JP2018534558A

JP2018534558A - 嗅気式漏洩調査における試験ガス変動の検出方法

Info

Publication number: JP2018534558A
Application number: JP2018517575A
Authority: JP
Inventors: ヴェツィヒ・ダニエル; ゲルドー・ルドルフ
Original assignee: Inficon GmbH Deutschland
Current assignee: Inficon GmbH Deutschland
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: CN108351272B; US10732067B2; MX387970B; CN108351272A; US20180275010A1; BR112018006748A2; MX2018004085A; EP3359941B1; JP6803380B2; BR112018006748B1; EP3359941A1; WO2017060072A1; DE102015219250A1

Abstract

【課題】嗅気型漏洩検出装置において、二酸化炭素を含む試験ガスを使用して漏洩検出を行う際、試験片周囲の空気中の二酸化炭素濃度の変動を検出する。【解決手段】少なくとも一定量の二酸化炭素を含む無酸素試験ガスで加圧された試験片（１２）の周囲環境からのガス流において、漏洩検出器（１８）の嗅気型プローブ（２０）によって検出される試験ガスの量における変動を検出するための方法において、周囲の空気中の酸素量を測定することを特徴とする方法。【選択図】図１

Description

本発明は、漏洩検出器の嗅気型プローブを用いて、試験ガスとして二酸化炭素で加圧された試験片の周囲の雰囲気（空気）から取り込まれたガス流における変動を検出し、相殺する方法および装置に関する。

嗅気型（嗅ぎ取り式）漏洩検出は、特に漏洩箇所を特定するための、確立された方法である。嗅気型漏洩検出のために、試験ガスを用いて、気密性を試験される中空体（試験片）に陽圧を加える。試験対象の各部位からの空気は、嗅気型プローブによって取り込まれる。試験片から漏洩するガスが、試験箇所において漏出すると、このガスは、空気の流れと共に取り込まれ、吸気の流れにおいて試験ガス濃度を上昇させる。この濃度の上昇は、漏洩速度の尺度として評価される。また、適切な試験ガス検出器を用いて、試験ガスの分圧が測定される。この検出器は、試験システムにおいて適切な箇所に配置されている。

検出器は、嗅気型プローブの先端のすぐ近くに配置してもよく、グリップ内に配置してもよく、あるいはガス供給ユニット（ポンプ、コンプレッサ）の上流または下流にある漏洩検出器のグリップもしくは本体内に配置してもよい。ガス供給ユニットは、嗅気型プローブによって取り込まれるガス流を発生させる。

試験領域における試験ガスの濃度が一定であれば、漏洩箇所における嗅気ガス流中の全濃度について、次の関係が成立する。

したがって、ｃ_０は、吸入ガス流（キャリアガス流）における試験ガスの初期濃度である。ｃは、漏洩箇所から漏出する試験ガス量を含む試験ガスの濃度である。Ｑ_漏洩は、漏洩箇所における試験ガスの漏洩速度（漏洩率）である。Ｑ_FLはキャリアガス流量と呼んでもよい。

嗅気型漏洩検出は、試験ガスとして二酸化炭素を用いる場合、周囲の（空気中の）二酸化炭素濃度の変動によって悪影響を強く受ける。「新鮮な空気」の二酸化炭素濃度は、約４００ｐｐｍであるが、この濃度は、例えば、使用者の呼気や内燃機関から出る排気ガスなどの様々な二酸化炭素放出体によって増大する。

酸素は、使用者の体内で、脂肪、タンパク質および炭水化物が燃焼されるときに使用される。例えば、グルコース（糖）の酸化の化学反応式は、以下の通りである。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６＋６Ｏ_２→６ＣＯ_２＋６Ｈ_２Ｏ＋エネルギー

