Гелиевый течеискатель - это детектор гелия на базе масс-спектрометрического анализатора. Процесс контроля герметичности гелиевым течеискателем основан на обнаружении гелия, проникающего через дефект в оболочке изделия. Контроль герметичности гелиевым течеискателем является самым чувствительным методом контроля герметичности из тех, что получили широкое распространение. Методы контроля герметичности подробно разобраны здесь...

Далее будет кратко изложена информация о конструкции гелиевого течеискателя, его составных частях и особенностях.

Конструкция течеискателя

Гелиевый течеискатель состоит из большого количества узлов и агрегатов, рассмотрим основные из них:

• откачная система;

• вакуумная система;

• масс-спектрометрический анализатор;

• система управления. 

Откачная система

Откачная система современного течеискателя состоит из двух насосов: форвакуумного (ФВН) и высоковакуумного - турбомолекулярного (ТМН). ФВН осуществляет предварительную откачку вакуумной системы течеискателя до давления достаточного для работы ТМН. ТМН откачивает вакуумную систему до высокого вакуума, необходимого для работы масс-спектрометрического анализатора.

ФВН в течеискателе различаются по производительности и типу конструкции. Чем выше производительность ФВН, тем быстрее он создает вакуум, необходимый для начала работы ТМН. Тип ФВН выбирают исходя из условий, в которых планируют эксплуатировать течеискатель. Для общепромышленного применения обычно используют двухступенчатые пластинчато-роторные насосы, т.к. они относительно дешевы. Для работы такие насосы заправляют специальным вакуумным маслом. На производствах, где важна чистота атмосферы и пары масла недопустимы, используют «сухие» или «безмасляные» ФВН. Стоимость «сухих» насосов в несколько раз превосходит стоимость пластинчато-роторных насосов аналогичной производительности.

Компактные ФВН малой производительности (до 2м³/ч) могут быть установлены в корпус гелиевого течеискателя, ФВН более высокой производительности устанавливаются на специальную транспортировочную стойку (тележку).

Обычно течеискатели одной модели оснащают одной моделью ТМН. Это связано с тем, что внутри корпуса течеискателя недостаточно места для вариативности.

При работе течеискателя в режиме обдува или вакуумной камеры, откачная система может проводить вакуумирование внешних объектов небольшого объема (объекты контроля герметичности или вакуумные камеры). Откачная система течеискателя не предназначена для вакуумирования объемов более 50 литров. Это вызвано конструктивным ограничением, связанным с особенностью процесса откачки объектов до высокого вакуума. Для вакуумирования больших объектов обычно используют откачные посты.

Вакуумная система

Вакуумная система - внутренний объем течеискателя в котором откачная система создает вакуум. Вакуумная система состоит из ряда трубопроводов, вакуумных клапанов и датчиков. Откачная система (конструктивно) тоже является частью вакуумной системы. Задача вакуумной системы - создать и сохранить вакуум внутри масс-спектрометрического анализатора и обеспечить в него доступ гелия, попадающего на вход течеискателя из места негерметичности объекта, проходящего испытания.

По типу конструкции вакуумные системы течеискателя делятся на моноблочные и составные.

Моноблочная вакуумная система - это монолитный металлический блок с отверстиями, в которые установлены вакуумные датчики, клапаны и элементы откачной системы. Плюсом такой конструкции является высокая герметичность и сравнительно небольшие габариты, а минусом крайне низкая ремонтопригодность и сложность очистки внутренних полостей.

Составная вакуумная система собирается из отдельных элементов, соединенных сваркой и быстроразъемными хомутами. Такая конструкция проста и удобна в обслуживании, но при ее сборке требуется уделить повышенное внимание  герметичности.

Масс-спектрометрический анализатор

Масс-спектрометрический анализатор в гелиевом течеискателе - устройство производящее разделение попадающих в него атомов, на атомы гелия и все остальное.

Атомы со входа течеискателя через его вакуумную систему попадают в камеру анализатора. Вольфрамовый термоэмиссионный катод (о катодах подробнее здесь...) нагревается до 2 000 градусов и создает поток электронов. Возникает ударная ионизация атомов. Атомы приобретают заряд, становятся ионами и ускоряются электрическим полем. Воздействие магнитного поля, создаваемого в анализаторе, на ускоренный поток ионов приводит к их отклонению от прямолинейной траектории по дуге окружности. Конструкция анализатора выполнена таким образом, что в результате отклонения только ионы гелия попадают на приемник ионов (мишень), вызывая тем самым появление ионного тока, регистрируемого как сигнал о наличии негерметичности. Затем происходит усиление сигнала, который обрабатывается электрометрическим усилителем.

Система управления

Система управления течеискателем отвечает за координацию работы всех систем течеискателя и за взаимодействие с пользователем.