DE69516195T2

DE69516195T2 - Verfahren zur Leckprüfung

Info

Publication number: DE69516195T2
Application number: DE69516195T
Authority: DE
Inventors: Stephen Daniel Hoath
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2015-02-17
Also published as: EP0668492A3; KR950033456A; DE69516195D1; US5831147A; EP0668492A2; GB9403184D0; EP0668492B1; JPH07286927A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckprüfung von Gegenständen und mehr im einzelnen ein Verfahren zur Verwendung bei abgedichteten Gegenständen.
Auf dem Gebiet der Leckprüfung ist es üblich, das Innere eines abgedichteten Prüfstücks mit einem Spurengas zu füllen das üblicherweise eine beträchtlich höhere Konzentration an Helium aufweist, als in normaler Luft vorhanden ist, und ein Vakuum in einer Testkammer um das Teststück herum zu erzeugen. Es ist außerdem üblich, danach oder gleichzeitig eine Vakuumleitung aus der Testkammer zu einem Heliumleckdetektor in Betrieb zu nehmen, der dafür ausgelegt ist, ein die vorhandene Heliummenge anzeigendes oder ein ein aus dem Teststück ausleckenden Helium entsprechende äquivalente Leckrate anzeigendes Signal zu erzeugen.
Zur Leckprüfung von abgedichteten Teststücken mit hohen Wiederholungsraten für den Testzyklus sind Verfahren notwendig, die den Aufbau einer Spurengaskontaminierung des Testsystems vermeiden, um fehlerhafte Bewertungen von Teststücken aus Ausschuß zu vermeiden. Das Spülen der Testkammer und der Vakuumleitungen mit Luft oder Stickstoffgas zwischen den Lecktestzyklen ist üblich. Überraschenderweise wurde jedoch der Bewertung des Spurengasgehalts von Teststücken vor dem Testen auf Auslecken von Spurengas wenig Beachtung geschenkt. Die meisten Leckprüfungsverfahren beruhen auf der Verwendung von Spurengas-Leckdetektoren entweder für eine Stichprobenprüfung oder für eine vollständige Prüfung der Produktion durch Nichtspurengas-Verfahren.
Eine der Möglichkeiten zur Herstellung der Druckdifferenz über dem Teststück ist die Beschickung des Inneren des Teststücks mit dem Spurengas. Das kann entweder während der Herstellung des Teststücks erfolgen, oder alternativ dazu kann das Teststück in eine Kammer eingebracht und dem unter hohem Druck stehenden Testgas ausgesetzt werden. Im letzteren Fall drückt die hohe Druckdifferenz das Spurengas in das Teststück hinein, falls sich im Teststück irgendwelche Undichtigkeiten befinden sollten.
Nachdem das Teststück nach einer dieser Möglichkeiten beaufschlagt worden ist, wird es in die Testkammer eingebracht. Wenn in der Testkammer ein niedriger Druck erzeugt wird, gelangt innerhalb des Teststücks befindliches Spurengas in die Kammer, falls im Teststück eine Undichtigkeit vorhanden ist. Diese Möglichkeit der Erzeugung einer Druckdifferenz ist nur bei solchen Teststücken anwendbar, die vollständig von der eine hermetisch abgeschlossene Hülle bildenden Testkammer umschlossen werden, und das ist die einzige Klasse von Teststücken, bei welcher die vorliegende Erfindung vollständig angewendet werden kann.
Eines der übelsten Probleme bei der Leckprüfung derartiger hermetisch eingeschlossener Gegenstände liegt darin, daß irgendein wesentlicher Verlust oder eine Verdünnung des Spurengasgehalts aus dem Gegenstand vor der Leckprüfung die Testzuverlässigkeit im Hinblick auf spezifizierte niedrige Leckgrenzwerte stark beeinträchtigen kann. Das hat häufig dazu geführt, daß zwei Stufen der Leckprüfung für solche Gegenstände eingeführt wurden, die als Feinprüfung und Grobprüfung bekannt sind, beispielsweise für integrierte Schaltkreise und kleine Komponenten; jedoch bedingt dies Unannehmlichkeiten und Kosten und eine mögliche Beeinträchtigung der Umwelt. Ein weiteres relevantes Problem, das auftritt, liegt darin, daß, wenn der Spurengasgehalt in dem Gegenstand nicht wesentlich über demjenigen in der umgebenden Atmosphäre liegt, der Spurengasdetektor nicht in der Lage ist, zwischen guten und schlechten Teststücken zu unterscheiden.
