Обзор масс-спектрометрических течеискателей: характеристики и цены
Сравнение технических и потребительских характеристик масс-спектрометрических гелиевых течеискателей приведено специалистами вакуумного направления кафедры электронных приборов и устройств университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и представлено в данной публикации.
В обзоре показаны модели отечественных и импортных течеискателей, которые включены в государственный реестр средств измерений Российской Федерации, а также приборы, испытания которых в целях утверждения в качестве средства измерения проходят в настоящее время.
В качестве основных параметров для сравнения выбраны ключевые технические характеристики приборов для контроля герметичности, такие как, например, пороговая чувствительность, максимальное рабочее давление по входу, а также потребительские характеристики: наличие беспроводного управления, возможность печати чек-листов после проверки и ориентировочная стоимость, согласно результатам государственных закупок.
В обзор включены полнофункциональные течеискатели, не требующие внешних средств откачки, и ориентированные преимущественно на работу в вакуумном режиме. Встраиваемые приборы, предназначенные для интеграции в автоматические линии контроля герметичности, и щуповые течеискатели (снифферы, нюхачи) в обзоре не представлены.
Технические и потребительские характеристики
Пороговая чувствительность (Па.м3/с) – это минимальный достоверно регистрируемый течеискателем поток пробного газа. В системе СИ он выражается в Па.м3/с. Чем ниже значение пороговой чувствительности, тем меньшие по потоку течи можно обнаружить с помощью прибора. Пороговая чувствительность различается при работе с вакуумированным объектом и при применении щупа-пробоотборника. В режиме щупа минимальный достоверно регистрируемый поток пробного газа хуже, а именно больше, так как, в частности, исследование проводится на воздухе, который содержит пробный газ.
Эффективная быстрота откачки по входу (в л/с) – основной параметр, который характеризует откачные свойства течеискателя. Она определяет, как быстро система течеискателя вакуумирует изделие до испытательного давления; какое время потребуется ожидать для стабилизации флуктуаций фона сигнала. Величина эффективной быстроты откачки ограничивает производительность испытаний на герметичность (изделий в час или изделий в смену). Чем больше значение эффективной быстроты откачки по входу, тем лучше.
Эффективная быстрота откачки по входу зависит от быстроты действия турбомолекулярного и форвакуумного насоса течеискателя, а также проводимости вакуумной системы прибора.
Производители зачастую обращают внимание потребителя лишь на высокую быстроту откачки турбомолекулярного насоса, установленного в течеискателе, однако, как показывает практика, диаметр каналов вакуумной системы течеискателя очень мал по причине компактности прибора. Следует критично рассматривать информацию об установленном в течеискателе высокопроизводительном турбомолекулярном насосе, так как сам по себе такой насос не определяет откачные свойства течеискателя.
Относительная погрешность измерений (%) – предел допустимого отклонения результатов определения потока пробного газа в процентах от измеряемой величины. В качестве эталона используются гелиевые течи различных потоков, являющиеся утвержденными типами средств измерений.
Часто для течеискателей погрешность задается с использованием переменных Qнпи – нижний предел измерений (фактически, пороговая чувствительность), Qизм – значение измеренного потока. В сравнительной таблице приведено значение минимальной относительной погрешности измерений, которая достигается в наиболее высокочувствительном режиме работы течеискателя. Чем меньше значение относительной погрешности измерений, тем лучше.
Пробный газ (He, H2) – тестовый газ, на регистрацию которого настроен масс-спектрометр течеискателя. Наиболее универсальными считаются течеискатели, которые работают как с гелием, так и с водородом.
Возможность измерения концентрации водорода имеет важное значение для контроля герметичности, например, генераторов электростанций, где водород выполняет роль охладителя.
Максимальное рабочее давление (Па) – наибольшее давление для испытаний в вакуумном режиме работы течеискателя. Современные установки контроля герметичности позволяют проводить испытания уже при форвакуумном давлении в изделии – порядка 1000 Па, что значительно сокращает стоимость откачных систем. Возможность отказа от использования высоковакуумных средств откачки имеет особенное значение при проверке крупных технических объектов, таких как корпуса космических кораблей.
При осуществлении течеискания при давлении порядка 1000 Па, чувствительность ухудшается на несколько порядков, однако существенно уменьшается время достижения испытательного давления. Максимальное рабочее давление течеискателя определяется конструкцией используемого турбомолекулярного насоса и особенностями вакуумной системы течеискателя. Чем больше значение максимального рабочего давления, тем лучше.
Управление – тип контроля за процессом измерений и вывода результатов для последующей обработки. Новые модели течеискателей комплектуются беспроводным ударозащищенным планшетным компьютером. Течеискатель можно установить в определенную точку проверяемой системы, а проводить обдув объекта и слежение за результатами измерений на расстоянии до 40 метров от прибора. Беспроводной режим работы избавляет от необходимости излишнего перемещения течеискателя при работе с крупными объектами. В таблице представлены возможности управления в стандартном комплекте поставки.
