تکنیک های جدید شناسایی و اندازه گیری نشت سیستم خلاء

تصور کنید که با دقت در حال ساخت یک سیستم خلاء هستید که باید کاملاً مهر و موم شده باشد، اما به طور مداوم در دستیابی به سطح خلاء مورد نظر شکست می خورد. مانند یک زیردریایی با طراحی دقیق که در لحظات حساس نشت می کند، این سناریوی ناامیدکننده اغلب به یک مقصر برمی گردد: نشت گاز.

در کاربردهای صنعتی و علمی - از خود سیستم های خلاء گرفته تا اجزای خودرو و تبرید - یکپارچگی هوا ضروری است. مهندسان باتجربه می دانند که عبارات ساده ای مانند "بدون نشت قابل تشخیص" یا "نرخ نشت صفر" به عنوان معیارهای پذیرش کافی نیستند. مشخصات مناسب باید به وضوح نرخ های نشت مجاز را تحت شرایط خاص تعریف کند، با سطوح قابل قبول که بسته به کاربرد متفاوت است.

نشت دقیقاً چیست؟

نشت نشان دهنده نقض یک مانع مواد است که اجازه می دهد جامدات، مایعات یا گازها به طور ناخواسته عبور کنند.

نشت ها بسته به مواد و انواع اتصال به اشکال مختلف ظاهر می شوند. درک این دسته ها به عیب یابی کمک می کند:

هفت نوع نشت رایج

• نشت های اتصال جداشدنی:در فلنج ها، سطوح جفت گیری زمینی یا پوشش ها که در آن مهر و موم ها (واشرها، حلقه های O) به دلیل نصب نادرست، تخریب مواد یا آسیب سطح از کار می افتند، رخ می دهد.
• نشت های اتصال دائمی:در جوش ها، اتصالات لحیم کاری یا پیوندهای چسبی که توسط ساخت ضعیف یا پیری به خطر افتاده اند، یافت می شود.
• نشت های تخلخل:در مواد و ریخته گری های پلی کریستالی پس از تنش مکانیکی (خم شدن) یا عملیات حرارتی، جایی که فضاهای میکروسکوپی به هم متصل می شوند، رایج است.
• نشت های حرارتی:تحت دماهای شدید به عنوان تنش های انبساط حرارتی دیفرانسیل، اتصالات لحیم کاری را تحت فشار قرار می دهند و شکاف ها را باز می کنند.
• نشت های مجازی (ظاهری):نقض های فیزیکی نیستند، بلکه گاز به دام افتاده در حفره ها/سوراخ های کور یا مایعات تبخیر شونده هستند که به تدریج آزاد می شوند و نشت های واقعی را تقلید می کنند.
• نشت های غیرمستقیم:نتیجه خطوط ابزار آسیب دیده (آب، هوای فشرده) که مواد خارجی را به سیستم های خلاء وارد می کنند.
• نشت های آبشاری:نشت های متصل به هم متعدد، مانند مهر و موم های روغن که در مخازن پمپ پره ای دوار از کار می افتند و اجازه ورود روغن را می دهند.

علاوه بر این,نفوذ—انتشار گاز از طریق موادی مانند شیلنگ های لاستیکی—از نظر فنی نشت نیست، اما بر عملکرد خلاء تأثیر می گذارد.

کمیت سازی نشت: استاندارد نرخ نشت

آب بندی هرمتیک مطلق غیر عملی و غیر ضروری است. عامل حیاتی حفظ نرخ نشت به اندازه کافی کم برای حفظ الزامات فشار عملیاتی است. این رابطه به صورت زیر کمیت می شود:

نرخ نشت (q_L) = 1 mbar·l/sبه این معنی: در یک ظرف مهر و موم شده 1 لیتری، فشار در هر ثانیه 1 mbar افزایش/کاهش می یابد.

برای سیستم های خلاء بالا، معیارهای عملی عبارتند از:

• q_L(هوا) < 10^-6mbar·l/s → "استثنایی محکم"
• q_L(هوا) < 10^-5mbar·l/s → "به اندازه کافی محکم"
• q_L(هوا) > 10^-4mbar·l/s → "نشتی"

تشخیص نشت: مکان در مقابل اندازه گیری

تست نشت دو هدف اصلی را دنبال می کند:

1. مکان یابی نشتدرون سیستم ها
2. اندازه گیری نرخ نشتدقیقاً

روش ها بسته به شرایط فشار متفاوت است:

• روش خلاء:جریان به داخل (فشار خارجی > خلاء داخلی) را تشخیص می دهد
• روش فشار:جریان به بیرون (داخل تحت فشار) را شناسایی می کند

نرخ انتشار بالای هلیوم آن را برای تشخیص نشت حساس ایده آل می کند، با آشکارسازهای مدرن که قادر به شناسایی نشت هایی به کوچکی 1 Å (10^-10m) در قطر هستند.

هنگامی که سیستم های خلاء عملکرد ضعیفی دارند، دو علت احتمالی وجود دارد: نشت های واقعی یا گاز زدایی از سطوح. طیف سنجی جرمی یا تست های افزایش فشار زمان بندی شده به تمایز بین آنها کمک می کند، با آشکارسازهای نشت هلیوم که مکان یابی سریع را ارائه می دهند.