Eine frühe Version des Verfahrens bestand darin, die Vakuumleitung der Testkammer ausreichend lange leerzupumpen, um darin einen sehr niedrigen Druck zu erzeugen. Der sehr niedrige Druck ist erforderlich, weil der Leckdetektor notwendigerweise sehr empfindlich ist und keinem wesentlichen Druck ausgesetzt werden kann. Nachdem ein ausreichend niedriger Druck in der Vakuumleitung erreicht worden ist, wurde der Leckdetektor mit der Leitung verbunden. Bei stark leckenden Gegenständen wird dadurch der größte Teil des Gases innerhalb des Teststücks einschließlich des Helium-Spurengases abgeführt, das für den anschließenden Nachweis verfügbar wäre. Der Leckdetektor würde dann ein anfängliches hohes Signal abgeben, das den normalen Partialdruck des Heliums in Luft in der Leitung plus des durch das Teststück ausleckenden Heliums anzeigt. Danach, während die Leitung fortschreitend leergepumpt wurde, um die Luft zu entfernen, fällt das Signal ab und zeigt schließlich den Gleichgewichtsdruck des ausleckenden Heliums bzw. die äquivalente Leckrate des dann noch aus dem Teststück ausleckenden Heliums an. Dies hat sich als ein relativ unzuverlässiger und zeitraubender Prozeß erwiesen.
Ein verbessertes bekanntes Verfahren besteht darin, die Gase in der Leitung auf kontinuierlicher Basis mittels einer oder mehrerer Austrittsöffnungen bzw. Leckpfade zwischen der Leitung und dem Leckdetektor abzutasten. Diese Abtastmethoden unterteilen die Gasströmung zwischen der Evakuierungspumpe der Testkammer und dem Hochvakuum-Meßsystem des Leckdetektors und verringern dadurch die Empfindlichkeit der Leckprüfung zugunsten einer schnelleren Feststellung größerer Lecks, die was bei den früheren Testverfahren schlechter gewesen sein könnte, die mehr zur Messung ziemlich kleiner Lecks geeignet waren. Dieses Verfahren selbst beruht immer noch auf dem Nachweis der Anwesenheit von Spurengas, aber die Evakuierungszeiten für die beladene Testkammer, die erforderlich sind, um einen gewissen Vakuumpegel bzw. eine gewisse Lecknachweisempfindlichkeit zu erreichen, werden manchmal immer noch als weitere Prüfung für stark leckende Gegenstände benutzt. Die Leckratenbestimmung mittels Geschwindigkeitsänderungen des abfallenden Gesamtdrucks erfordert, daß die Fühler gasunabhängig sind, aber die meisten empfindlichen Leckdetektoren enthalten gasabhängige Meßorgane mit Eigenschaften, die Zuverlässigkeitsprobleme für diese Technik bedingen.
Ein weiterer verbesserter bekannter Ansatz besteht momentan darin, Gas in der Vakuumleitung durch eine kleine Austritts öffnung zwischen der Vakuumleitung und dem Leckdetektor abzutasten. Jedoch ist auch dieser Ansatz nicht vollständig befriedigend. Ein Grund liegt darin, daß die Strömung durch die Austrittsöffnung extrem kritisch ist und Schwankungen, beispielsweise durch Verschmutzung in der Austrittsöffnung unterliegt. Des weiteren ist es im allgemeinen notwendig, ein Ventil zwischen der Austrittsöffnung und der Vakuumleitung vorzusehen, so daß die dem Leckdetektor zugeführte Gasprobe in gleicher Weise für jeden Test gewählt wird. Das bedeutet, daß das Ventil für jeden Test exakt zum gleichen Zeitpunkt nach dem Beginn des Pumpens geöffnet und dann wieder nach einem exakten Zeitintervall nach dem Öffnen geschlossen werden muß. Die exakte Zeitsteuerung der Ventilbetätigung ist kritisch und stellt eine weitere Quelle praktischer Schwierigkeiten dar.
Bei einem weiteren bekannten Ansatz, siehe beispielsweise US 3 690 151, enthält die Leitung zwischen der Testkammer und dem Leckdetektor zwei oder mehr Ventile, die ein festes Volumen darstellen, und eine Evakuierungsanordnung zum Erzeugen eines vorgegebenen Drucks in dem Strömungsmittel, das zwischen den volumenbildenden Ventilen eingeschlossen ist, wobei der Leckdetektor beschädigt werden kann, wenn er der ungedrosselten Strömung des Mediums ausgesetzt wird. Der Prozeß umfaßt das Einschließen eines bekannten Volumens und Drucks des Mediums, einschließlich irgendeines Testmediums, das durch das Teststück hindurchlecken könnte, dann das Verbinden des festen Volumens mit dem Leckdetektor, während der Zutritt weiteren Mediums in das feste Volumen zwischen den volumenbildenden Ventilen verhindert wird. Dieses Verfahren ist vorgesehen worden, um eine Überlastung des Leckdetektors zu verhindern und beruht immer noch auf dem Vorhandensein von Spurengas zum Lecknachweis.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Schaffung eines Verfahrens zur Leckprüfung eines Gegenstands unter Berücksichtigung eines oder mehrerer der Punkte:
