DE3308555C1

DE3308555C1 - Vorrichtung zur automatischen Messung der Leckrate eines Behälters

Info

Publication number: DE3308555C1
Application number: DE19833308555
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter 6980 Wertheim/Main Bürger
Original assignee: CIT Alcatel GmbH
Current assignee: CIT Alcatel GmbH
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1984-07-19

Description

Die Betriebsweise der Vorrichtung ist die folgende: Zu Beginn eines Meßzyklus ist die Vorvakuumpumpe 7 über das Dreiwegeventil 6 unmittelbar an den Prüfbehälter angeschlossen, um ihn auf einen vorgegebenen Grenzwert, beispielsweise 6 10-2 Millibar zu evakuieren. Ist dieser Wert erreicht, dann wird das Dreiwegeventil 6 umgeschaltet und vom Steuerglied 9 das Ventil 4 geöffnet. Der angegebene Druck ist zwar auf die Dauer für die Analysezelle nicht akzeptabel, kann aber kurzfristig toleriert werden, da die Gefährdung des Heizfadens von einem langsam ablaufenden Vorgang, der Oxydation, abhängt. Bei nicht zu großem Behälter und geringer Leckrate sinkt der Druck im Behälter durch die Wirkung der Hochvakuumpumpe 5 und der Vorpumpe 7 schnell auf Werte unterhalb 10-4 Millibar ab. Die Messung kann dann erfolgreich beendet werden. Liegt jedoch ein größerer Behälter vor, dann kann der gefährliche Druck in der Analysezelle länger als zulässig an-
dauern, was verhindert werden muß. Zu diesem Zweck ist das Steuerglied 9, das beispielsweise einen Mikroprozessor enthält, so ausgestaltet, daß es das Ventil 4 wieder sperrt, wenn nach einer vorgegebenen Zeit der im Meßgerät 8 ermittelte Druckwert nicht unter einen Wert von z. B. 5 10-3 Millibar abgesunken ist. Gleichzeitig wird der Schwellwert für das Wiedereinschalten um einen bestimmten Betrag zu niedrigeren Drücken hin verstellt. Wird der nun neu eingestellte Druck im Behälter erreicht, dann wird das Ventil 4 erneut geöffnet, und es wird erneut geprüft, ob nach einer gewissen Zeit der Druck im Behälter auf einen hinreichend niedrigen Wert absinkt. Ist dies nicht der Fall, entweder aufgrund des großen Prüflingsvolumens oder aufgrund von dessen Leckrate, dann wird derselbe Vorgang erneut wiederholt, und es wird die Schwelle, bei der das Ventil 4 erneut einschalten soll, nochmals heruntergesetzt. Der Vorgang kann öfter wiederholt werden.
Das Schließen des Ventils 4 kann auch abhängig vom Druck in der Analysezelle 1 gesteuert werden, und zwar dann, wenn der Druck in der Analysezelle z. B. über 10-4 mbar ansteigt. Auch dann wird der Grenzwert des Behälterdrucks bei dem das Ventil wieder geöffnet wird, um einen festen Betrag in Richtung auf höheres Vakuum verstellt. Die Steuerung kann alternativ oder ergänzend zu der Steuerung abhängig vom Behälterdruck vorgesehen werden, wobei im letzteren Fall nur verhindert wird, daß die Ausschaltungsautomatik des Heizstroms anspricht und damit die Messung gänzlich unmöglich wird.
Man erkennt also, daß eine Messung nur bei einem den Meßbereich der Analysezelle übersteigenden Leckratenwert nicht zum Erfolg führt. Die Größe des Prüfbehälters sowie dessen Gasrate spielen nur eine Rolle für die Anzahl der Schließzyklen des Ventils 4, ehe eine gültige Messung zustandekommt.
Ein wesentlicher Vor.teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß ein billiges Ventil mit einer einfachen Auf-Zu-Ansteuerung verwendet werden kann. Auch kann aufgrund der Schnelligkeit der Messung dieser Vorrichtung mit mehreren Prüfbehälteranschlüssen versehen sein, die zyklisch nacheinander auf die Analysezelle durchgeschaltet werden. Selbst wenn Behälter sehr unterschiedlicher Volumen an den einzelnen Anschlüssen liegen, stellt sich die Vorrichtung selbsttätig darauf ein und führt die Messung in der kürzestmöglichen Zeit durch, ohne daß die Sicherheitsautomatik für die Ausschaltung des Heizstroms in der Analysezelle anspricht.
Die verschiedenen Grenzwerte, die nacheinander im Steuerglied 9 wirksam werden, lassen sich bei der Verwendung eines Mikroprozessors in dessen Speicher einschreiben. Die Umsteuerung des Dreiwegeventils 6 erfolgt vorzugsweise auch durch das Steuerglied 9, so daß nach einem von außen gegebenen Startbefehl alle Schalt- und Meßvorgänge automatisch ablaufen.
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Claims

Patentanspruch: Vorrichtung zur automatischen Messung der Leckrate eines Behälters, der von einem Tracergas außen umspült wird und über ein Ventil an eine tracergasempfindliche Massenspektrometer-Analysezelle sowie eine Hochvakuumpumpe angeschlossen ist, wobei das Ventil öffnet, wenn der Behälter durch eine Vorvakuumpumpe auf einen für die Analysenzelle akzeptablen Grenzdruck evakuiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (4) ein druckgesteuertes Steuerglied (9) zugeordnet ist; das das Ventil jeweils wieder schließt und den Grenzdruck um einen festen Betrag in Richtung auf höheres Vakuum verstellt, wenn nach dem Öffnen des Ventils die Geschwindigkeit des Druckanstiegs in Richtung auf ein höheres Vakuum einen festen Schwellwert unterschreitet oder ein vorgegebener Grenzdrdck in der Analysezelle (1) in Richtung auf schwächeres Vakuum überschritten wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Messung der Leckrate eines Behälters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Leckratenmessungen, bei denen ein außen von einem Tracergas umspülter Behälter an eine Massenspektrometer-Arialysezelle angeschlossen ist, sind bekannt, zum Beispiel aus der Zeitschrift »Vakuumtechnik«, Heft 8, 1980, Seiten 232 bis 245.

