真空检漏系统、气体控制单元和气体检漏方法与流程

真空检漏系统、气体控制单元和气体检漏方法
1.本发明涉及真空检漏系统、气体控制单元和气体检漏方法。
2.经典的氦气真空泄漏检测装置，例如英福康公司(inficon)的包括一个真空控制单元和一个质谱仪形式的集成氦气测量装置。该装置包括一个真空泵，用于通过单独的真空管路连接到测试室或测试对象。其中，真空控制单元、氦气质谱仪和真空泵在一个共用外壳内形成一个单元。
3.在另一种氦气真空检漏装置、英福康公司的中，扇形场质谱仪和带有凸缘连接的阀块的涡轮分子泵形成集成在测试系统中的氦气检测器单元。该测试系统包括测试室、泵架和真空检漏仪。氦气检测器单元通过相应的连接线以导气的方式连接到真空测试室和泵架。
4.本发明的一个目的是提供一种测试气体的真空检漏系统，其能够灵活且可控地将测试气体从测试室供应到气体检测器。
5.根据本发明的真空检漏系统由独立权利要求1中的技术特征所限定。根据本发明的气体检测单元由独立权利要求2中的气体控制单元所限定。
6.根据上述内容，该真空检漏系统包括三个部件，即具有测试室进气口和测试室出气口的测试室单元、具有气体检测进气口和气体检测出气口的气体检测单元，以及连接该气体检测单元和该测试室单元的进气口和出气口的气体控制单元；该气体控制单元连接至该测试室单元和该气体检测单元。该气体控制单元包括单独的气体传导通路，用于将测试室出气口选择性地连接至气体检测进气口和气体检测出气口。
7.该气体控制单元可连接至真空检漏系统的测试室单元和气体检测单元，并具有单独的气体传导通路，用于选择性连接该测试腔单元的进气口和出气口以及该测试腔单元的进气口和出气口。具体地，该气体控制单元设置了单独的进气口，该进气口通过穿过该气体控制单元的气体传导通路连接至该测试室进气口，以向该测试室单元提供运载气体，该运载气体由该气体控制单元的该单独进气口吸入。该气体控制单元中的真空泵可用于此目的。具体地，该气体控制单元被配置为控制对该测试室单元的运载气体供应。这意味着可以通过该气体控制单元开启和/或关闭运载气体供应和/或可以改变运载气体的量。为此，例如可以提供具有可变通道和/或独立可控阀的节流阀。
8.本发明的一个变型可以在于该测试室单元、该气体检测单元和该气体控制单元被设计为适于彼此可拆卸地连接的独立模块。这三个模块可以直接相互耦合，而不需要单独的真空管线来连接模块。以这种方式，可以由三个模块形成共同的真空检漏单元，例如该真空检漏单元也布置在共用外壳中。该测试室单元、该气体控制单元和/或该气体检测单元可以选择性地更换为其他模块，以便能够使真空检漏系统适用于单独的测试条件。
9.下面结合附图详细说明本发明的一个实施例。该附图以示意性框图的形式示出了该实施例。
10.该附图示出了具有测试室单元12、气体检测单元14和气体控制单元16的真空检漏系统10。
11.测试室单元12包括真空测试室18，其可以是刚性测试室或柔性测试室(例如以膜
室的形式)。测试室单元12具有测试室进气口20和测试室出气口22，均与测试室18导气连接。
12.气体检测单元14包括气体检测器24，气体检测器24在本实施例中为四极杆质谱仪24，其通过二级真空泵26排气至大气。通过设有节流阀28的检测气体传导通路30，气体检测器24以导气连接的方式连接至气体检测入口32和气体检测出气口34。
13.气体控制单元16设置有三个进气口36、42、44和三个出气口38、40、46。第一进气口36通过可拆卸的连接件以导气方式连接至测试室出气口22。相应地，第一出气口38与测试室进气口20相连接。相应地，第二出气口40与气体检测入口32连接，第二进气口42与气体检测出口34连接。第三进气口44和第三出气口46均与大气相通。
