專利名稱：通過累積方法檢漏的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密封物品中泄漏的檢測，更具體地，涉及通過累積方法檢漏的方法和裝置。
背景技術(shù)：
氦質(zhì)譜儀檢漏是公知的檢漏技術(shù)。氦被用作示蹤氣體，其穿過密封試件漏縫中最小的漏縫。在穿過漏縫后，包含氦的試樣被吸入到檢漏儀器中并被測量。該儀器的重要部件是質(zhì)譜管，質(zhì)譜管檢測并測量氦。輸入試樣被電離，并且由質(zhì)譜管對其進(jìn)行質(zhì)量分析，以分離氦成分。在一種方法中，使用氦對試件加壓。連接到檢漏儀測試端口的檢漏探頭(snifferprobe)圍繞試件外部移動(dòng)。氦穿過試件中的漏縫，被吸入探頭，并被檢漏儀測量。在另一種方法中，試件內(nèi)部被耦合到檢漏儀的測試端口，并且被抽空。氦被噴射到試件外部，通過漏縫被吸入，并被檢漏儀測量。
氦質(zhì)譜儀檢漏的一個(gè)難點(diǎn)是質(zhì)譜管入口必須保持相對低壓，通常是2×10-4托。在所謂的傳統(tǒng)檢漏儀中，連接到試件或檢漏探頭的測試端口必須保持相對低壓。這樣，真空抽氣周期相對長。另外，在帶漏洞或大容積部件的測試中，可能難以或者不能達(dá)到所需的壓強(qiáng)水平。如果能夠達(dá)到所需的壓強(qiáng)水平，抽氣周期也是非常長的。
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出了用于解決該難點(diǎn)的技術(shù)。1972年9月12日授權(quán)給Briggs的美國專利No.3,690,151中公開了逆流檢漏儀，該逆流檢漏儀利用氦通過擴(kuò)散泵向質(zhì)譜儀反向流動(dòng)的技術(shù)。檢漏儀測試端口可以在擴(kuò)散泵前級管線的壓強(qiáng)下工作。一種相似的方法利用氦通過渦輪分子泵的反向流動(dòng)。1988年4月5日授權(quán)給Fruzzetti的美國專利No.4,735,084公開了一種用于粗檢漏的技術(shù)。示蹤氣體反向通過機(jī)械真空泵的一級或兩級。這些技術(shù)允許測試端口的壓強(qiáng)高于傳統(tǒng)的檢漏儀。盡管如此，當(dāng)測試大容積、不潔部件或者具有大漏縫的部件時(shí)，達(dá)到該較高的測試端口壓強(qiáng)可能仍是困難的。
在傳統(tǒng)氦檢漏中，如果在氣密密封的小部件中出現(xiàn)大的泄漏，則在初步抽氣(rough pump)周期期間，氦可以被快速抽走，以至于不能發(fā)現(xiàn)泄漏，并且接受了該泄漏部件。這種問題在工業(yè)界已經(jīng)存在很長時(shí)間。已對某些應(yīng)用使用了下述具有有限成效的方法(1)測量泄漏部件和非泄漏部件之間的抽空時(shí)間差，以及(2)體膨脹方法。這兩種技術(shù)都沒有提供足夠的分辨力。1997年4月29日授權(quán)給Mahoney等的美國專利No.5,625,141公開了與體積膨脹技術(shù)相結(jié)合的氦質(zhì)譜檢漏儀，用于粗檢漏。
1990年1月31日公布的歐洲專利申請No.0352371公開了包括離子泵的氦檢漏儀，該離子泵被連接到硅玻璃毛細(xì)管形式的探頭。該硅玻璃管被加熱到300℃到900℃之間的溫度，從而變得能夠透過氦。1994年7月5日授權(quán)給DeSimon的美國專利No.5,325,708公開了一種氦檢測單元，其使用石英毛細(xì)管膜、用于對該膜進(jìn)行加熱的燈絲和離子泵。1997年8月26日授權(quán)給Bohm等的美國專利No.5,661,229公開了一種檢漏儀，其具有聚合物或者被加熱的石英窗口，用于有選擇地將氦傳送到耗氣真空計(jì)(gas-consuming vacuum gauge)。
所有現(xiàn)有技術(shù)的氦檢漏儀都具有一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)，包括受限的壓強(qiáng)范圍、易受污染性和/或高成本。因此，需要改進(jìn)的方法和裝置來檢漏。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于檢漏的裝置。該裝置包括被配置以接收試件的密封室，其中試件在處于室中時(shí)包含示蹤氣體；與該室氣體連通地安裝的示蹤氣體可透過構(gòu)件；和與可透過構(gòu)件氣體連通的示蹤氣體傳感器，該示蹤氣體傳感器被配置以感測從該室穿過可透過構(gòu)件的示蹤氣體。
可透過構(gòu)件對氦是可透過的，并且該可透過構(gòu)件的氦透過率可以是可控的。在某些實(shí)施例中，可透過構(gòu)件包括石英構(gòu)件。該裝置還可以包括與石英構(gòu)件熱接觸的加熱元件，以及被配置為控制該加熱元件的控制器。示蹤氣體傳感器可以包括離子泵。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于檢漏的方法。該方法包括提供密封室、與該室氣體連通的示蹤氣體可透過構(gòu)件，以及與可透過構(gòu)件氣體連通的示蹤氣體傳感器；將試件放置在該室中，其中試件處于該室中時(shí)包含示蹤氣體；使示蹤氣體從該室穿過可透過構(gòu)件；以及使用示蹤氣體傳感器感測示蹤氣體。


