JPH061230B2 - ヘリウム漏洩用の改良検出器 - Google Patents
ヘリウム漏洩用の改良検出器Info
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- JPH061230B2 JPH061230B2 JP63296416A JP29641688A JPH061230B2 JP H061230 B2 JPH061230 B2 JP H061230B2 JP 63296416 A JP63296416 A JP 63296416A JP 29641688 A JP29641688 A JP 29641688A JP H061230 B2 JPH061230 B2 JP H061230B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
- G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
- G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
- G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、ヘリウム漏洩用の改良検出器に関する。
同一出願人のイタリア国特許第1179600号は、与えられ
た情況において、１種類のガスのみに対し透過性であ
り、他のものに対してはほぼ完全に不透過性であるマス
フィルターとして作用するような、かなり選択的にある
種の気体に透過性である、ある種の物質の特性に基づく
ヘリウム検出器を開示している。
た情況において、１種類のガスのみに対し透過性であ
り、他のものに対してはほぼ完全に不透過性であるマス
フィルターとして作用するような、かなり選択的にある
種の気体に透過性である、ある種の物質の特性に基づく
ヘリウム検出器を開示している。
これらの物質のうち、大気に関しては、ヘリウムのみに
対し選択的透過性フィルターの製造用に石英ガラスある
いは石英が公知である。
対し選択的透過性フィルターの製造用に石英ガラスある
いは石英が公知である。
この原理に基づく産業用途用の検出器の製造において、
多くの困難に遭遇し、多くの問題が解決された。
多くの困難に遭遇し、多くの問題が解決された。
例として、シリカ膜用に最も適当な形状を見つけること
が必要であり、および上記特許においてこの目的に対す
る適当な膜が開示されておらず、その製造についても示
されていないので、その表面および厚さを明確に規定す
ることが必要である。
が必要であり、および上記特許においてこの目的に対す
る適当な膜が開示されておらず、その製造についても示
されていないので、その表面および厚さを明確に規定す
ることが必要である。
また、真空ラインを通し真空ポンプへの膜内部チャンバ
ーの接続において、かなりの困難に遭遇する。
ーの接続において、かなりの困難に遭遇する。
さらに、膜温度の測定に基づく方法が十分でないため、
膜を通るヘリウムの漏洩を検出および定量するシステム
を改良することが必要である。
膜を通るヘリウムの漏洩を検出および定量するシステム
を改良することが必要である。
従って、本発明の目的は、比較的簡単な構造の、高性能
の、操作が安定であり確実である、ヘリウムのみに対し
選択的透過性である石英ガラス膜の使用に基づく、いわ
ゆる「スニファー」タイプの、ヘリウムの漏洩用の改良
検出器を提供することである。
の、操作が安定であり確実である、ヘリウムのみに対し
選択的透過性である石英ガラス膜の使用に基づく、いわ
ゆる「スニファー」タイプの、ヘリウムの漏洩用の改良
検出器を提供することである。
本明細書において後に明らかとなる本発明の上記並びに
他の目的および利点は、シリカ含量の高いガラスのプロ
ーブに接続したイオンポンプを含んでなり、実質的にヘ
リウムのみに対し透過性であるマスフィルターとして作
用可能であり、前記プローブはシリカ含量の高いガラス
製の少なくとも１本のキャピラリーチューブを含んでな
り、一端において密封され、前記イオンポンプ上で直接
接続し、0.1〜１０cm2のシリカ含量の高いガラスの表面
積を有し、室温においてヘリウムに対し実質的に不透過
性であり、および300〜900℃の温度に前記チューブを保
つ加熱装置が取り付けられ、さらにイオンポンプ電流に
おいて少量の増加分を検出する装置および前記加熱装置
