fast nicht mit anderen Substanzen. Dies verhindert, dass es während des Erkennungsprozesses von Rohren oder Behälterwänden adsorbiert wird oder mit Materialien im Detektionssystem reagiert, was die Testergebnisse beeinträchtigen könnte.

② Helium hat kleine Moleküle, die auch durch winzige Leckagen hindurch gelangen können, sodass es effektiv kleine Leckstellen erkennen kann.

Alle Prüfmethoden haben einen Prüfkontext, der die Prüfgenauigkeit beeinflusst. Wenn in einem begrenzten Raum keine Materie vorhanden ist, handelt es sich um eine Vakuumumgebung.

① Prüfobjekt, ② Vakuumkammer, ③ Vakuumpumpe, ④ Helium-Massenspektrometer-Lecksuchgerät, ⑤ Prüfmedium Helium

Absoluter Druck: Der Druck, der im Vergleich zum absoluten Vakuum gemessen wird, ist der tatsächliche Druck, der von Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen erzeugt wird.

Relativer Druck: Der Druck, der im Vergleich zum lokalen Atmosphärendruck gemessen wird, auch als Überdruck bekannt, da er häufig mit Manometern gemessen wird.

Nullpunktreferenz

Absoluter Druck: Der Nullpunkt ist das absolute Vakuum, der Wert ist immer größer oder gleich null.

Relativer Druck: Der Nullpunkt ist der lokale Atmosphärendruck, der Wert kann positiv oder negativ sein. Wenn der Druck über dem Atmosphärendruck liegt, ist er positiv, wenn er unter dem Atmosphärendruck liegt, ist er negativ (auch als Unterdruck oder Vakuum bezeichnet).

Im Vakuum werden häufig Pascal (Pascal, Pa) oder Torr als Druckeinheiten verwendet. Es gibt viele andere Einheiten, deren Umrechnungsarten in der folgenden Tabelle dargestellt sind:

Vakuum bezeichnet einen Zustand von Gasen in einem gegebenen Raum, der unter einem Atmosphärendruck liegt, und ist eine Art von dünnem Gasumfeld, das einem idealen Zustand nahekommt. In einer Vakuumumgebung ist die Anzahl der Gasmoleküle sehr gering, und der Druck liegt weit unter dem Standardatmosphärendruck.

Der atmosphärische Druck, der auf eine Einheit Fläche wirkt. Der Druck auf Meereshöhe bei 0 °C und 45 Grad Breite wird als 1 atm bezeichnet, der Wert auf dem Quecksilberbarometer beträgt 760 mm Quecksilbersäule (entspricht 101325 Pa).

Druckäquivalenz