為了更好地理解本發(fā)明，參考了附圖，附圖通過參考被結(jié)合于此，其中圖1是本發(fā)明實(shí)施例的檢漏裝置的示意框圖；及圖2是圖1的檢漏裝置的簡化的局部橫截面圖，示出了可透過構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢漏裝置的示意框圖?？擅芊馐?0容納試件12。試件12的內(nèi)部空間可以用諸如氦之類的示蹤氣體加壓，可以在被插入檢漏裝置的室10之前暴露給高氦濃度，或者可以當(dāng)處于室10中時(shí)連接到氦源。在每種情形中，處于室10中時(shí)，試件12包含示蹤氣體，諸如氦。
氦檢測儀組件20經(jīng)由真空法蘭22連接到室10。氦檢測儀組件20包括離子泵24、離子泵控制器26和示蹤氣體可透過構(gòu)件30。離子泵24和可透過構(gòu)件30被安裝在密封殼32中，其中可透過構(gòu)件30位于室10和離子泵24之間?？刂破?6經(jīng)由真空饋通(vacuum feedthrough)34連接到離子泵24。控制器26向離子泵24供電，并感測離子泵電流。
離子泵24通常以由控制器26提供的2,000到9,000伏之間的高電壓被賦能。離子泵電流與離子泵內(nèi)的真空壓強(qiáng)成比例。透過可透過構(gòu)件30的氦以與泄漏率成比例的速率影響真空壓強(qiáng)。因此，離子泵電流與泄漏率成比例。
示蹤氣體可透過構(gòu)件30位于室10和離子泵24之間?？赏高^構(gòu)件30是檢漏裝置中所使用的示蹤氣體在規(guī)定條件下可透過的材料，示蹤氣體通常是氦?？赏高^構(gòu)件30基本上可以使通過或透過示蹤氣體，而基本上阻隔其他氣體、液體和微粒。從而，在允許示蹤氣體通過而阻止其他氣體、液體和微粒的意義上，可透過構(gòu)件30充當(dāng)示蹤氣體窗口。例如，可透過構(gòu)件30可以具有圓盤形狀。
石英或硅玻璃是氦可透過的材料的示例。具體地，石英的氦透過率隨溫度改變。在升高到300℃至900℃范圍中的溫度處，石英具有相對高的氦透過率。室溫下，石英具有相對低的氦透過率。如圖2所示，檢漏裝置可以配備加熱元件40，其與石英可透過構(gòu)件30相熱接觸。加熱元件將石英材料加熱，以提高氦透過率，同時(shí)石英有選擇地阻止大部分其他氣體、水蒸氣和微粒。石英在給定溫度下具有恒定的透過率。可以調(diào)整溫度以控制透過率，并由此控制靈敏度。加熱元件40可以由控制器42賦能。通過控制可透過構(gòu)件30的溫度，提供了氦窗口。在相對高的溫度(例如，300℃到900℃)，氦透過率高，氦窗口打開。在相對低的溫度(例如，室溫)，氦透過率低，氦窗口關(guān)閉?？赏高^構(gòu)件30可以由電阻加熱、輻射加熱或者任何其他合適的加熱技術(shù)加熱。
可透過構(gòu)件30可以由示蹤氣體(通常是氦)可以透過的任何合適的材料制成，并且可以具有任何形狀或尺寸。合適材料的示例包括石英以及諸如商標(biāo)為Teflon的四氟乙烯之類的可透過聚合物。在可透過聚合物情形中，不需要加熱元件。可透過構(gòu)件可以在真空、大氣壓或者略高于大氣壓的壓強(qiáng)下工作?？赏高^構(gòu)件可以在包含氣體、微粒的氣氛中以及在潮濕的環(huán)境中工作。
工作中，使用氦或其他示蹤氣體對試件12加壓，并將其放置在室10中。然后將室10密封。室10中的初始氦濃度可以與環(huán)境中的氦濃度(百萬分之5(5ppm))一致，或者由于使用諸如氮之類的氣體沖室10，因而可以低于5ppm。氦通過可能存在的任何漏縫從試件12泄漏。室10中的氦濃度是所有漏縫的尺寸、室10的凈容積以及試件12放置在室10中的時(shí)間的函數(shù)。因此，在試件12被密封進(jìn)室10中之后的一個(gè)或多個(gè)指定時(shí)間處測量氦濃度。因?yàn)閮羧莘e和時(shí)間是已知的，所以可以確定泄漏率。為了累積方法的正確操作，室10和試件12不應(yīng)該變形。
室10中的氦通過可透過構(gòu)件30透過到離子泵24。因?yàn)殡x子泵電流與離子泵24內(nèi)的壓強(qiáng)成比例，所以離子泵電流與從試件12的泄漏率成比例。
只有氦通過可透過構(gòu)件30，并增加了離子泵24中的壓強(qiáng)。氦壓強(qiáng)的增加引起了離子泵電流的增加，離子泵電流的增加與氦壓強(qiáng)的增加成比例，并且與泄漏率成比例。氦檢測儀組件20除了抽取穿過可透過構(gòu)件30的氦之外，在室10中具有基本上是零抽取速度，并且不從室10中除去氣體，這與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備一樣。氦檢測儀20檢測氦泄漏，但是并不將氦抽走，所以與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，更精確、更可靠且更靈敏地檢測了泄漏。