i) Nachweis stark leckender Gegenstände,
ii) Messung der Spurengasleckrate bei hermetisch abgeschlossenen Gegenständen im besonderen und
iii) Nachweis von Helium-Spurengas aus den im Test befindlichen Gegenständen.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Leckprüfung eines Gegenstands vorgesehen, wobei das Verfahren umfaßt:
- Bereitstellen einer evakuierbaren Testkammer,
- Bereitstellen von Mitteln zum Evakuieren der Kammer,
- Bereitstellen von Leitungsmitteln, welche die Kammer und die Evakuierungsmittel miteinander verbinden,
- Bereitstellen eines ersten Ventils, das näher bei der Kammer gelegen ist, und eines zweiten Ventils, das näher den Evakuierungsmitteln gelegen ist, zur Steuerung der Strömung durch die Leitungsmittel und zum Bilden eines den Leitungsmitteln zugeordneten eingeschlossenen Volumens dazwischen,
- Evakuieren des eingeschlossenen Volumens bei geschlossenem Volumens bei geschlossenem ersten Ventil und geöffnetem zweitem Ventil,
- Bereitstellen von Mitteln zum Messen der Druckdifferenz zwischen einem ersten Punkt, der zwischen dem ersten Ventil und der Kammer gelegen ist und einem zweiten Punkt, der zwischen dem zweiten Ventil und den Evakuierungsmitteln gelegen ist,
- Messen der Druckdifferenz zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt und Bestimmen eines Druckdifferenzbezugspunkts,
- Schließen des zweiten Ventils zur Bildung des eingeschlossenen Volumens,
- Öffnen des ersten Ventils zur Verbindung des eingeschlossenen Volumens und der Kammer,
- Messen der Druckdifferenz zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt und Vergleichen mit dem Druckdifferenz- Bezugspunkt,
- Messen der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt nach der Verbindung des eingeschlossenen Volumens und der Kammer,
- Öffnen des zweiten Ventils zur Ermöglichung einer weiteren Evakuierung und Spülung der Kammer und der Leitungsmittel.
Das "eingeschlossene Volumen" kann zweckmäßigerweise einfach der Leitungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Ventil sein, oder kann eine Leitung in Verbindung mit einer Kammer oder einem anderen zugeordneten Volumen sein. Idealerweise liegt das eingeschlossene Volumen als Ganzes zwischen dem 0,5- und 2-fachen des Netto- (bzw. Tara) Volumens der Testkammer, das heißt des inneren Volumens der Kammer und desjenigen Teils der Leitungsmittel zwischen dem ersten Ventil und der Kammer abzüglich des äußeren Volumens des Testgegenstands.
Vorzugsweise wird das Verfahren nach der Erfindung in der oben angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Im allgemeinen kann der der Leckprüfung zu unterziehende Gegenstand vor dem Beginn des Verfahrens oder zu jedem Zeitpunkt bis zur Messung des Druckdifferenz-Bezugspunkts eingeführt werden. Es kann in manchen Fällen zweckmäßig sein, einen Dummy-Gegenstand mit im wesentlichen gleicher Größe als der Testgegenstand in das "eingeschlossene Volumen" einzusetzen (aber nicht die Leitung 4 innerhalb des eingeschlossenen Volumens zu blockieren oder zu behindern), um die Einstellung des Druckdifferenz-Referenzpunkts zu erleichtern, wenn das externe Volumen des Testgegenstands absichtlich verändert wird, beispielsweise wenn unterschiedliche Größen des Testgegenstands chargenweise getestet werden sollen.
Ein äußerst wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Fähigkeit, stark leckende Testgegenstände durch Vergleich der Druckdifferenz mit dem Druckdifferenz-Bezugspunkt auszusondern, der durch das "eingeschlossene Volumen" in Relation zum Nettovolumen und zum internen Volumen des Testgegenstand erzeugt wird. Das Verfahren ist hinsichtlich der Qualität der Abdichtung zwischen der Kammer und ihrem Deckel empfindlich, mit dem wichtigen praktischen Merkmal, daß Testgegenstände nicht für gut befunden werden, wenn die kritische Abdichtung fehlerhaft sein sollte. Das Verfahren beruht auch auf der Reproduzierbarkeit und der Stabilität der Druckdifferenzmessung. Schwankungen des äußeren Volumens des Testgegenstands setzen der Empfindlichkeit