Oltre agli attuali sistemi di pompe per vuoto e ai loro singoli componenti (vessels, linee, valvole, dispositivi di misurazione, ecc.), Esistono numerosi altri sistemi e prodotti nei settori dell'industria e della ricerca con elevati requisiti di tenuta o cosiddetti "sigillatura ermetica". Questi includono, in particolare, assemblaggi per l'industria automobilistica e della refrigerazione e molti altri.

Dichiarazioni generiche, come "nessuna perdita rilevabile" o "tasso di perdita zero", non rappresentano una base adeguata per gli acceptance tests. Ogni ingegnere esperto sa che le specifiche di accettazione correttamente formulate indicheranno una certa percentuale di perdite in condizioni definite. Il tasso di perdita accettabile è anche determinato dall'applicazione stessa.

La definizione più semplice per il termine "perdita" è una "apertura" in una parete (separante) o barriera attraverso la quale solidi, liquidi o gas possono entrare o uscire indesiderabilmente. I seguenti tipi di perdite si differenziano in base al tipo di materiale o al difetto di giunzione:

• Perdite nelle connessioni permanenti: piegature, saldature e saldature, giunti incollati
  
  
• Perdite dovute alla porosità: in particolare a seguito di deformazione meccanica (flessione) o trattamento termico di materiali policristallini e componenti in fusione
  
  
• Perdite termiche: apertura della perdita dovuta al carico di temperatura estremo (caldo / freddo)
  
  
• Perdite apparenti (virtuali): le quantità di gas saranno liberate da cavità e cavità all'interno di parti in fusione, fori ciechi e giunti (anche a causa dell'evaporazione dei liquidi)
  
  
• Perdite indirette: perdite nelle linee di alimentazione in sistemi di vuoto o forni (acqua, aria compressa, salamoia)
  
  
• Perdite seriali: questa è la perdita alla fine di diversi "spazi collegati in serie", ad es. una perdita nella sezione riempita d'olio della coppa dell'olio in una pompa a palette rotativa
  
  
• Perdite unidirezionali: permetteranno al gas di passare in una direzione ma sono serrati nell'altra direzione (molto raramente). Un'area che non è a tenuta di gas, ma che non perde, nel senso che è presente un difetto sarebbe la stessa
  
  
• Permeazione: permeabilità naturale del gas attraverso materiali come tubi in gomma, guarnizioni in elastomero, ecc. (A meno che queste parti non siano diventate fragili e quindi "colanti")

Nessun sistema o dispositivo per il vuoto può mai essere assolutamente a tenuta di vuoto, né in realtà deve esserlo. L'elemento essenziale è che il tasso di perdita deve essere sufficientemente basso da non influenzare la pressione di esercizio richiesta, il bilancio del gas e la pressione finale nel contenitore del vuoto. Il tasso di perdita di una nave indica la quantità di flusso di gas che fuoriesce attraverso le pareti della nave. Va notato, tuttavia, che il tasso di perdita per una perdita dipende dal tipo di gas.

Se la pressione finale desiderata non viene raggiunta in un sistema a vuoto, di solito ci sono due cause per questo: la presenza di perdite e / o la liberazione di gas dalle pareti del vaso e la degassificazione del sigillo.

Al fine di distinguere tra le due cause, è possibile utilizzare un'analisi della pressione parziale con uno spettrometro di massa o il test di aumento della pressione correlato al tempo. Poiché è possibile determinare l'esistenza di una perdita e non la sua posizione nel sistema quando si utilizza il test di aumento della pressione, si consiglia di utilizzare un rilevatore di perdite di elio in modo che le perdite possano essere localizzate anche in modo significativamente più veloce.

Il tasso di perdita standard dell'elio è necessario per la definizione inequivocabile di una perdita e le pressioni prevalenti su entrambi i lati della parete (del vaso) e la natura del mezzo che passa attraverso quella parete (viscosità, massa molare). Nel caso in cui il test venga eseguito con massa di elio 4 a una differenza di pressione di 1 bar dalla pressione atmosferica (esterna) al vuoto (p <1 mbar, interno), che si trova frequentemente nella pratica, la designazione "elio tasso di perdita standard "è stato introdotto. Al fine di indicare il tasso di rigetto per un test che utilizza l'elio in condizioni standard di elio, è necessario prima convertire le condizioni d'uso reali del test in condizioni standard di elio.