に対する指令装置を含んでなり、前記イオンポンプにお
ける検出した電流に反応して作用する、ヘリウム漏れ用
の改良検出器により達成される。
他の目的および利点は、シリカ含量の高いガラスのプロ
ーブに接続したイオンポンプを含んでなり、実質的にヘ
リウムのみに対し透過性であるマスフィルターとして作
用可能であり、前記プローブはシリカ含量の高いガラス
製の少なくとも１本のキャピラリーチューブを含んでな
り、一端において密封され、前記イオンポンプ上で直接
接続し、0.1〜１０cm2のシリカ含量の高いガラスの表面
積を有し、室温においてヘリウムに対し実質的に不透過
性であり、および300〜900℃の温度に前記チューブを保
つ加熱装置が取り付けられ、さらにイオンポンプ電流に
おいて少量の増加分を検出する装置および前記加熱装置
に対する指令装置を含んでなり、前記イオンポンプにお
ける検出した電流に反応して作用する、ヘリウム漏れ用
の改良検出器により達成される。
第１図および第２図を参考にして、本発明に係るヘリウ
ム漏洩検出器は、小さなイオンポンプ１、調節並びに高
電圧電源ユニット２、および「スニファー」タイプのプ
ローブ３より構成される真空システムを含んでなる。
ム漏洩検出器は、小さなイオンポンプ１、調節並びに高
電圧電源ユニット２、および「スニファー」タイプのプ
ローブ３より構成される真空システムを含んでなる。
従来の検出器の操作には、超真空条件（ＵＨＶ）、すな
わち電圧３ＫＶおよび磁場1500ガウスで供給されるイオ
ンポンプにより得られる10-8mbar以下の圧力が必要であ
る。
わち電圧３ＫＶおよび磁場1500ガウスで供給されるイオ
ンポンプにより得られる10-8mbar以下の圧力が必要であ
る。
イオンポンプの吸入口５は、超真空シール９を介して取
り付けられたシリカ含量の高いガラス製のキャピラリー
チューブ１０と通じている穴７を有するフランジ６によ
り密閉されており、このチューブは底で開いており、ポ
ンプ１と直接つながっており、頂上では閉じている。本
明細書において、「シリカ含量の高いガラス」とは少な
くとも８０％のシリカにより形成されたシリカ、例えば
Corning Glass Workにより商標Pyrex（81％ SiO2）ま
たは商標Vycor（96％SiO2）として販売されているガラ
ス、または好ましくは100％のSiO2で形成されたガラス
を意味する。
り付けられたシリカ含量の高いガラス製のキャピラリー
チューブ１０と通じている穴７を有するフランジ６によ
り密閉されており、このチューブは底で開いており、ポ
ンプ１と直接つながっており、頂上では閉じている。本
明細書において、「シリカ含量の高いガラス」とは少な
くとも８０％のシリカにより形成されたシリカ、例えば
Corning Glass Workにより商標Pyrex（81％ SiO2）ま
たは商標Vycor（96％SiO2）として販売されているガラ
ス、または好ましくは100％のSiO2で形成されたガラス
を意味する。
石英ガラスキャピラリーチューブ１０は、そこで検出す
べきヘリウムのみのイオンポンプへ通すため、ヘリウム
のみに対し選択的に透過性であり、他のガスに対しては
透過性でない膜を構成する。
べきヘリウムのみのイオンポンプへ通すため、ヘリウム
のみに対し選択的に透過性であり、他のガスに対しては
透過性でない膜を構成する。
チューブ１０の形および大きさの両方ともこの検出器の
作動に重要である。すなわち、その直径は５mm以下でな
ければならず、壁厚は１〜300μｍの間でなければなら
ないことがわかった。従って、このチューブは実質的に
キャピラリーチューブである。さらに、この選択的膜を
形成する石英ガラスの表面は0.1〜１０cm2の間でなけれ
ばならならず、0.5〜2.５cm2の間の表面が最良であると
考えられる。より大きな表面では、第３図に示されたよ
うに、フランジ６にあけた多くの穴7a，7b，7cに一致し
て取り付けたより多くのキャピラリーチューブ10a，10
b，10cを用いる。
作動に重要である。すなわち、その直径は５mm以下でな
ければならず、壁厚は１〜300μｍの間でなければなら
ないことがわかった。従って、このチューブは実質的に
キャピラリーチューブである。さらに、この選択的膜を
形成する石英ガラスの表面は0.1〜１０cm2の間でなけれ
ばならならず、0.5〜2.５cm2の間の表面が最良であると
考えられる。より大きな表面では、第３図に示されたよ
