Messprinzip - Sensor
Mi
t Hilfe eines wartungsfreien Helium Sensors (z.B. T-GuardTM) kann auch bei Atmosphärendruck eine ansteigende Heliumkonzentration in einer Prüfkammer gemessen werden. Der eigentliche Sensor besteht aus einer nur für Helium durchlässigen Quarz-Membran und einer permanent evakuierten Glasröhre (vgl. Röhrenfernseher), sowie einem Anodenring und einer Kathodenplatte. Bei einer Konzentration von 5ppm Helium fließt ein
Strom von 2·10-10A.
Messprinzip – Prüfanlagevorrichtung
Mit Hilfe von Ventilatoren oder einer Umwälzung wird im Falle eines Lecks (Helium strömt in die Kammer) eine möglichst homogene Verteilung in der Kammer erzeugt. Dies ist erforderlich, da sonst Lecks an unterschiedlichen Stellen sehr unterschiedliche Messwerte ergeben würden.
Nachdem eine Vorrichtung mit einem Prüfleck kalibriert wurde, sollte die Wirkung der Ventilatoren/Umwälzung durch Positionieren des Prüflecks an verschiedenen Stellen am Prüfteil überprüft werden!!! Treten sehr unterschiedlich Ergebnisse auf, so wird offensichtlich durch die Ventilatoren bzw. die Umwälzung keine homogene Konzentration in der Kammer erreicht.
Beispiel für einen Konzentrationsanstieg
Bei einer
Leckagerate von 10-3mbar·l/s vom Prüfteil in eine Messkammer mit 15l Volumen ergibt sich bei Verwendung von 100% Helium nach 9s ein Konzentrationsanstieg um 0,5ppm. Da der natürliche Heliumgehalt in der Luft bei 5ppm liegt, entspricht dies einem Anstieg von 10% des Hintergrundwertes.
Prozesssicherheit
Ein größerer Konzentrationsanstieg wird bei einer höheren Leckagerate, einem kleineren Kammervolumen oder einer längeren Akkumulationszeit erreicht. Da meist das Kammervolumen aufgrund maschinenbaulicher Anforderungen nicht wesentlich verkleinert werden kann (gleichzeitig muss ja noch die homogene Verteilung mit Ventilatoren/Umwälzung sichergestellt werden), bleibt die längere Akkumulationszeit als Maßnahme.
Während der Sensor selbst zwar in der Lage ist, Konzentrationsanstiege von wenigen ppb (5ppb=0,005ppm) aufzulösen, können Dichtheitsprüfanlagen unter Produktionsbedingungen nicht so knapp ausgelegt werden, da ein prozesssicherer Betrieb dann nicht gewährleistet werden kann.
Vorsicht!!!
Ein häufiger Denkfehler bei derartigen Anlagen besteht darin, dass auch für die gesamte Prüfanlage keinerlei Vakuumpumpen benötigt werden. Dies ist falsch! Damit sich das Prüfgas (100% Helium, Helium-Luftgemisch) gleichmäßig im Prüfteil verteilt, muss das Prüfteil zuerst mit einem Vakuum versehen werden. Erst dann wird das Prüfgas mit dem vorgegebenen Prüfdruck eingefüllt und kann sich nun relativ homogen verteilen. Kann oder darf das Prüfteil nicht evakuiert werden, so kann das Teil auch mit dem Prüfgas durchspült werden. Ein Durchspülen stellt aber eine homogene Verteilung des Prüfgases je nach Geometrie weit weniger sicher.
Prüftechnik Steckbrief HELT-A
Methode
Prüfteil wird evakuiert und mit dem Prüfgas (-gemisch) beaufschlagt. Tritt aufgrund einer Leckage Prüfgas in die Messkammer, so steigt die Prüfgaskonzentration an. Der Anstieg der Konzentration wird vom Heliumsensor gemessen.
Prüfmedium
Helium, Helium-Luft-Gemisch, He-Stickstoff-Gemisch
Nachweisgrenze
10-6 mbar·l/s
Erkennbare Leckageraten in Prüfanlagen
Eher im Bereich bis 10-2 mbar·l/s (abhängig vom Prüfvolumen)
Charakterisierung
| Werker unabhängig |
+ + +
|
|
| Investitionskosten |
+
|
Keine Vakuumkammer erforderlich. Teil muss trotzdem evakuiert werden um das Prüfgas gleichmäßig zu verteilen (Alternative: spülen) |
| Prüfteil trocken |
+ + +
|
|
| Betriebs- und Wartungskosten |
+
|
Regelmäßige Kalibrierung erforderlich, Wartung der Vakuumpumpe, Prüfgaskosten |
| Messzeiten |
–
|
Hängen sehr stark vom Kammervolumen ab. Bei großem Volumen ist der Konzentrationsanstieg sehr gering. |
| Volumenunabhängig |
– – –
|
Siehe Messzeiten. |
| Einfluss einer Temperaturänderung |
+ + +
|
Kein Temperatureinfluss bei normalen Umgebungsbedingungen. |
| Einfluss einer Volumenänderung |
+ + +
|
Kein Einfluss einer Volumenänderung. |
| Lokalisierung |
– – –
|
Keine Lokalisierung |
| Prüfgas |
– –
|
Helium, Helium-Gemisch |
| Grobleckproblematik |
– – –
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Verseuchung der Prüfkammer und Umgebung bei einem Grobleck |
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