この空気中の二酸化炭素濃度の不安定性により、検知可能な漏洩速度の下限値は、大きく制約される。

本発明の基本的目的は、漏洩検出器の嗅気型プローブを用いて、取り込まれたガス流中の試験ガスの変動を検出することである。

本発明に係る方法は、請求項１の特徴により定義される。本発明に係る装置は、請求項６の特徴により定義される。

可能な限り無酸素（酸素ガスフリー）であり、かつ一定量の二酸化炭素を含むガスを、試験ガスに用いる。二酸化炭素に加えて、試験ガスは、無酸素の他の成分も含んでいてもよい。試験ガスは、特に二酸化炭素であってもよい。重要な点は、試験ガスで充填された試験片中の酸素ガスが無視できる量であるか、存在しないことである。

したがって、本発明は、試験片の周囲の雰囲気における、また、可能であれば、嗅気型プローブが吸入するガス流中の酸素の量を検出するという根本的な考えに基づいている。この酸素量は、吸入ガス流中の、試験片の漏洩箇所に由来しない二酸化炭素量を示すものである。また、周囲雰囲気中の酸素濃度の減少は、対応する二酸化炭素濃度の増大に比例していると近似して考えてもよい。この測定は、質量分析計または試験ガスの分圧を測定する他のセンサを用いて実施してもよい。酸素量の測定は、ラムダプローブを用いて、可能であれば大気圧で実施することが好ましい。

漏洩検出器を操作する者の呼気中の酸素濃度は、周囲雰囲気（周囲の空気）の酸素濃度よりも小さく、二酸化炭素量は周囲雰囲気の二酸化炭素量よりも大きい。機器の操作者の呼気が嗅気型プローブによって取り込まれた場合、吸入ガス流中の二酸化炭素量が増大し、試験片が、試験ガスとして二酸化炭素で加圧されている場合には測定結果が不正確となる。漏洩検出器の二酸化炭素プローブでは、二酸化炭素量が、試験片の漏洩箇所から生じているのか、または、例えば操作者の呼気といった周囲雰囲気から生じているのかを判断することができない。測定に影響を与え、試験片の漏洩箇所に由来するものではない周囲雰囲気中のこの二酸化炭素量を、以下においてオフセットと称する。このオフセットは、例えば内燃機関の排気ガスからも生じる。

周囲雰囲気中の酸素量、または嗅気型プローブによって取り込まれたガス流に含まれる酸素量は、酸素プローブを用いて測定される。この酸素量は、試験片が無酸素試験ガスで充填されている場合（例えば、試験ガスとしての二酸化炭素のみで充填されている場合）試験片における漏洩箇所から生じたものではない。したがって、測定された酸素量から二酸化炭素のオフセット量を求めることが可能である。

このオフセットｃ_２（ｔ）は、吸気中の定常オフセットｃ_０および吸気中の試験ガスの時間依存性変動オフセットｃ_１（ｔ）を構成する。オフセットｃ_２（ｔ）は、以下のようにして求められる。

本発明に係る装置の例示的な一実施形態を示す概略図である。

本発明の典型的な実施形態を、以下においてより詳細に説明する。図１は、本発明に係る装置の例示的な一実施形態を示す概略図である。
試験片１２は、例えば、食品包装材である。試験片１２は、周囲雰囲気１４に対して陽圧に加圧されており、少なくとも二酸化炭素試験ガスで、無酸素状態で充填されている。試験ガスは、周囲雰囲気１４に対する陽圧により、漏洩箇所１６から漏出する。

漏洩検出器１８は、嗅気型漏洩検出の原則に沿って動作し、このため、ポンプ２２または圧縮機（コンプレッサ）２２に接続された嗅気型プローブ２０を有する。ポンプ２２または圧縮機２２は、嗅気型プローブ２０の入口２４から取り込まれるガス流を発生させる。漏洩検出器１８は、さらに、二酸化炭素に反応する分圧センサ２６を質量分析計の形態で有しており、このセンサは、嗅気型プローブ２０の吸入ガス流中の二酸化炭素試験ガスの量を測定する。嗅気型プローブ２０が、試験片１２の外面に沿って漏洩箇所１６に向かって移動すると、吸入ガス流中の試験ガスの量が増大し、分圧センサ２６を用いてこれを検出することができる。