うに、フランジ６にあけた多くの穴7a，7b，7cに一致し
て取り付けたより多くのキャピラリーチューブ10a，10
b，10cを用いる。
このチューブ１０を300〜900℃の間の温度に加熱する
と、選択的透過性の望ましい特性を示す。このチューブ
の好ましい温度は750℃である。
と、選択的透過性の望ましい特性を示す。このチューブ
の好ましい温度は750℃である。
適当な源からの輻射により、または有利には熱伝導によ
りチューブ１０の加熱がおこなわれる。後者のケースに
おいて、この加熱装置はチューブに巻かれた金属フィラ
メント１２、白金フィラメントまたはチューブ上に付着
させた金属路である。２本以上のチューブ10a，10b，10
cを提供する実施態様において、ヒーター12a，12b，12c
は各チューブに提供され、このすべてのヒーターは互い
に連結している。あらゆるケースにおいて、この加熱装
置は検出器のコントロールユニット２内の指令装置に接
続している。
りチューブ１０の加熱がおこなわれる。後者のケースに
おいて、この加熱装置はチューブに巻かれた金属フィラ
メント１２、白金フィラメントまたはチューブ上に付着
させた金属路である。２本以上のチューブ10a，10b，10
cを提供する実施態様において、ヒーター12a，12b，12c
は各チューブに提供され、このすべてのヒーターは互い
に連結している。あらゆるケースにおいて、この加熱装
置は検出器のコントロールユニット２内の指令装置に接
続している。
チューブ１０のまわりには、ガス流入口に対する開口部
１５を有する保護囲い１３が提供されている。チューブ
１０のまわりのヘリウム流を促進するため、第２図に示
すようにサンプリングポンプ１６が保護囲い１３の底の
開口部１７に接続されている。このサンプリングポンプ
１６はモーター１８により作動し、ダクト１９を介して
開口部１７に接続している。この強制吸引システムのた
め、チューブ１０へのガス流は促進され、結果としてヘ
リウム検出が改良される。
１５を有する保護囲い１３が提供されている。チューブ
１０のまわりのヘリウム流を促進するため、第２図に示
すようにサンプリングポンプ１６が保護囲い１３の底の
開口部１７に接続されている。このサンプリングポンプ
１６はモーター１８により作動し、ダクト１９を介して
開口部１７に接続している。この強制吸引システムのた
め、チューブ１０へのガス流は促進され、結果としてヘ
リウム検出が改良される。
定常状態でおよびヘリウム漏洩がほとんどなく、上記特
徴の検出器を実現し、上記温度範囲に石英ガラスキャピ
ラリーチューブの温度を保つ場合、イオンポンプにより
送られるガス流の速度は、真空システムの構成により連
続的に放出される気体および通常大気中に存在するヘリ
ウムのプローブの通過による。この総流速は１０-7mbar
×1/S未満であり、ポンプの相当するイオン電流ドレイ
ン１μＡ未満である。
徴の検出器を実現し、上記温度範囲に石英ガラスキャピ
ラリーチューブの温度を保つ場合、イオンポンプにより
送られるガス流の速度は、真空システムの構成により連
続的に放出される気体および通常大気中に存在するヘリ
ウムのプローブの通過による。この総流速は１０-7mbar
×1/S未満であり、ポンプの相当するイオン電流ドレイ
ン１μＡ未満である。
検出器プローブがヘリウム漏洩に近づけた場合、石英ガ
ラスチューブの壁に当たる分子数が増し、同じことがポ
ンプのイオン電流にもおこる。この電流増加は以下に述
べるコントロールユニット２の一部である電子装置によ
り検出され処理される。
ラスチューブの壁に当たる分子数が増し、同じことがポ
ンプのイオン電流にもおこる。この電流増加は以下に述
べるコントロールユニット２の一部である電子装置によ
り検出され処理される。
従ってヘリウムの存在は、イオンポンプにより得られる
電流のシグナルの増加により示される。
電流のシグナルの増加により示される。
多量のヘリウムの漏洩が存在すると、連続的測定を妨げ
る多量のヘリウムのプローブへの通過を防ぐため、ポン
プにより得られる電流があらかじめ決めた限界、例えば
２μＡを越えるとすぐ指令装置が停止させるよう石英ガ
ラスチューブの加熱装置を遠隔操作する。これによりチ
ューブ１０は急激に冷却し、そのヘリウムへの透過性は
かなり低下する。
る多量のヘリウムのプローブへの通過を防ぐため、ポン
プにより得られる電流があらかじめ決めた限界、例えば