Новшеством в способе вывода результатов течеискания является применение термографических принтеров для мгновенной печати чек-листов проверки изделия после контроля герметичности. Это избавляет оператора от необходимости писать отчеты о течеискании, а также снижает влияние человеческого фактора на результаты испытаний.
Масса (кг) и габаритные размеры (мм) течеискателя – характеристики, минимальные значения которых присущи наиболее современным моделям приборов контроля герметичности. Перемещение устройства в пределах цеха, подъем на верхние этажи и ярусы производственного помещения, а также встраивание в комплексные системы контроля удобно производить для компактных и легких приборов.
Диапазон рабочих температур (oC) – характеристика течеискателя, позволяющая сделать вывод о возможности применения прибора вне лаборатории. Контроль крупных промышленных объектов зачастую требуется проводить вне отапливаемого помещения, в том числе на открытом воздухе и при отрицательных температурах.
Современные течеискатели перестали быть исключительно лабораторными приборами. Существуют теплоизолированные версии приборов с автономными источниками электрического питания, работать с которыми можно в самых сложных погодных условиях.
Специальное исполнение – потребительский параметр, показывающий возможность адаптации устройства и программного обеспечения течеискателя под нестандартные методики контроля герметичности, применяемые на предприятии. Примером служит реализация метода накопления в вакууме с применением цеолитовых насосов и отслеживанием изменения тангенса угла наклона графика концентрации гелия, а также режим серийных испытаний изделий, позволяющий проверять изделия на герметичность с производительностью конвейера.
Ориентировочная стоимость и срок поставки – информация, представленная на основе тендерной документации и оценок пользователей течеискателей, полученных в качестве обратной связи в ходе проведения курса повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники» специалистами СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
Таблица технических и потребительских характеристик масс-спектрометрических гелиевых течеискателей
|
Производитель |
ULVAC, Япония |
Завод ИЗМЕРИТЕЛЬ, Россия |
ADIXEN, Франция |
INFICON, Германия |
НПФ ПРОГРЕСС, Россия |
PFEIFFER, Германия |
|
|
Модель |
Heliot 901 |
ТИ1-50И |
ASM–340 |
UL-1000 |
МС-4 |
HLT-560 |
|
|
Пороговая чувствительность, Па.м3/с |
Вакуумный |
5х10-13 |
5х10-13 |
5х10-13 |
5х10-13 |
5х10-13 |
5х10-12 |
|
Способ щупа |
5х10-10 |
1х10-9 |
1х10-8 |
5х10-9 |
1х10-9 |
5х10-8 |
|
|
Эффективная быстрота откачки по входу |
5 л/с |
Не установлена |
2,5 л/с |
от 2 до 8 л/с |
Не установлена |
2,5 л/с |
|
|
Относительная погрешность измерений |
15% + |
30% + |
15% + |
15% + |
50% + |
20% |
|
|
Пробный газ |
He, H2 |
He |
He |
He |
He |
He, H2 |
|
|
Максимальное рабочее давление |
1200 Па |
1000 Па |
2500 Па |
1500 Па |
10000 Па |
2500 Па |
|
|
Управление |
Беспроводное по Wi-Fi, |
На панели прибора, |
На панели прибора, |
На панели прибора |
На панели |
На панели прибора. |
|
|
Масса |
33 кг |
41 кг |
56 кг |
110 кг |
38 кг |
44 кг |
|
|
Габаритные размеры, мм. |
480х320х505 |
484х470х392 |
510х428х343 |
1068х528х850 |
505x400x401 |
550×460×304 |
|
|
Диапазон рабочих температур |
+10 – +40 oC, |
+10 – +35 oC |
+10 – +35 oC |
+10 – +35 oC |
+10 – +35 oC |
+10 – +35 oC |
|
|
Специальное исполнение |
Возможно. Серийный тест, накопление |
Возможно. |
– |
– |
Возможно |
– |
|
|
Цена, рублей |
1 690 000 |
1 620 000 |
2 010 000 |
3 015 355 |
1 085 000 |
Снят с производства |
|
|
Срок поставки |
6 недель |
12 недель |
10 недель |
10 недель |
12 недель |
– |
|
|
Внешний вид |
|
|
|
|
|
|
|
М. Л. Виноградов
к.т.н., преподаватель кафедры электронных приборов и устройств
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Материал представлен на правах preprint (предпубликация). Операторов течеискателей и представителей производителей просим делиться информацией об опыте эксплуатации и технического обслуживания приборов, стоимости регламентных работ и расходуемых запчастей для течеискателей.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и ООО «Лаборатория ВАКТРОН» приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники».