TWI388815B - 洩漏檢測方法及漏洩偵測器 - Google Patents

Description

洩漏檢測方法及洩漏偵測器

本發明為關於一種洩漏偵測方法，其中氣體被排出且在排出氣體中的測試氣體被偵測。

容器之微量洩漏率能以真空方法可靠地判定。洩漏率愈小，對純度與最終真空之需求愈高。於局部洩漏偵測中，一真空泵將該容器單元排空，直至洩漏偵測器所需之測試壓力達到。然後利用細的測試氣體噴射從外部噴射在可疑的漏隙。進入容器之測試氣體以真空泵抽出且以一質譜儀偵測。

經常使用於洩漏偵測器之測試氣體為氦氣，此對質譜儀有限制選擇性之問題，水會凝結在用於洩漏量測之容器之外側上與內側上二者，水之H₂ 成分亦含有其存在易干擾氦之量測的部分。在抽氣開始時，假定僅代表測試氣體之份量的份量訊號，以水或其它污染物出現所產生之雜訊值疊加。雜訊值隨抽氣時間增加而衰減至一大約漸近水平線。然而，此線絕不會到達零值，因為絕對真空無法達到，且絕無洩漏亦不能達到。因此，各自應用的問題在於，要選擇衰減容積流量特徵曲線之哪個部分來作洩漏偵測。

因為容積訊號曲線隨抽出時間增加而衰減，會造成容積訊號曲線上升測試氣體的突然出現是由衰減的背景訊號疊加。當背景訊號減至大於偵測訊號上升程度時，一點都無法判定偵測訊號。對應的洩漏未被洩漏偵測器偵測到；它仍舊是不可見的。

業已建議提供具有歸零功能之洩漏偵測器。在此，該裝置是配備一歸零鍵，其可由使用者壓下以從電流訊號減去先前訊號。因此，訊號振幅被設成零。假如接著靜衰減背景訊號減至大於因洩漏之容積訊號上升的程度，一負訊號導致由洩漏所造成之訊號上升為無法偵測與無法量測的。

於一般使用之方法中，使用者可於任何時間壓下歸零鍵，背景訊號被設成零。結果為指示出表面上低的洩漏率，但是真正的洩漏率卻是較高的。這種作業模式可能會有致命結果。無洩漏率仍然未被察知為重要的。另一方面，指示過多之偵測率為較少問題的。

本發明之一目的為提供一種用於洩漏偵測之方法，其中增加洩漏偵測之安全性。

本發明之第一變形例為申請專利範圍第1項中所提及且第二變形例為申請專利範圍第6項中所提及。該二變形例的共通點為確定與評估該量測訊號之訊號顫化或訊號擾動。訊號顫化為每單位時間之訊號背景之變異。在該方法之第一變形例中，容積訊號未由通常稱為歸零訊號之指令訊號之產生而被歸零，但它僅被減少至下指示界限，使得所得到之訊號值仍為正值。下指示界限指示何種洩漏程度可被偵測到。歸零訊號之功能未被阻隔。假如所判定之洩漏率高於下指示界限，則指出，不然的話，不指出。該方法並不於零位準操作。它被決定取決於何種訊號顫化何種洩漏率仍然足以良好量測來判定。因此，它自動地指示在壓下歸零鍵歸零訊號已產 生之時間下，該裝置具有何種靈敏度。

在本發明之第二變形例中，容積訊號之訊號顫化亦被判定。使用者設定一所謂的”觸發值”，其指示洩漏偵測所需之靈敏度，例如洩漏率值10^-10 mbar l/s(毫巴*升/秒)。唯有容積訊號之訊號顫化小於觸發值，歸零功能被釋放。只要容積訊號之不穩定性大於觸發值，歸零功能被阻隔且無提供洩漏指示。因此，使用者必須等到容積訊號已平息至達到觸發值所設定之所需靈敏度。

依據本發明，為使用者阻隔歸零功能。歸零功能僅當由於訊號之平順，該裝置能夠可靠地量測對應輸入觸發值之洩漏率時被啟動。

本發明更提及該方法之第一與第二變形例之對應洩漏偵器。

第1圖之洩漏偵測器10包括一入口突緣11，待測試之容器係連接至入口突緣11。一導管12從入口突緣11延伸至真空泵裝置13。真空泵裝置包括一渦輪分子泵14與一下游預真空泵15。導管12連接至渦輪分子泵14之側進氣口，渦輪分子泵14之進氣口側連接至一質譜儀16。於渦輪分子泵14中，含於排出氣體中之測試氣體，例如氦氣，於對饋入方向之逆流中到達質譜儀16，於該處被辨識。質譜儀16將代表所測得之測試氣體容積之容積訊號供應至微電腦17，該微電腦17執行以下描述之處理。微電腦連接包括一例如終端機的顯示裝置19、一控制單元18與一具有各種按鍵與歸零 鍵21之輸入裝置20。

待檢驗之容器25連接至進氣口突緣11，該容器具有(不想要的)漏隙26。自噴槍27將例如氦氣的測試氣體噴在漏隙。進入容器25之測試氣體經由渦輪分子泵14抵達質譜儀16。測試氣體之容積以一曲線及/或數值之形式在顯示裝置19上顯示作為容積訊號MS。

如第3圖所示，在抽吸作業之開始時，容積訊號MS具有一相當高的值。於抽吸作業中，容積訊號MS漸近地衰減。容積訊號之高值是由於水與其他污染物以及含於抽出氣體中之氦氣殘餘量所引起。因此，容積訊號MS具有受外在影響所影響的偏移。此漂移可能明顯超過所量得之訊號。第3圖中沿著座標軸之容積訊號MS之表示以十為底的對數方式而建立。例示於該曲線之起始部分中之容積訊號MS於無洩漏中得到。於一洩漏被偵測前，形成訊號背景。

第2圖分別例示評估電路或微電腦17之處理之一實施例之結構。意欲指示洩漏率Q之容積訊號MS經由一減法器被供給至最大值選擇器30之一輸入。在其減輸入上，減法器31從連接至減法器31之輸出之一記憶體32接收一訊號。記憶體由在線路33上之一”歸零”訊號所致動，使得它起始扣減運算，其中減法器31之輸出訊號從容積訊號MS扣除。此產出了減低的容積訊號MS，其被供應至最大值選擇器30之一輸入。容積訊號MS之整個值於減法器31中被扣減，由此得到零值之MS_Z 。

容積訊號MS進而供應至一微分電路34，其從洩漏率 Q，形成表示訊號顫化之一訊號dQ/dt。此訊號為洩漏率之一時間微分。當它愈大時，容積訊號MS為愈陡(第3圖)。來自微分電路34之訊號以一常數1/k相乘。由此，下指示界限AG被決定。AG值被供應至最大值選擇器30之第二輸入。最大值選擇器於二輸入值MS_Z 與AG中選取最高值。此值將被顯示於顯示裝置上作為顯示訊號AS。

第3圖例示顯示訊號AS之路徑，即歸零鍵壓下之情形。於第3圖中，假定歸零鍵21於時間t₁ 壓下以準備洩漏偵測。隨後立即使用一噴槍27將測試氣體噴射在容器25，於時間t₂ 開始噴且結束於時間t₃ 。

明顯地由最大值選擇器30產生之顯示訊號AS在時間t₁ 下降至下指示界限AG值，因為從時間t₁ 起，下指示界限AG是大於接著由減法器31所產生之容積訊號MS_Z 。假如於時間t₂ 對漏隙噴射，由於此噴射，量測訊號上升超過下指示界限AG，使得產生一脈衝37，然而其於噴射期間已依據通常漂移而衰減，且最後在下指示界限AG曲線上終結。脈衝37明顯地可於顯示訊號AS曲線中清楚地辨識且因此可偵測成洩漏。

一些時間經過後，歸零鍵之致動過程可被重覆，於是再次對該容器進行噴射。下指示界限AG為固定的且顯示於顯示裝置上。可由該AG顯示值變化至對應脈衝37之較高值而判定洩漏。因此，顯示裝置總是指示該下指示界限AG，其中洩漏率可足以充分顯示。當顯示需求的下指示界限AG時，使用者可因此以先前顯示之靈敏度執行一洩漏偵測。

第4圖例示本發明第二變形例之一實施例。再次地，所量得之洩漏率Q被供應至一減法器31作為一容積訊號MS。減法器之輸出經由一記憶體32連接至減法器之扣減輸入。從記憶體32之訊號輸出由線路33上之一訊號所造成。由歸零鍵所輸入之歸零訊號被供應至對線路33產生訊號之關閉裝置40。關閉裝置40以線路41上之一訊號被啟動。

在一觸發輸入42，其可為第1圖之輸入裝置20，使用者將輸入以mbar*l/s為單位之觸發值T。觸發值首先代表一界限值，超過此界限值表示”太大”的洩漏。

於歸零功能之啟動後獲得所量得之洩漏率Q_Z 值，被供應至一比較器43之一輸入。假如Q_Z >T，比較器43之其他輸入產生一輸出訊號。此輸出訊號致動觸發警報44，其指示容積訊號大於所輸入之觸發值，並因此超過限界值。這意味著偵測到洩漏。洩漏大小被顯示在接收訊號Q_Z 之洩漏率顯示器45。

容積訊號MS代表洩漏率Q被供應至一形成微分商數dQ/dt之微分電路50。該微分電路50之輸出訊號D指示洩漏率Q之訊號顫化，即容積訊號之(負)斜率。微分電路50之訊號指示洩漏率Q之訊號顫化，即容積訊號之(負)斜率。訊號D被供應至二邏輯電路51與52。第一邏輯電路51供應一輸出訊號，假如以下條件滿足的話：(D<0)∧(|D|>c*T)

第二邏輯電路52產生一輸出訊號，假如以下條件滿足的話： (D>0)∨(|D|<k*T)

其中D：以mbar(毫巴)*l/s(公升/秒)每分鐘為單位表示訊號顫化，T：係以mbar*l/s為單位所表示之設定的觸發值，c,k：為常數值，其中c>k；經由常數值c與k之選取，最小期間可予事先界定，在此最小期間內，大小為T之洩漏處在因洩漏率訊號之負漂移使它再次變成”不可見”之前，對一使用者為可見的。在此，c>k為必須的，以得到歸零功能之”關閉(disabling)”與”啟動(enabling)”間之一遲滯(hysteresis)。此功能避免歸零功能之一錯誤操作且確保具有設定觸發值大小之洩漏被使用者偵測到。

邏輯電路51與52之輸出訊號控制一正反器53至連接線路41所控制關閉裝置40之輸出。來自邏輯電路51之訊號控制設定輸入S，且從及來自邏輯電路52之訊號控制正反器53之重設輸入R。正反器之輸出連接具有二不同顏色之燈55、56的指示裝置54。當歸零功能啟動時，燈55亮起，且當歸零功能關閉時，燈56亮起。

第5圖例示在洩漏率Q時間圖中之軌跡，形成容積訊號MS。在第5圖中，容積訊號MS之表示亦為以十為底的對數。從洩漏率Q判定訊號顫化D，其亦於第5圖比率繪出曲線-D/k。曲線-D/k在點P與觸發值T相交。此意指歸零功能在第4圖中由關閉裝置40啟動。指示燈55亮起。使用者現在 可以手動地產生歸零訊號。從時間t₁ 至時間t₂ 使用者使用一噴槍27向洩漏處噴射測試氣體。此造成容積訊號之一正向增加60從t₂ 歸零訊號關閉。只要訊號D從上端再次向下通過設定觸發值T，歸零功能就從時間t₃ 起再次關閉。第5圖中，由常數c與k所造成之遲滯現象為簡明緣故則未予說明。