Bei solchen Vorrichtungen wird beispielsweise Helium in einer Massenspektrometer-Analysezelle nachgewiesen, die eine lonenquelle mit einem Heizfaden besitzt. Der Heizfaden, meist aus Wolfram, darf nur beheizt werden, wenn der Druck in der Analysezelle bei längerem Betrieb unter 1O-4 Millibar liegt, da sonst der Heizfaden durchbrennt bzw. eine störende Entwicklung von Sekundärionen auftritt.

Um diese Forderung zu erfüllen, wird vor der eigentlichen Leckmessung der Prüfling oder Behälter mithilfe einer Vorpumpe auf einen Wert evakuiert, der ohne Gefahr eine Öffnung des Ventils zwischen deni Behälter und der Analysezelle sowie der Hochvakuumpumpe zuläßt. Zusätzlich sind die Análysezellen bekannter derartiger Vorrichtungen mit einer Sicherheitsautomatik ausgerüstet, die den Heizstrom des Massenspektrometers abhängig von der Druckmessung in der Analysezelle freigibt. In diesem Zusammenhang ist es aus einem Prospekt der Firma Leybold-Heraeus HV 150/H-L/ 5.1.1./0210/04.72 bekannt, ein Sicherheitsventil zu verwenden, das die Analysezelle selbsttätig gegen Lufteinbruch sichert.

Die Messung von Leckraten mit einer solchen Vorrichtung ist bei handgesteuerter Arbeitsweise oft kompliziert und langwierig. Ein Fachmann muß nacheinander die Vorvakuumpumpe einschalten und abtrennen sowie das Meßventil öffnen und schließen. Er muß vor dem Öffnen des Meßventils warten, bis sich ein für den Heizfaden der Analysezelle ungefährlicher Druck im Behälter eingestellt hat, und er muß dieses Ventil sofort wieder schließen, wenn er feststellt, daß die Leckrate oder die Gasrate im Behälter so groß ist, daß der Grenzdruck nicht zuverlässig beibehalten werden kann.

Der Grenzdruck, bei dem das Meßventil geöffnet wird, könnte an sich etwas höher angesetzt werden (im Sinne eines schlechteren Vakuums) als der Druck, dem die Analysezelle im Dauerbetrieb ausgesetzt sein darf, da der Heizfaden der Analysezelle kurzfristig einen höheren Druck aushält und da dieser höhere Druck durch die der Analysezelle zugeordnete Hochvakuumpumpe nach einer kurzen Zeit abgebaut wird. Freilich hängt diese Abbauzeit einmal von der Größe des Prüfbehälters ab und zum anderen von dessen Leckrate und dessen Gasrate. Zumindest die beiden letzteren sind aber zu Beginn der Messung häufig noch völlig unbekannt.

Dies stellt ein Problem dar, wenn der Meßvorgang automatisiert werden soll, und führt dazu, daß der Grenzdruck bei automatischer Messung so niedrig angesetzt werden muß, daß in keinem Fall ein unzulässiger Betriebszustand in der Analysezelle eintritt. Die zum Vorevakuieren nötige Zeit wird dann sehr lang.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine automatische Vorrichtung zur Messung der Leckrate eines Behälters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs anzugeben, die sowohl für große als auch für kleine Behälter wie auch für Behälter mit sehr unterschiedlicher Gasrate geeignet ist und die Zeitdauer für das Vorevakuieren weitestgehend abkürzt, ohne den Heizfaden der Analysezelle zu gefährden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs enthaltenen Maßnahmen gelöst.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine solche Vorrichtung zeigt.

Die Vorrichtung gemäß der Figur besitzt eine Massenspektrometer-Analysezelle 1, die an eine Kühlfalle 2 angeschlossen ist. Ein Prüfbehälter ist über einen Anschluß 3 mit der Vorrichtung verbunden. Zwischen dem Anschluß 3 und der Kühlfalle 2 befindet sich ein Ein-Aus-Ventil 4, das als Meßventil wirkt und im geöffneten Zustand den Prüfanschluß 3 mit der Analysezelle 1 verbindet. Weiter ist an die Kühlfalle 2 eine Hochvakuumpumpe 5 und an diese über ein Dreiwegeventil 6 eine Vorvakuumpumpe 7 angeschlossen. Das Dreiwegeventil 6 verbindet wahlweise die Vorvakuumpumpe mit der Hochvakuumpumpe 5 oder mit dem Anschluß 3 für den Prüfbehälter. Schließlich sind noch ein Druckmeßgerät 10 zur Messung des Drucks in der Analysezelle vorgesehen sowie ein Steuerglied 9, das von den Druckmeßgeräten 8 und 10 die Informationen betreffend den Druck im Prüfbehälter bzw. in der Analysezelle zugeführt erhält und in weiter unten noch zu beschreibender Weise das Ein-Aus-Ventil 4 auf- und zusteuert.