1. metodo del vuoto (a volte noto come "fuoriuscita"), in cui la direzione del flusso è nell'oggetto di prova; la pressione all'interno dell'oggetto di prova è inferiore alla pressione ambiente.
2. metodo a pressione positiva (spesso indicato come "perdita dentro-fuori"), in cui il flusso avviene dall'interno dell'oggetto di prova verso l'esterno; la pressione all'interno dell'oggetto di prova è superiore alla pressione ambiente. Gli oggetti di prova dovrebbero, ove possibile, essere esaminati in una configurazione corrispondente alla loro successiva applicazione, vale a dire componenti per applicazioni di vuoto usando il metodo del vuoto e usando il metodo della pressione positiva per le parti che verranno pressurizzate all'interno.

Quando si misurano i tassi di perdita, si distingue tra la registrazione di singole perdite (misurazione locale) e la registrazione del totale di tutte le perdite nell'oggetto di test (misurazione integrale). Il tasso di perdita più piccolo che non è più tollerabile in base alle specifiche di accettazione è noto come tasso di rifiuto. Il suo calcolo si basa sulla condizione che l'oggetto di prova non possa fallire durante il periodo di utilizzo pianificato a causa di guasti causati da perdite, e questo con un certo grado di certezza.

Spesso non viene determinato il tasso di perdita dell'oggetto di prova in condizioni operative normali, ma piuttosto il tasso di rendimento di un gas di prova in condizioni simili. I valori di misurazione raggiunti devono essere convertiti in modo da corrispondere alla reale situazione di applicazione in relazione alle pressioni interne ed esterne all'oggetto del test e al tipo di gas (o liquido) che viene manipolato.

Laddove è presente un vuoto all'interno dell'oggetto di prova (p <1 mbar), la pressione atmosferica esterna e la massa di elio 4 viene utilizzata nel gas di prova, si fa riferimento alle condizioni standard dell'elio. Le condizioni standard dell'elio sono sempre presenti durante il rilevamento delle perdite di elio per un sistema a vuoto quando il sistema è collegato a un rilevatore di perdite. Se il sistema viene pompato troppo in basso a meno di 1 mbar e se viene spruzzato con massa di elio 4, si fa riferimento alla tecnica di spruzzatura.

Se l'oggetto del test viene evacuato esclusivamente dal rilevatore di perdite, si direbbe che il rilevatore di perdite funziona nella modalità a flusso diretto del rilevatore di perdite (LD).

Se l'oggetto del test è esso stesso un sistema di vuoto completo con una propria pompa del vuoto e se il rilevatore di perdite viene azionato in parallelo alle pompe del sistema, si fa riferimento alla modalità a flusso parziale del rilevatore di perdite. Uno si riferisce anche alla modalità a flusso parziale quando viene utilizzata una pompa ausiliaria separata parallelamente al rilevatore di perdite.

Quando si utilizza il metodo della pressione positiva, a volte è poco pratico o di fatto impossibile misurare direttamente il tasso di perdita mentre potrebbe certamente essere rilevato in un involucro che racchiude il campione di prova. La misurazione può essere effettuata collegando quell'involucro al rilevatore di perdite o accumulando (= aumentando la concentrazione) del gas di prova all'interno dell'involucro (vedere Fig. 4c). Il test di bombardamento è una versione speciale del test di accumulo.

Nella cosiddetta tecnica dello sniffer, un'altra variazione della tecnica della pressione positiva, il gas (di prova) emesso dalle perdite viene raccolto (estratto) da un apparato speciale e alimentato al rilevatore di perdite. Questa procedura può essere eseguita utilizzando elio, refrigeranti, SF6 come gas di prova.

La differenziazione più sensata tra i metodi di prova utilizzati è la differenziazione sull'utilizzo o meno di apparecchiature speciali per il rilevamento delle perdite. Nel caso più semplice una perdita può essere determinata qualitativamente e, quando si utilizzano determinate tecniche di prova, anche quantitativamente (essendo questa la percentuale di perdita) senza l'assistenza di uno speciale rilevatore di perdite."

Ad esempio, la quantità di acqua che gocciola da un rubinetto che perde per un certo periodo di tempo può essere determinata raccogliendo l'acqua con un recipiente di misurazione. In questo caso, tuttavia, difficilmente ci si potrebbe riferire a questo come a un rilevatore di perdite. Nonostante un'attenta ispezione dei singoli componenti tecnici, dopo l'assemblaggio possono anche essere presenti perdite in un'apparecchiatura, a causa di tenute mal posizionate o superfici di tenuta danneggiate. I processi utilizzati per esaminare un apparato dipendono dalle dimensioni delle perdite e dal grado di tenuta desiderato, nonché dal fatto che l'apparato sia fatto di metallo, vetro o altri materiali.