訊號上升60指示一測得的洩漏。

第4與5圖之變形例為基於洩漏率對所欲求之觸發值T是否仍為可量測的之判定。假如它為可量測的，歸零功能啟動；假如它為不可量測的，歸零功能關閉。

以上所述之實施例，氣體從一容器抽出以對測試氣體檢查此氣體。於一變形例中，本發明亦可應用於嗅漏偵測中，其洩漏係在欲檢測之位置處以一引於外界空氣之抽吸探針偵測。

10‧‧‧偵測器

11‧‧‧入口突緣

12‧‧‧導管

13‧‧‧真空泵裝置

14‧‧‧渦輪分子泵

15‧‧‧預真空泵

16‧‧‧質譜儀

17‧‧‧微電腦

18‧‧‧控制裝置

19‧‧‧顯示裝置

20‧‧‧輸入裝置

21‧‧‧歸零鍵

25‧‧‧容器

26‧‧‧漏隙

27‧‧‧噴槍

30‧‧‧最大值選擇器

31‧‧‧減法器

32‧‧‧記憶體

33,41‧‧‧線路

34,50‧‧‧微分電路

37‧‧‧脈衝

40‧‧‧關閉裝置

42‧‧‧觸發輸入

43‧‧‧比較器

44‧‧‧觸發警報

45‧‧‧洩漏率顯示器

51,52‧‧‧邏輯電路

53‧‧‧正反器

54‧‧‧指示裝置

55,56‧‧‧燈

60‧‧‧正向增加

以下為參考附圖本發明之一實施例之詳細描述：第1圖為依據本方法一操作之洩漏偵測之圖式。

第2圖為本方法之第一變形例之方塊圖。

第3圖為第一變形例中容積訊號之時間圖。

第4圖為第二變形例之方塊圖。

第5圖為第二變形例之容積訊號之時間圖。

AS‧‧‧顯示訊號

AG‧‧‧下指示界限

MS,MS_Z ‧‧‧容積訊號

37‧‧‧脈衝

Claims (10)

1. 一種洩漏檢測方法，包括下列步驟：排出氣體；於氣體排出中偵測測試氣體，且產生對應所測得洩漏率(Q)之一容積訊號(MS)；處理該容積訊號(MS)，使得當一歸零訊號產生時該容積訊號被減低；其特徵為以下步驟：計算容積訊號之訊號顫化(dQ/dt)；從計算出之訊號顫化決定下指示界限(AG)；唯有容積訊號(MS)超過下指示界限(AG)時，指示一洩漏。
2. 如申請專利範圍第1項之洩漏檢測方法，其中訊號顫化(dQ/dt)之計算係藉獲得容積訊號(MS)之微積分而產生。
3. 如申請專利範圍第1項之洩漏檢測方法，其中訊號顫化以一商數(k)相除而得到該下指示界限(AG)。
4. 如申請專利範圍第1項之洩漏檢測方法，其中洩漏率(Q)與該下指示界限(AG)之最大值被提供至一洩漏率顯示器。
5. 一種洩漏偵測器，包括一真空接頭(11)、一與該真空接頭連接之高真空泵裝置(13)、一測試氣體感測器(16)、一微電腦(17)與一控制裝置(18)，該控制裝置(18)含有一顯示裝置(19)與一用於歸零訊號之輸入裝置(21)，歸零訊號意欲減低測試氣體感測器所提供之容積訊號(MS)；其中設置一微分電路(34)，從容積訊號，產生一訊號顫化 值，由此計算下指示界限(AG)，且其中假如該減低的容積訊號(MS)超過該下指示界限(AG)，顯示器裝置(19)僅指示不同於該下指示界限之一洩漏率。
6. 一種洩漏偵測方法，包括以下步驟：排出氣體；於氣體排出中偵測測試氣體，且產生對應所測得洩漏率(Q)之一容積訊號(MS)；處理該容積訊號(MS)，使得當一歸零訊號產生時，該容積訊號被減低；其特徵為以下步驟：計算容積訊號(MS)之訊號顫化(D)；預設一觸發值(T)；唯有容積訊號(MS)之訊號顫化(D)小於觸發值(T)時，啟動歸零功能。
7. 如申請專利範圍第6項之洩漏檢測方法，其中假如滿足條件|D |>c *T 且|D |<0，歸零功能被關閉，其中D為容積訊號(MS)之訊號顫化，T為使用者所輸入之觸發值，且c為一常數值。
8. 如申請專利範圍第6項之洩漏檢測方法，其中假如滿足條件|D |<k *T 或|D |>0，歸零功能被啟動，其中T為使用者所輸入之觸發值，且k為一常數值。
9. 如申請專利範圍第6項之洩漏檢測方法，其中顯示裝置(54)指示歸零功能是否啟動。
10. 一種洩漏偵測器，包括一真空接頭(11)、一與該真空接頭連接之高真空泵裝置(13)、一測試氣體感測器(16)、一微電腦(17) 與一控制裝置(18)，該控制裝置(18)含有一顯示裝置(54)與一用於歸零訊號的輸入裝置(21)，歸零訊號意欲減低測試氣體感測器所供給之容積訊號(MS)；其特徵在於設有一微分電路(50)，其從容積訊號(MS)產生一訊號顫化值(D)，設有一邏輯裝置(51,52,53)，其評估訊號顫化(D)及關閉或啟動一用於歸零訊號的關閉裝置(40)，一觸發輸入(52)供應一觸發值(T)，其指示在洩漏率上何值應為可量測的，關閉裝置(40)於該值以下關閉歸零訊號。