しかしながら、吸入ガス流中の二酸化炭素量は他の理由によっても上昇する。例えば、嗅気型プローブ２０を移動させる人の呼気が嗅気型プローブによって取り込まれた場合、または、嗅気型プローブ２０が、内燃機関の排気ガス流の近傍に配置された場合などである。この場合、分圧センサ２６は二酸化炭素量の上昇を検出する。この上昇が、試験片１２における漏洩箇所１６を示唆するものとして誤って解釈されることを防止するために、本発明に従って、吸気の流れにおける酸素量を測定する酸素センサ２８が設けられる。

酸素センサ２８は、例えば質量分析計といった酸素の分圧を検出するセンサであってもよく、または、例えば従来型のラムダプローブでもよい。

図示された典型的な実施形態において、酸素センサ２８は、嗅気型プローブ２０と、ポンプ２２との間におけるガス流路に配置されている。代替的に、酸素センサは、グリップ２０に直接設けてもよく、または、ポンプ２２の排気ガス流をその出口で測定してもよい。

測定された酸素量は、試験片１２における漏洩箇所１６に由来する吸入ガス流中の二酸化炭素量の検出ではなく、むしろ酸素の燃焼から生じる吸入ガス流中の二酸化炭素量を検出するために使用される。

１２試験片
１４雰囲気
１６漏洩個所
１８漏洩検出器
２０嗅気型プローブ
２４プローブ入口
２６分圧センサ
２８酸素センサ

Claims

少なくとも一定量の二酸化炭素を含む無酸素試験ガスで加圧された試験片（１２）の周囲からのガス流において、漏洩検出器（１８）の嗅気型プローブ（２０）によって検出される前記試験ガス量の変動を検出する方法において、
周囲の空気中の酸素量を測定することを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、測定された前記酸素量を用いて、前記試験片（１２）における漏洩箇所から生じていない、前記周囲の空気中の二酸化炭素量を測定することを特徴とする方法。
請求項１または２に記載の方法において、この測定を、前記試験片（１２）の周囲雰囲気（１４）の大気圧で行うことを特徴とする方法。
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、前記嗅気型プローブ（２０）の前記ガス流中の前記酸素量、または、前記嗅気型プローブ（２０）に接続された前記漏洩検出器（１８）のガス搬送ポンプ（２２）の排気ガス流中の前記酸素量を測定することを特徴とする方法。
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、吸入されたガス流に含まれ、前記試験片（１２）における漏洩箇所（１６）に由来しない前記試験ガスの量のオフセットｃ_２（ｔ）を、下記式を用いて求めることを特徴とする方法。

ここで、ｃ_０は、吸気中の二酸化炭素の定常オフセットであり、
ｃ_１（ｔ）は、吸気中の二酸化炭素の時間依存性オフセット量であり、
ａは、測定された酸素濃度と、存在する二酸化炭素のオフセット濃度との間の比例定数であり、
ｂは、酸素プローブの前記酸素量に対する感度係数であり、
ΔＩ（ｔ）は、前記酸素プローブの測定信号における変化量である。
漏洩検出器（１８）の嗅気型プローブ（２０）を備える嗅気型漏洩検出置であって、
前記嗅気型プローブ（２０）が、試験ガスにより試験片（１２）周囲の雰囲気（１４）に対して加圧された前記試験片（１２）から前記雰囲気に漏出する前記ガスを取り込んで測定するためのガス搬送ポンプ（２２）を有し、
前記試験ガス（１２）が、無酸素で、かつ少なくとも一定量の二酸化炭素を含む、装置において、
前記嗅気型プローブ（２０）によって取り込まれた前記ガス流中の酸素量を測定するための酸素センサ（２８）が設けられたことを特徴とする装置。
請求項６に記載の装置において、前記酸素センサがラムダプローブであることを特徴とする装置。
請求項６に記載の装置において、前記酸素センサが、酸素分圧を検出するセンサ、特に、質量分析計であることを特徴とする装置。
請求項６から８のいずれか一項に記載の装置において、前記酸素センサが、前記嗅気型プローブ（２０）から流れる前記ガス流を測定するために前記ポンプ（２２）の上流に配置される構成とされるか、または、前記ガス搬送ポンプ（２２）の排気ガス流を測定するために前記ポンプ（２２）の下流に配置される構成とされていることを特徴とする装置。