２μＡを越えるとすぐ指令装置が停止させるよう石英ガ
ラスチューブの加熱装置を遠隔操作する。これによりチ
ューブ１０は急激に冷却し、そのヘリウムへの透過性は
かなり低下する。
ヘリウム漏洩の量は、ポンプで検出された電流シグナル
の導関数、つまり第４、５、および６図に示したような
限界値における電流増加とそのような増加がおこる短い
時間間隔の比より計算される。
の導関数、つまり第４、５、および６図に示したような
限界値における電流増加とそのような増加がおこる短い
時間間隔の比より計算される。
各グラフにおいて、ポンプにより生ずるイオン電流は縦
軸で表わされ、検出時間は横軸で表わされる。点線はプ
ローブの外側のヘリウム分圧ｐ （Ｈｅ）の変化を表わ
し、これは漏洩量に依存する。
軸で表わされ、検出時間は横軸で表わされる。点線はプ
ローブの外側のヘリウム分圧ｐ （Ｈｅ）の変化を表わ
し、これは漏洩量に依存する。
各グラフにおいて、ヒーターを停止させる限界電流値、
例えば２μＡ未満をＩ２と示す。プローブがヘリウム漏
洩の近くにない場合通常越えないイオン電流の値をＩ１
と示し、この値は１μＡである。
例えば２μＡ未満をＩ２と示す。プローブがヘリウム漏
洩の近くにない場合通常越えないイオン電流の値をＩ１
と示し、この値は１μＡである。
第４図に示す状態は、プローブを外側のヘリウム分圧の
わずかな増加をおこす少量のヘリウムの漏洩およびイオ
ンポンプのわずかな電流の増加であり、Ｉ１が限界値Ｉ
２より低いことから表わされる。この特定の状態におい
て、実際の電流値Ｉｉ（Ｉ１＜Ｉｉ＜Ｉ２）は、漏洩量
を示すものとして用いられる。ヒーターは、電流が停止
限界の値Ｉ２に達していないので作動している。
わずかな増加をおこす少量のヘリウムの漏洩およびイオ
ンポンプのわずかな電流の増加であり、Ｉ１が限界値Ｉ
２より低いことから表わされる。この特定の状態におい
て、実際の電流値Ｉｉ（Ｉ１＜Ｉｉ＜Ｉ２）は、漏洩量
を示すものとして用いられる。ヒーターは、電流が停止
限界の値Ｉ２に達していないので作動している。
第５図は電流がまさに限界値より大きくなった量のヘリ
ウム漏洩の状態を示している。漏洩量を決定すると考え
られるシグナルは、比（I2−I1）／（t2−t1）より得ら
れる。検出器コントロールユニットの一部であるヒータ
ー用の指令装置は、Ｉ１＝Ｉ２の場合にヒーターを停止
させる。
ウム漏洩の状態を示している。漏洩量を決定すると考え
られるシグナルは、比（I2−I1）／（t2−t1）より得ら
れる。検出器コントロールユニットの一部であるヒータ
ー用の指令装置は、Ｉ１＝Ｉ２の場合にヒーターを停止
させる。
第６図において、短時間でかなりの電流の増加に相応す
る多量のヘリウム漏洩の状態を示す。このケースも、漏
洩量は比（I2−I1）／（t2−t1）より決定され、限界Ｉ
２が越えた場合にヒーターは停止する。
る多量のヘリウム漏洩の状態を示す。このケースも、漏
洩量は比（I2−I1）／（t2−t1）より決定され、限界Ｉ
２が越えた場合にヒーターは停止する。
あらゆる比において、ポンプにより生ずる電流は、ポン
プから高電圧電源への回帰路にある、コントロールユニ
ット２の一部である測定回路により連続的に読み取られ
る。
プから高電圧電源への回帰路にある、コントロールユニ
ット２の一部である測定回路により連続的に読み取られ
る。
以下に、すでに用いた符号を参照して、ポンプにより生
ずる電流の増加より、漏洩量の定量可能な電流の測定の
例を開示する。
ずる電流の増加より、漏洩量の定量可能な電流の測定の
例を開示する。
電圧Ｉを例えば電位計により電圧値Ｖ＝ＲＩに転化す
る。この電圧Ｖを２つの限界値、つまり電流値Ｉ１（〜
１μＡ）に相当するものと電流値Ｉ２（〜２μＡ）に相
当するものと連続的に比較する。２つのケースが可能で
ある。
る。この電圧Ｖを２つの限界値、つまり電流値Ｉ１（〜
１μＡ）に相当するものと電流値Ｉ２（〜２μＡ）に相
当するものと連続的に比較する。２つのケースが可能で
ある。
第１のケース。電流がＩ１を越えた場合（時間ｔ１）、
カウンターはカウントを始め、Ｉ２をも越えた場合、カ
ウンターは停止し（時間ｔ２）、ｔ１とｔ２の間の時間
を読みとり、比（I2−Ｉ１）／（t2−t1）より漏洩を検
出し、上記例のように示す。次いでカウンターをリセッ
トし、次の測定に備える。
カウンターはカウントを始め、Ｉ２をも越えた場合、カ
ウンターは停止し（時間ｔ２）、ｔ１とｔ２の間の時間