für das innere Volumen des Testgegenstands Grenzen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Messung der Geschwindigkeit, mit welcher die Druckdifferenz nach der Verbindung des "eingeschlossenen Volumens" und dem Inneren der Kammer sich verändert. Dies dient dazu, einen zuverlässigen und effektiven Vergleich der Geschwindigkeit in Verbindung mit vollständig dichten Gegenständen und solchen Gegenständen mit unterschiedlichen Leckgrößen zu ermöglichen; im letzteren Fall würde das Vorhandensein von Gas aus dem Gegenstand natürlich die Geschwindigkeit steigern. Dieses Merkmal selbst ermöglicht schon einen grundsätzlichen Lecktest nach der Erfindung und es kann eine Bestimmung getroffen werden, ob ein kleines Leck in dem Testgegenstand vorhanden ist.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren zum Identifizieren der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt und dadurch zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit eines kleinen Lecks in dem getesteten Gegenstand umfaßt das Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise auch Maßnahmen zum Nachweis des Vorhandenseins irgendwelchen Spurengases, das aus dem in der evakuierten Testkammer befindlichen Testgegenstand. In solchen Fällen ist es für die den Test unterliegenden Gegenstände wesentlich, daß sie ein Spurengas enthalten, das vorzugsweise relativ kurz vor Beginn des Verfahrens nach der Erfindung in den Testgegenstand eingebracht worden ist, und daß Maßnahmen getroffen werden, um das Vorhandensein irgendeines vorhandenen Spurengases in der bzw. dessen Auslecken aus der Kammer als Ergebnis irgendeiner Undichtigkeit in den Testgegenstand vorgesehen sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die Erfindung daher ein zweistufiges Lecknachweisverfahren, das umfaßt:
i) eine erste Stufe, in der irgendeine Undichtigkeit in dem Testgegenstand aus einer Messung des Druckdifferenz-Bezugspunkts und der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz, wie oben beschrieben, identifiziert werden kann, und
ii) eine zweite Stufe, in welcher irgendeine in der ersten Stufe nicht erfaßte Undichtigkeit identifiziert werden kann, indem man das in der Testkammer vorhandene Gas durch die Leitung strömen läßt und zu den Spurengas-Nachweismitteln evakuiert.
Die am meisten bevorzugt verwendeten Nachweismittel sind ein Massenspektrometer mit allgemein auf dem Gebiet der Lecknachweistechnik bekannter Auslegung und Konstruktion. Im allgemeinen erfordert ein Massenspektrometer seine eigene Vakuumpumpe(en), um den für seinen Betrieb notwendigen sehr niedrigen Druck zu erreichen. Zusätzlich sind die Kammerevakuierungsmittel, üblicherweise eine oder mehrere Vakuumpumpen, ebenfalls den Nachweismitteln zugeordnet.
Die obige zweite Stufe der bevorzugten Ausführungsformen wird vorzugsweise im wesentlichen sofort nach Beendigung der ersten Stufe durch Öffnen sowohl des ersten als auch des zweiten Ventils und Bereitstellen der Vakuumpumpe, vorzugsweise einer solchen, die einem Massenspektrometer-Spurengasnachweisgerät zugeordnet ist, durchgeführt, um die Testkammer und die Leitung weiter zu evakuieren und das Gas in das Nachweisgerät zu befördern.
Es ist jedoch möglich und in manchen Fällen zu bevorzugen, daß die zweite Stufe schon während der ersten Stufe durchgeführt oder begonnen wird, wobei das erste Ventil geschlossen und nur das zweite Ventil geöffnet ist. Dies ermöglicht die Durchführung der ersten Stufe eines Tests gleichzeitig mit dem in der zweiten Stufe stattfindenden Lecknachweis eines Gegenstands.
Alternativ dazu kann eine "Anzapfung" des Gases um das zweite Ventil herum angeordnet werden, insbesondere, wenn das erste Ventil während der ersten Stufe der bevorzugten Ausführungsformen geöffnet und geschlossen worden ist, um Gas von dem eingeschlossenen Volumen in Verbindung mit dem Spurengasnachweisgerät am Ende der ersten Stufe oder vorzugsweise gleichzeitig mit der Durchführung der ersten Stufe treten zu lassen.
Eine solche Anzapfung kann durch Vorsehen einer Umgehungsleitung um das zweite Ventil mit einem sehr kleinen Gesamtinnenquerschnitt oder alternativ durch eine enge Konstruktion innerhalb der Leitung hergestellt werden. In allen Fällen sollte die Umgehung so angeordnet werden, daß sie die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung nicht behindert.