已經(jīng)如此描述了各種示例性的非限定實(shí)施例及其各個(gè)方面，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易想到修改和替換。這些修改和替換將被包含在本公開中，本公開的目的在于說明和解釋，并不是用來定義本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求及其等同物的正確解釋所確定。
權(quán)利要求
1.一種用于檢漏的裝置，包括可密封室，被配置以接收試件，所述試件當(dāng)處于所述室中時(shí)包含示蹤氣體；示蹤氣體可透過構(gòu)件，被安裝為與所述室的氣體連通；和示蹤氣體傳感器，與所述可透過構(gòu)件氣體連通，并且被配置以感測從所述室穿過所述可透過構(gòu)件的示蹤氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可透過構(gòu)件包括石英構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可透過構(gòu)件包括石英構(gòu)件，所述裝置還包括與所述石英構(gòu)件熱接觸的加熱元件以及被配置以控制所述加熱元件的加熱器控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可透過構(gòu)件包括聚合物構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可透過構(gòu)件的示蹤氣體透過率是可控的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可透過構(gòu)件對氦是可透過的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述示蹤氣體傳感器包括離子泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述示蹤氣體傳感器包括用于在包含所述示蹤氣體的所述試件被放置在所述室中后的指定時(shí)間感測所述示蹤氣體的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括包圍所述可透過構(gòu)件和所述示蹤氣體傳感器的外殼，以及用于將所述外殼連接到所述室的真空法蘭。
10.一種用于檢漏的方法，包括提供可密封室、與所述可密封室氣體連通的示蹤氣體可透過構(gòu)件，以及與所述可透過構(gòu)件氣體連通的示蹤氣體傳感器；在所述室中放置試件，所述試件當(dāng)處于所述室中時(shí)包含示蹤氣體；使所述示蹤氣體從所述室穿過所述可透過構(gòu)件；以及利用所述示蹤氣體傳感器感測所述示蹤氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述可透過構(gòu)件包括石英構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述可透過構(gòu)件包括石英構(gòu)件，所述方法還包括加熱所述石英構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述可透過構(gòu)件包括聚合物構(gòu)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述可透過構(gòu)件對氦是可透過的。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，使所述示蹤氣體穿過所述可透過構(gòu)件的步驟包括控制所述可透過構(gòu)件的示蹤氣體透過率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，控制所述可透過構(gòu)件的示蹤氣體透過率包括控制檢漏的靈敏度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，控制所述可透過構(gòu)件的示蹤氣體透過率包括控制所述可透過構(gòu)件的溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，感測所述示蹤氣體的步驟包括利用離子泵感測氦。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，感測所述示蹤氣體的步驟包括在包含所述示蹤氣體的所述試件被放置在所述室中后的指定時(shí)間感測所述示蹤氣體。
全文摘要
提供了用于通過累積方法檢漏的方法和裝置。該裝置包括被配置來接收試件(12)的可密封室(10)，其中試件在處于室中時(shí)包含示蹤氣體；與該室氣體連通的示蹤氣體可透過構(gòu)件(30)；和與可透過構(gòu)件氣體連通的示蹤氣體傳感器(20)，該示蹤氣體傳感器被配置來感測從該室穿過可透過構(gòu)件的示蹤氣體?？赏高^構(gòu)件可以是石英。示蹤氣體傳感器可以包括離子泵。
文檔編號G01M3/16GK1720434SQ200480001645
公開日2006年1月11日 申請日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者查爾斯·伯金斯, 彼得·N·帕倫斯蒂恩 申請人:瓦里安有限公司