Esistono alcuni metodi generali di rilevamento delle perdite utilizzati in base alle particolari situazioni applicative (a volte limitati da fattori economici):

• Test di aumento di pressione: capitalizza sul fatto che una perdita consente una quantità di gas
• Test di caduta di pressione: esattamente l'opposto del test di aumento di pressione
• Test di immersione in bolle: le bolle di gas in aumento indicano perdite in uno scenario di prova sommerso in liquido
• Test di spruzzo con schiuma: il gas che fuoriesce forma bolle di sapone nei punti di perdita
• Bolla di controllo della scatola del vuoto: simile a schiuma spray, ma le bolle sono intrappolate per esaminare le superfici piane
• Krypton 85 test: un isotopo radioattivo per misurare la pressione
• Test del vuoto ad alta frequenza: la scarica elettrica del gas può indicare la pressione all'interno dell'apparecchiatura
• Test con reazioni chimiche e penetrazione della tintura

La maggior parte dei test di tenuta oggi viene eseguita utilizzando speciali dispositivi di rilevamento delle perdite come rilevatori di perdite di vuoto. Questi possono rilevare percentuali di perdite molto più basse rispetto ai metodi che non utilizzano attrezzature speciali. La maggior parte dei rilevatori di perdite ha la funzione di condurre prove con uno speciale gas di prova, cioè con un mezzo diverso da quello utilizzato nel normale funzionamento.

Rilevatori di perdite alogene e principio del diodo alogeno

Anche le apparecchiature che funzionano secondo il principio del diodo alogeno possono rilevare SF6. Di conseguenza, queste unità sniffer vengono utilizzate per determinare se i refrigeranti fuoriescono da un'unità di refrigerazione o da un quadro elettrico di tipo SF6 (riempito con gas di soppressione dell'arco).

Rilevatori di perdite con spettrometri di massa (MS)

È possibile rilevare tutti i gas usando la spettrometria di massa. Di tutte le opzioni disponibili, l'uso della massa di elio 4 come gas di prova si è rivelato particolarmente pratico. Ogni spettrometro di massa è costituito da tre gruppi fondamentali: sorgente ionica, sistema di separazione e trappola ionica.

Limite di rilevamento, sfondo, stoccaggio di gas nell'olio (alimentatore a gas), soppressione del punto zero fluttuante

La minima perdita rilevabile è dettata dal livello di fondo naturale per il gas di prova da rilevare. Anche con l'ingresso del rilevatore di perdite chiuso, il gas di prova entrerà nello spettrometro di massa e verrà rilevato lì se i mezzi elettronici sono adeguati per farlo. Il segnale di fondo generato nello spettrometro di massa determina il livello di rilevamento del rilevatore di perdite. In generale, più gas di prova è presente nell'olio, maggiore sarà il segnale di fondo del rilevatore di perdite."

Nel caso di "rilevatori di perdite a secco", che sono rilevatori di perdite senza pompe per vuoto a tenuta d'olio, non esiste il problema dell'accumulo di gas nell'olio. Tuttavia, i rilevatori di perdite a secco devono essere ancora lavati con gas privo di gas di prova poiché, nel tempo, anche questi gas si accumuleranno in questi dispositivi. Al fine di risparmiare all'utente, il problema di dover sempre tenere d'occhio il livello di sfondo e semplificare il funzionamento del rilevatore di perdite, la "soppressione del punto zero mobile" è stata integrata nei concetti operativi automatici di tutti i rilevatori di perdite Leybold .

Indipendentemente dalla soppressione del punto zero mobile, i rilevatori di perdite Leybold offrono la possibilità di spostare manualmente il punto zero. Qui, il display per il rilevatore di perdite in quel determinato momento verrà ripristinato a zero in modo che venga mostrato solo un aumento del tasso di perdita da quel punto in poi.

Taratura di rilevatori di perdite; Perdite di calibrazione

La calibrazione di un rilevatore di perdite deve essere intesa come la regolazione del display in corrispondenza di un rilevatore di perdite, a cui è collegata una perdita di calibrazione (o perdita di prova). Una perdita di calibrazione è una perdita la cui percentuale di perdita a una certa temperatura e in condizioni di pressione specifiche è nota con precisione."

Rilevatori di perdite con spettrometro di massa quadrupolo

I rilevatori di perdite con spettrometri di massa a quadrupolo (QMS) sono principalmente costruiti per rilevare masse superiori alla massa di elio 4. A parte casi speciali, si tratterà di refrigeranti o gas di riempimento della lampada: i rilevatori di perdite con QMS vengono principalmente utilizzati per ispezionare le unità di refrigerazione per individuare eventuali perdite."

Rilevatori di perdite con spettrometro di massa del campo a 180 °

I rilevatori di perdite di elio con spettrometro di massa a settore settoriale a 180 ° sono i dispositivi di rilevamento delle perdite più sensibili e affidabili. Non esiste un altro metodo di rilevamento delle perdite con il quale è possibile, con maggiore affidabilità e migliore stabilità, individuare le perdite e misurarle quantitativamente. Pertanto, i rilevatori di perdite di elio, anche se il prezzo di acquisto è relativamente elevato, sono molto economici nel lungo periodo poiché il requisito per la stessa procedura di rilevazione delle perdite è molto breve."

Rilevatori di perdite a flusso diretto e controcorrente

A seconda del modo in cui il gas proveniente dall'oggetto di prova viene fornito allo spettrometro di massa, si può distinguere tra i due tipi di rilevatori di perdite di elio: il rilevatore di perdite a flusso diretto e il rilevatore di perdite a controcorrente. In entrambi i casi, lo spettrometro di massa viene evacuato da un sistema di pompe per alto vuoto. Nel caso del rilevatore di perdite a flusso diretto, il gas da ispezionare viene fornito allo spettrometro di massa tramite una trappola fredda. La trappola fredda è raffreddata con azoto liquido (LN2) ed è fondamentalmente una criopump in cui si condensano tutti i vapori e gli altri contaminanti."

Rilevatore di perdite controcorrente in funzionamento a flusso parziale

Se l'evacuazione dell'oggetto di prova alla pressione di avvio richiesta è impossibile o richiede troppo tempo a causa delle dimensioni dell'oggetto di prova o della perdita, oltre al rilevatore di perdite deve essere utilizzata una pompa ausiliaria (sistema di pompa ausiliaria).

Collegamento ai sistemi di aspirazione

Il collegamento di un rilevatore di perdite a sistemi per vuoto con set di pompe per vuoto multistadio viene generalmente eseguito mediante il metodo a flusso parziale. Quando si considera dove effettuare al meglio la connessione, è necessario tenere presente che il rilevatore di perdite è generalmente un'unità piccola e portatile che ha solo una bassa velocità di pompaggio sulla flangia di connessione (in genere con una velocità di pompaggio di 3 m3 / ora)."

Specifiche per I rilevatori di perdite e valori limite

• La minor pedita rilevabile (qLmin)
• La velocità di pompaggio effettiva per l'aria all'ingresso (Seff)
  • La velocità di pompaggio effettiva per l'aria all'ingresso (Seff)
• La pressione massima consentita all'interno dell'oggetto di prova (pmax) (= la pressione di ingresso massima consentita)
• La pressione di ingresso massima consentita pmax è di circa 10–1 mbar per rilevatori di perdite con pompa turbomolecolare classica e da 2 a 15 mbar per rilevatori di perdite con pompa turbomolecolare composta.
• Il flusso massimo consentito di gas per aria (qmax)

Il prodotto della pressione di ingresso massima consentita pmax e la velocità di pompaggio effettiva per l'aria all'ingresso Seff è uguale al flusso massimo consentito di gas per l'aria qmax. Se un flusso di gas maggiore di qmax entra nel rilevatore di perdite a causa di una o più perdite di piccole dimensioni, il dispositivo non funziona.

1. La minima velocità di perdita rilevabile (qLmin)
2. La velocità di pompaggio effettiva per il gas di prova all'ingresso (Seff, TG)
   1.  Il flusso massimo consentito di gas per l'aria (qmax)
   2.  La velocità di pompaggio effettiva per l'aria all'ingresso (Seff)

3. La pressione massima consentita all'interno dell'oggetto di prova (pmax) (= la pressione di ingresso massima consentita)

La pressione di ingresso massima consentita pmax è di circa 10–1 mbar per rilevatori di perdite con pompa turbomolecolare classica e da 2 a 15 mbar per rilevatori di perdite con pompa turbomolecolare composta.

4. The maximum permissible gas flow for air (qmax)

Il prodotto della pressione di ingresso massima consentita pmax e la velocità di pompaggio effettiva per l'aria all'ingresso Seff è uguale al flusso massimo consentito di gas per l'aria qmax. Se un flusso di gas maggiore di qmax entra nel rilevatore di perdite a causa di una o più perdite di piccole dimensioni, il dispositivo non funziona.

Metodo del vuoto - Tecnica di spruzzatura (test di tenuta locale) 

L'oggetto di prova collegato al rilevatore di perdite di vuoto viene tracciato con un flusso molto fine di gas di prova dalla pistola a spruzzo in corrispondenza dei probabili punti di perdita (connessioni flangiate, giunture di saldatura, ecc.) In modo opportunamente lento. La velocità appropriata per questo processo è determinata dal tempo di risposta del sistema. La quantità di gas di prova spruzzata deve essere regolata per adattarsi al tasso di perdita da rilevare, nonché alle dimensioni e all'accessibilità dell'oggetto da testare.

Metodo di pressione positiva - Tecnica sniffer (Local Leak Test)

L'oggetto di prova viene riempito con gas di prova in misura tale che la pressione parziale del gas di prova nell'oggetto di prova è significativamente maggiore di quella attorno all'oggetto di prova. Le probabili posizioni di perdita dell'oggetto test vengono tracciate con una punta dello sniffer in modo opportunamente lento. Una velocità di traccia tipica è di 1 cm / s.

Test di inviluppo secondo il metodo della pressione positiva

Questo metodo consente di rilevare anche la minima perdita complessiva ed è adatto in particolare per prove automatizzate di perdite industriali. Quando l'oggetto di prova, pressurizzato con elio, viene posto in un recipiente a vuoto rigido collegato a un rilevatore di perdite di elio, la velocità di perdita integrale può essere letta direttamente sul rilevatore di perdite.

Test buste secondo il metodo del vuoto
L'oggetto di prova evacuato collegato al rilevatore di perdite è racchiuso in un involucro flessibile, leggero (in plastica). Prima che la busta sia piena di elio, si preme contro l'oggetto di prova, al fine di rimuovere quanta più aria atmosferica esistente possibile. L'intera superficie esterna dell'oggetto in prova ha contatto con il gas di prova (elio). Se il gas di prova entra nell'oggetto di prova attraverso le perdite, il tasso di perdita integrale viene misurato senza conoscere il numero esatto di perdite.

In caso di ripetuti test in ambienti chiusi, si deve notare che la concentrazione di elio nella stanza aumenterà piuttosto rapidamente dopo aver rimosso l'involucro. L'uso di sacchetti di plastica è quindi più consigliabile per i "test una tantum" di sistemi di grandi dimensioni.

In caso di serie di test, utilizzare buste rigide per determinare i tassi di perdita integrati. Inoltre, questo ha il vantaggio di poter recuperare l'elio dopo aver eseguito il test.

Test di bombardamento, "Stoccaggio sotto pressione"

Il "test di bombardamento" viene utilizzato per verificare la tenuta dei componenti che sono già sigillati ermeticamente e che presentano una cavità interna piena di gas. I componenti da esaminare - ad es. Alloggiamenti IC, transistor, diodi laser, contatti reed, oscillatori al quarzo - sono collocati in un recipiente a pressione riempito di elio. Operando con il gas di prova a una pressione relativamente elevata (da 5 a 10 bar) e lasciando il sistema in piedi per diverse ore, il gas di prova si accumula all'interno di oggetti di prova che perdono. Questo processo si chiama "bombardamento".

 Il collaudo industriale delle perdite utilizzando elio come gas di prova è caratterizzato soprattutto dal fatto che le apparecchiature di rilevamento delle perdite possono essere completamente integrate nella linea di produzione. La progettazione e la costruzione di tali unità di prova terranno naturalmente conto del compito da svolgere in ciascun caso (ad es. Prova di tenuta dei cerchioni di pneumatici per tubeless e serbatoi di carburante o prova di tenuta di componenti per la tecnologia di refrigerazione e condizionamento dell'aria o perdita collaudo di fusti metallici), dove saranno utilizzati moduli componenti standardizzati prodotti in serie ove possibile.