Als Alternative zu Umgehung kann die Gasanzapfung durch Vorsehen einer kleinen Austrittsöffnung im Ventilkörper des zweiten Ventils hergestellt werden.
Ergänzende Mittel können bei dem Verfahren nach der Erfindung ebenfalls verwendet werden, um das Vorhandensein von irgend welchem Spurengas nachzuweisen, das in dem Testgegenstand- Füllbereich vorhanden ist und im allgemeinen aus den Testgegenständen vor oder während deren Plazieren in der Testkammer ausleckt. Dies würde insbesondere eine mögliche Gefahr abmildern, daß sämtliches Spurengas fehlt oder aus dem Gegenstand vor dem Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung ausgeleckt ist.
Idealerweise umfassen die Ergänzungsmittel eine gesonderte Sonde, die dem Nachweisgerät zugeordnet ist und die Verwendung gemeinsamer Evakuierungsmittel.
Eine Einrichtung zur Leckprüfung eines Gegenstands nach dem Verfahren nach der Erfindung könnte umfassen:
- eine evakuierbare Testkammer zur Aufnahme des Gegenstand,
- Leitungsmittel, welche die Testkammer mit dem Spurengasnachweisgerät verbinden,
- ein erstes und ein zweites Ventil zur Steuerung der Strömung durch die Leitungsmittel und zum Herstellen eines den Leitungsmitteln zugeordneten Volumens zwischen ihnen,
- Druckdifferenzmeßmittel zum Erfassen von Druckschwankungen in den Leitungsmitteln zwischen einem ersten Punkt, der zwischen dem ersten Ventil und der Kammer gelegen ist und einem zweiten Punkt, der zwischen dem zweiten Ventil und dem Spurengasnachweisgerät gelegen ist,
- Steuerungsmittel zum Feststellen der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt, die auch die Änderungsgeschwindigkeit mit einem vorgegebenen Ausschlußkriterium umfaßt.
Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung auch Spurengasnachweismittel zum zusätzlichen Identifizieren irgendeines Ausleckens von Spurengas aus den Gegenstand, beispielsweise ein Massen spektrometer.
Das für die meisten Leckdetektoranwendungen und Messungen einschließlich der vorliegenden Erfindung bevorzugte Spurengas ist Helium. Obwohl im wesentlichen reines Helium die maximale Empfindlichkeit für den Spurengasnachweis ergibt, kann das Helium auch mit Luft oder Stickstoff oder Argon in bekannten Volumenprozentsatz gemischt sein. Wenn Helium als Spurengas benutzt wird, ist der Leckdetektor so ausgelegt, daß er nur Heliumionen erfaßt.
Zur Erläuterung der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielshalber Bezug auf die anliegende Zeichnung genommen, die eine schematische Darstellung eines Lecknachweissystems zur Verwendung bei dem Verfahren nach der Erfindung mit teilweise geschnitten dargestellten Teilen zeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, umfaßt ein Lecknachweissystem zur Verwendung in dem beanspruchten Verfahren eine Testkammer 1 mit einem angelenkten oder abnehmbaren Deckel 2, so daß ein Teststück 3 in die Kammer 1 eingeführt werden kann. Die Kammer 1 ist so ausgelegt, daß, wenn der Deckel 2 geschlossen ist, um das Teststück 3 herum eine hermetisch abgedichtete Hülle gebildet ist. Die Testkammer 1 ist über eine Vakuumleitung 4 mit dem Einlaß 5 eines herkömmlichen Massenspektrometer-Leckdetektors 6 verbunden.
Ein herkömmliches Vakuumventil 7 ist so positioniert, daß es die Testkammer zu der Leitung 4 öffnen oder schließen kann. Ein zweites herkömmliches Ventil 8 ist dem herkömmlichen Vakuumventil 7 benachbart positioniert, so daß es dem Leckdetektor 6 zum "eingeschlossenen Volumen" 9 in der Leitung 4 öffnen oder schließen kann. Eine Umgehungsleitung 10 ist um das Ventil 8 herum angeordnet und enthält eine Trennwand 11 mit einem kleinen Leckpfad 12 zwischen den bekannten Volumen 9 zwischen den Ventilen 7, 8 und dem Leckdetektoreinlaß 5.
