3.3. Требования к герметичности вакуумных систем

Требования к герметичности вакуумных систем формулируются с учетом условий их дальнейшей эксплуатации. В техническом за­дании на разработку вакуумной системы, работающей под непре­рывной откачкой, задается рабочее давление р_раб, при котором должен осуществляться технологический процесс. Для обеспече­ния эффективного использования откачных средств необходимо обеспечить предельное давление:

p_пр ≥ 0,1р_раб. (3.14)

Предположим, что вакуумная система хорошо обезгажена и газовыделением можно пренебречь по сравнению с натеканием, тогда допустимый газовый поток, поступающий через все течи, имеющиеся в вакуумной установке:

Q_н ≤ p_пр S₀ = 0,1 р_раб S₀, (3.15)

где S₀ – быстрота откачки объекта.

Если технические требования связаны с поддержанием не об­щего, а парциального давления р_П какого-то компонента смеси, содержание которого равно γ, то

Q_н ≤ 0,1p_ПS₀/γ. (3.16)

В вакуумных системах объемом V, работающих в течение вре­мени Δt без непрерывной откачки, для допустимого возрастания давления Δp газовый поток:

Q_н ≤ VΔp/Δt. (3.17)

Если требования ставятся по парциальным давлениям, то ана­логично (3.15) получим

Q_н ≤ VΔp/(Δt γ). (3.18)

При совпадении условий испытаний на герметичность с рабо­чими условиями уравнения (3.15)...(3.18) определяют требования к пороговой чувствительности испытаний. Если же контроль гер­метичности проводится с помощью пробного газа или при другой температуре и перепаде давлений, то требования к пороговой чув­ствительности необходимо уточнить по уравнению (3.12).

Требования к герметичности сборочных единиц и деталей за­висят от требований к герметичности установки в целом. При ин­дивидуальной проверке герметичности элементов в процессе изго­товления, считая маловероятным одновременное наличие в соб­ранной установке более двух одинаковых течей, можно принять

Q_нэ= 0,5Q_н. (3.19)

3.4. Аппаратура для определения герметичности

В настоящее время широко применяется масс-спектрометрический течеискатель, обладающий самой высокой чувствительно­стью. Минимальные течи, которые можно обнаружить этим при­бором, равны 10^–13 м³ ∙ Па/с. На рис. 3.8 показана масс-спектрометрическая камера течеискателя, предназначенного для работы с гелием в качестве пробного газа. Электроны, эмиттируемые ка­тодом 9, попадают в камеру ионизации 8. Источник питания ка­тода 11 подключен к анализатору через фланец 10. В случае негерметичности вакуумной системы, обдуваемой пробным газом, молекулы гелия через фланец 5 проникают в камеру ионизации. Положительные ионы гелия ускоряющим напряжением направ­­­- ля­ются в камеру магнитного анализатора 6. Ускоряющее напряже­ние Е_у и магнитная индукция В подбираются таким образом, чтобы ионы гелия, прошедшие через входную щель 7, двигаясь по траектории 4, попали в выходную щель 2.

Рис. 3.8. Масс-спектрометрическая камера течеискателя

Остаточные газы по траектории 3 разряжаются на стенках анализатора. В отличие от анализаторов парциальных давлений, которые должны иметь вы­сокую разрешающую способность и перестраиваться на различ­ные массовые числа, датчик течеискателя настраивается только на пробный газ. При этом входная и выходная щели могут быть расширены, что увеличивает чувствительность течеискателя. Этот способ повышения чувствительности можно применять для гелия, не имеющего в составе воздуха веществ с близкими массовыми числами.

Коллектор ионов 1 соединяется с электрометрическим каска­дом 13, усиливающим падение напряжения на высокоомном со­противлении. Блок измерения ионного тока 12 после дополнитель­ного усиления выходного сигнала электрометрического каскада выводит результаты измерений на стрелочный прибор или само­писец.

Течеискатель подключается к испытуемому объекту с помощью фланца 1 (рис. 3.9). Для предварительной градуировки может применяться гелиевая течь 12, подключенная через клапан 13. Для дросселирования больших потоков, поступающих в течеис­катель, служит клапан-натекатель 2. Ловушка 3 с насосом 10, подключенным через клапан 11, используется для создания ра­бочего давления Ю-2 Па, измеряемого преобразователем 4 и не­обходимого для работы масс-спектрометрической камеры 5. Форвакуумный насос 8 обеспечивает через клапан 9 работу высоковакуумного пароструйного насоса 10 и через клапан 6 – байпасную откачку камеры 5. Работоспо­собность насоса 8 можно опреде­лить при помощи манометра 7.

Рис. 3.9. Вакуумная схема масс-спектрометрического течеискателя

Течеискатель может подклю­чаться к вакуумным системам как со стороны высокого, так и со сто­роны низкого вакуума. Вакуумная система течеискателя предназначе­на для откачки масс-спектрометрической камеры и, как правило, не может быть использована для от­качки испытуемого объекта, кото­рый должен иметь собственную откачную систему.

Атмосферный датчик галогенно­го течеискателя представляет со­бой диод прямого накала (рис. 3.10, а), у которого эмиттирующим электродом служит платиновая спираль 1, нагретая до 800...900 °С, а коллектором возникающих в присутствии галогенов положи­тельных ионов – цилиндрический электрод 2, охватывающий нить накала. Ионный ток измеряется усилителем 3. Воздух вместе с галогенами, выходящими из камер, засасывается в датчик вен­тилятором 4.

Рис. 3.10. Датчики галогенного течеискателя: а — атмосферный; б — вакуумный

Вакуумный датчик (рис. 3.10, б) подключается к вакуумной системе с помощью фланца 1 и содержит, так же как и атмо­сферный, платиновую спираль 3 и коллектор ионов 2, соединяе­мые через электрические выводы в вакуум в корпусе 4 с измери­тельным блоком 6, индуцирующим течь стрелочным прибором или звуковым сигналом, и с источником питания 5.