を読みとり、比（I2−Ｉ１）／（t2−t1）より漏洩を検
出し、上記例のように示す。次いでカウンターをリセッ
トし、次の測定に備える。
電流がＩ２を越える場合、電流はヒーターを停止させ、
電流が限界Ｉ１より下に低下した場合のみつける。
電流が限界Ｉ１より下に低下した場合のみつける。
第２のケース。電流はＩ１を越えたが与えられた時間、
例えば１０秒内にある場合、限界Ｉ２に達せず、ヒータ
ーは作動したままで、ヘリウム漏洩を定量するため電流
値を用いる。
例えば１０秒内にある場合、限界Ｉ２に達せず、ヒータ
ーは作動したままで、ヘリウム漏洩を定量するため電流
値を用いる。
電流シグナルの検出によるこの漏洩測定法は、その簡単
さおよび有効性がとても有利である。より正確には、こ
の方法はイオンポンプの吸み出し速度と無関係であるの
で、従来の特許に開示された温度測定に基づく方法より
改良されている。
さおよび有効性がとても有利である。より正確には、こ
の方法はイオンポンプの吸み出し速度と無関係であるの
で、従来の特許に開示された温度測定に基づく方法より
改良されている。
第１図は、本発明に係る検出器を示す略図である。 第２図は、第１図の検出器の拡大した詳細を示す略図で
ある。 第３図は、本発明の他の実施態様を示す略図である。 第４，５および６図は、本発明に係る検出器の操作の特
徴を示す図である。 １…イオンポンプ、 ２…電源、 ３…プローブ、 ５…イオンポンプの吸入口、 ６…フランジ、 ７…穴、 ９…真空シール、１０…キャピラリーチューブ、 １２…金属フィラメント、１３…保護囲い、 15,17…開口部、 １６…サンプリングポンプ、 １８…モーター、 １９…ダクト。
ある。 第３図は、本発明の他の実施態様を示す略図である。 第４，５および６図は、本発明に係る検出器の操作の特
徴を示す図である。 １…イオンポンプ、 ２…電源、 ３…プローブ、 ５…イオンポンプの吸入口、 ６…フランジ、 ７…穴、 ９…真空シール、１０…キャピラリーチューブ、 １２…金属フィラメント、１３…保護囲い、 15,17…開口部、 １６…サンプリングポンプ、 １８…モーター、 １９…ダクト。
Claims (5)
- 【請求項１】シリカ含量の高いガラス製のプローブに接
続したイオンポンプを含んでなり、実質的にヘリウムの
みに対し透過性であるマスフィルターとして作用可能な
ヘリウム漏洩用の改良検出器であって、前記プローブが
シリカ含量の高いガラス製のキャピラリーチューブを少
なくとも１本含んでなり、一端において密閉され前記イ
オンポンプに直接取り付けられ、0.1〜１０cm2の間のシ
リカ含量の高いガラスの表面積を有し、室温においてヘ
リウムに対し実質的に不透過性であり、300〜900℃の間
に温度に前記チューブを保つ装置が取り付けられ、さら
にイオンポンプ電流の小さな増加を検出する装置および
前記加熱装置用の指令装置を含んでなり、イオンポンプ
内で検出した電流に反応して作動する検出器。 - 【請求項２】前記シリカ含量の高いガラス製のキャピラ
リーチューブがイオンポンプの吸入口の開口端に直接取
り付けられている、請求項１記載の検出器。 - 【請求項３】ガス流入用に開口部が取り付けられた、前
記石英ガラスチューブ用の保護囲いを含んでなる、請求
項１記載の検出器。 - 【請求項４】さらに、前記石英ガラスチューブへのガス
流を促進するため前記保護囲いの内部への吸入用に接続
したサンプリングポンプを含んでなる、請求項１または
３記載の検出器。 - 【請求項５】前記石英ガラスチューブが５mm未満の直径
を有し、その壁が１〜100μｍの間の厚さを有する、請
求項１記載の検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT67711-A/88 | 1988-07-27 | ||
| IT8867711A IT1224604B (it) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | Rivelatore perfezionato di perdite di elio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0254163A JPH0254163A (ja) | 1990-02-23 |
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