Ein Differenzdruckfühlersystem ist in der Leitung 4 zwischen der Testkammer 1 und dem Ventil 7 bei 14 und unterhalb des Ventils 8 bei 15 angeschlossen. Die Größe des Leckpfads 12 darf nicht (solange nicht das Ventil 7 geschlossen ist) den Druck im Volumen 9 schneller erschöpfen als die Auflösungsgrenze zur Messung der Differenzdruckgeschwindigkeit unter Verwendung der Fühlerverbindungen an den Stellen 14 und 15 ist. Eine Viskoseriechsonde 16 ist mit einem Kopfstückvolumen 17 verbunden, das durch den Viskoseströmungssondenanschluß 18 des Leckdetektors 6 beaufschlagt wird. Das Kopfstückvolumen 17 ist vom Leckdetektoranschluß 5 durch ein Viskoseströmungssondenfilter 19 und ein Ventil 20 getrennt.
Im allgemeinen ist es zu bevorzugen, daß das Nettovolumen (Paravolumen) der Kammer 1 plus der Leitung 4 oberhalb (in der Darstellung) des Ventils plus das eingeschlossene Volumen beträchtlich kleiner ist als der Hauptverteilerbereich 21 des Leckdetektors 6 plus die Leitung 4 unterhalb (in der Darstellung) des Ventils 8. Wenn jedoch bei der Durchführung eines Lecktests das Ventil 7 geschlossen ist, was im allgemeinen zu bevorzugen ist, dann ist es auch zu bevorzugen, daß das eingeschlossene Volumen 9 selbst beträchtlich kleiner als der Hauptverteilerbereich 21 plus die Leitung 4 unterhalb (in der Darstellung) des Ventils 8 ist. Dies ermöglicht es, daß der Leckdetektor mit einer herkömmlichen Massenspektrometer-Leckprüfung direkt in seiner empfindlichen Betriebsart ohne Beschädigung weiterbetrieben werden kann, und vermeidet weitere beträchtliche notwendige Pumpzeiten für den nachfolgenden (Erststufen-) Test beim nächsten Gegenstand.
Ein Ventil 22 im Leckdetektor 6 ermöglicht ein Spülen des Verteilers 21, des Einlasses 5, der Leitung 4, und des eingeschlossenen Volumens, während außerdem die Testkammer 1 entlüftet wird, um ein Entnehmen des Teststücks 3 durch den angelenkten oder abnehmbaren Deckel 2 nach dem Testen zu ermöglichen.
Das in der Zeichnung dargestellte Gerät arbeitet folgendermaßen: Während der Leckdetektor 6 bereitgemacht wird, um als herkömmlicher Massenspektrometer-Leckdetektor zu funktionieren, sind im Spülstatus die Ventile 7 und 8 und 22 geöffnet und das Ventil 20 ist geschlossen, und innerhalb des Leckdetekstors 6 beseitigen interne Vakuumpumpen restliches Helium aus dem Spurengasmeßsystem. Die Viskosesonde 16 kann kontinuierlich vom Leckdetektor 6 über das Viskosekopfstück 17 und den Viskoseanschluß 18 gepumpt werden, um die Anwesenheit von Spurengas, beispielsweise Helium, zu erfassen, beispielsweise während der Testgegenstand-Füllstufe.
Die Ventile 7 und 22 werden dann geschlossen und das Ventil 20 wird geöffnet, während der Leckdetektor 6 beginnt, den Verteiler 21 und dadurch die Leitung 4, den Differenzfühleranschluß 15 und das eingeschlossene Volumen 9 sowie die Umgehung 10 zur Vorbereitung auf den Heliumlecktest zu evakuieren, und kann das Kopfstück 17 über den Viskosefilter 19 abpumpen. Der Leckdetektor 6 erreicht schnell einen empfindlichen Lecktestmodus zur Auswertung der Heliumzufuhr unter Verwendung der Viskosesonde 16. An dieser Stelle ist der Leckdetekor für den Nachweis von Helium aus dem abgeschlossenen Volumen 9 durch Schließen des Ventils 20 und Verschwindenlassen des Signals bereit.
Das Teststück 3 wird in die Kammer 1 eingeführt und der Deckel 2 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck im Differenzanschluß 14 aufgrund des Schließens des Deckels 2 der Testkammer 1 bereits schwach über den örtlichen atmosphärischen Druck angestiegen. Die Differenzdruckanschlüsse 14 und 15 dienen gewöhnlich zur Bestimmung des Anfangsdrucks des Nettovolumens, welches das Volumen in der Leitung 4 über dem Ventil 7 und das Volumen der Testkammer 1 ausschließlich des Volumens des Teststücks 3 umfaßt. Dies stellt sicher, daß nur eine minimale Abhängigkeit von aktuellen atmosphärischen Drücken, Wandlerschwankungen und Temperaturschwankungen besteht.
Für den Erststufen-Lecknachweis (ohne Verwendung von Spurengas) wird das Ventil 8 geschlossen und dann das Ventil 7 geöffnet; das Nettovolumen ist nun größer, so daß nun ein sofortiger Druckschritt erfolgt, der vom Differenzfühler am Anschluß 14 aufgezeichnet wird. Bei einem stark leckenden Teststück 3 ist der Druckschritt kleiner als bei einem gut abgedichteten Teststück 3 gleicher Außenabmessungen wegen des zusätzlichen Beitrags des Gases aus dem internen Volumen des stark leckenden Teststücks 3 in die Gesamtgasmenge oberhalb des Ventils 8.
Dieser Test dauert typischerweise weniger als eine Sekunde für Volumen im Bereich von 10 cm³. Wenn das Teststück 3 bei dieser Zeitbemessung des Testvorgangs langsamer leckt, kann die aus der Zeitveränderung des Fühlers am Anschluß 14 bestimmte Druckabstiegsneigung ebenfalls innerhalb von ein oder 2 Sekunden verarbeitet werden, und es würde ein Druckschritt vorausgehen, der etwa gleich demjenigen bei einem guten Teststück 3 wäre.
Die Empfindlichkeit dieser Änderungsgeschwindigkeit im Druckdifferenztest kann durch Schließen des Ventils 7 während der ersten Stufe des Verfahrens nach der Erfindung verbessert werden. Wenn das Ventil 7 geschlossen ist, kann die Umgehung 10 oder die direkte Verbindung bei offenem Ventil 8 zum Abtasten auf Spurengas benutzt werden. Die Umgehung 10 ermöglicht den Nachweis einer Heliumleckage, so daß, wenn die Undichtigkeit des Teststücks 3 nicht zu groß ist, aber noch oberhalb der entsprechenden Gesamtdruckmeßgrenzen oder Heliumnachweisgrenzen liegt, zwei Prüfungen bezüglich der Qualität des Teststücks 3 gemacht würden.
Bei dem beschriebenen System liegen diese Grenzen bei etwa 0,01 bzw. 0,001 atmosphärischen cm³/Sekunden, wenn die Druckdifferenz über dem Teststück 3 zwischen seinem inneren Volumen und der Testkammer 1 typischerweise eine halbe Atmosphäre beträgt und die Volumen typischerweise jeweils 10 cm³ betragen.
Wenn ein Teststück 3 diese Tests besteht, wird das Ventil 8 geöffnet, damit die zweite Stufe, das heißt, die normale Leckprüfung durch den Leckdetektor 6 stattfinden kann; wegen des viel größeren Volumens des Verteilers 21 öffnet das Ventil 8 direkt zu dem im empfindlichen Nachweismodus befindlichen Leckdetektor 6. Der Leckdetektor 6 erfährt eine momentane Druckwelle, die durch gedrosselte Strömungsbedingungen innerhalb der internen Komponenten begrenzt wird, die zum Abtasten des in den Einlaß 5 eintretenden Gases dienen, und die empfindlichere Heliumleckratenmessung kann innerhalb von weiteren zwei Sekunden abgeschlossen werden, typischerweise bei Lecks von etwa 0,00001 atmosphärischen cm³/Sekunde.
Auf die Beendigung des Tests folgt die Trennung des Verteilers 21 von den inneren Pumpen des Leckdetektors 6 und dann das Öffnen des Ventils 22, was den Druck in der Testkammer 1 anhebt, bis der Deckel 2 zum Herausnehmen des Teststücks 3 und zur Rückkehr in den Spülzustand geöffnet werden kann.
Die obige Folge kann natürlich manuell oder automatisch bewerkstelligt werden - der Vorteil bei einem automatischen Lecktest unter Verwendung eines herkömmlichen Leckdetektors 6 liegt darin, daß das normale Abpumpen für den Lecktest nur über die Zeit stattfindet, die zum Abnehmen von Meßwerten vom Differenzfühlerpaar und zum Öffnen der Ventile 7 und 8 notwendig ist.
Anders als bei einem herkömmlichen Leckdetektorsystem kann das System zur Anwendung bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Vorevakuierungsstufe umfassen, die stattfinden kann, bevor das Teststück in die Testkammer 1 eingebracht wird, und die typischerweise drei Sekunden dauert, und vor den Meßstufen, die typischerweise vier oder 5 Sekunden dauern. Da das System sequentiell ausgelegt ist, würde das Leerpumpen der Testkammer und die Messungen typischerweise sieben oder acht Sekunden dauern, was natürlich viel langsamer wäre. Die vorliegende Erfindung schafft also ein Verfahren, mit welchem Testzykluszeiten trotz der drei zusätzlichen Tests kurz gehalten werden können, nämlich dem Nachweis und dem Aussondern von 1) stark leckenden und 2) schwach leckenden Testgegenständen durch Anwendung der Methode des "eingeschlossenen Volumens" und 3) Auswertung der Heliumzufuhr unter Verwendung der zusätzlichen Mittel.
Im allgemeinen kann die Einrichtung zur Verwendung bei dem beanspruchten Verfahren so ausgelegt sein, daß das Massenspektrometer als gesonderte Einheit mit dem übrigen Gerät, d. h. wie es in der Zeichnung gezeigt ist, eingesetzt werden kann; alternativ wäre es natürlich auch möglich, das restliche Gerät teilweise oder ganz in einem Massenspektrometer- Leckdetektorgehäuse unterzubringen, in dem beispielsweise die Testkammer 1 die Testkammer des Massenspektrometer-Leckdetektors ist.

Claims

1. Verfahren zur Leckprüfung eines Gegenstands, wobei das Verfahren umfaßt

- Bereitstellen einer evakuierbaren Testkammer (1),

- Bereitstellen von Mitteln zum Evakuieren der Kammer (1)

- Bereitstellen von Leitungsmitteln (4), welche die Kammer (1) und die Evakuierungsmittel miteinander verbinden,

- Bereitstellen eines ersten Ventils (7), das näher bei der Kammer (1) gelegen ist, und eines zweiten Ventils (8), das näher den Evakuierungsmitteln gelegen ist, zur Steuerung der Strömung durch die Leitungsmittel (4) und zum Bilden eines den Leitungsmitteln (4) zugeordneten eingeschlossenen Volumens dazwischen,

- Evakuieren des eingeschlossenen Volumens bei geschlossenem ersten Ventil (7) und geöffnetem zweitem Ventil (8),

- Bereitstellen von Mitteln (13) zum Messen der Druckdifferenz zwischen einem ersten Punkt (14), der zwischen dem ersten Ventil (7) und der Kammer (1) gelegen ist, und einem zweiten Punkt (15), der zwischen dem zweiten Ventil (8) und den Evakuierungsmitteln gelegen ist,

- Messen der Druckdifferenz zwischen dem ersten Punkt (14) und dem zweiten Punkt (15) und Bestimmen eines Druckdifferenzbezugspunkts,

- Schließen des zweiten Ventils (8) zur Bildung des eingeschlossenen Volumens (9),

- Öffnen des ersten Ventils (7) zur Verbindung des eingeschlossenen Volumens (9) und der Kammer (1),

- Messen der Druckdifferenz zwischen dem ersten Punkt (14) und dem zweiten Punkt (15) und Vergleichen mit dem Druckdifferenz-Bezugspunkt,

- Messen der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz zwischen dem ersten Punkt (14) und dem zweiten Punkt (15) nach der Verbindung des eingeschlossenen Volumens (9) und der Kammer (1),

- Öffnen des zweiten Ventils (8) zur Ermöglichung einer weiteren Evakuierung und Spülung der Kammer (1) und der Leitungsmittel (4).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das eingeschlossene Volumen (9) zwischen dem 0,5- und dem 2-fachen des Nettovolumens der Testkammer (1) beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das in der genannten Reihenfolge durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei irgendein nicht aus einer Messung des Druckdifferenz-Bezugspunkts und der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz nachgewiesenes Leck dadurch identifiziert werden kann, daß in der Testkammer (1) vorhandenes Gas durch die Leitung (4) strömen gelassen und in eine Spurengas-Nachweiseinrichtung (6) evakuiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Spurengas-Nachweiseinrichtung ein Massenspektrometer (6) ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Mittel zum Anzapfen von Gas um oder innerhalb des zweiten Ventils (8) angeordnet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzliche Mittel (16) eingesetzt werden, um das Vorhandensein irgend eines im Füllbereich des Prüfgegenstands vorhan denen Spurengases nachzuweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zusätzlichen Mittel eine gesonderte Sonde (16) umfassen, die der Spurengas-Nachweiseinrichtung (6) zugeordnet ist.