14.第三进气口44经由运载气体传导通路48以导气的方式连接至第一出气口38。运载气体传导通路48包括选择性可控阀v4和节流阀50，其导致气体流量为例如10sccm。可以使用节流阀使流量适应测试室容积18。通常，运载气体流量为10sccm至100sccm，这取决于测试室容积18的大小。如本文所用，选择性可控意味着可以选择性地打开或关闭相应的阀。为此，气体控制单元16包括图中未示出的电子器件。旁路通路52绕过运载气体传导通路48，旁路通路52也以导气方式将第三进气口44连接到第一出气口38，并且其包括与阀v4和节流阀50并联连接的选择性可控阀v5。
15.第一入口36经由包括选择性可控阀v2的测试气体传导通路54以导气方式连接到第二出气口40。压力测量装置p2和p3连接到测试气体传导通路54，以便通过压力测量装置p2测量沿气体流动方向的阀v2下游处的压力，以及通过压力测量装置p3测量沿气体流动方向的阀v2上游处的压力。
16.第二进气口42经由返回测试气体传导通路56以导气方式连接到第三出气口46，返回测试气体传导通路56包括选择性可控阀v3和真空泵58。在沿气体流动方向的阀v2的上游，包括选择性可控阀v1的排放气体传导通路60将测试气体传导通路54连接至位于阀v3和真空泵58之间的返回气体传导通路56。在沿气体流动方向的阀v1的下游，标记为编号62的压力测量装置p1连接到排放气体传导通路60。
17.压力测量装置p1、p2和p3的测量信号被传输到图中未示出的气体控制单元16的控制电子器件。控制电子器件根据测量到的压力值和可能的其他控制参数控制阀v1、v2、v3、v4、v5和v6的打开和关闭状态以及真空泵58的运行状态。
18.最初，阀v1打开，且至少阀v2和v3关闭，以及阀v4、v5和v6可能关闭，真空泵58运行并抽空测试室18。来自测试室18的气体经由测试气体传导通路54、排放气体传导通路60和返回气体传导通路56被抽至第三出气口46并排至大气中。同时，真空泵26抽空气体检测器24。
19.当在压力测量装置p3和/或p1处达到合适的压力阈值时，阀v2和v3打开并且阀v1关闭。阀门v4也可能打开。阀v5最初是关闭的。在该运行状态下，真空泵58将来自测试室18的气体从打开的阀v2经由测试气体传导通路54输送到气体检测入口32，气体从气体检测入口32通过节流阀28流向气体检测器24的质谱仪，然后通过气体检测出口34和第二进气口42、返回气体传导通路56和打开的阀v3流至第三出气口46并从该处排入大气。合适的运载气体通过运载气体传导通路48流经打开的阀门v4并穿过节流阀50流入测试室18。其中，运载气体来自气体控制单元16周围的大气。作为替代方案，可以想到将运载气体源连接到第
三进气口44。
20.在气体检漏结束后，可以通过旁路气体传导通路52绕过节流阀50，进而从第三进气口抽取相应大量的气体以冲洗测试室18、阀和气体传导通路。为此，也可以将合适的冲洗气体源连接到第三进气口44。对测试室18的冲洗(例如为了在测量较大的泄漏率之后减少污染)是通过通向泵58的通路完成的，该通路经由管线部分52、阀v5、测试室18、测试气体传导通路54然后直接通过打开的阀v1和排放气体传导通路60。在该冲洗期间，用于气体检测的节流阀28的入口区域通过关闭的阀v2和v3被分隔开。对管线56和阀v2和v3之间的部分的冲洗是通过经由阀v6的节流冲洗气体入口实现的。在此阶段，阀v2和v1关闭。冲洗气体经由阀v6和v3被引导至泵58。
21.气体传导通路48、52、54、56和60，以及相应的阀v1-v6、节流阀和压力测量装置p1-p3被设置在位于气体控制单元16中的共用的整体阀块中，该块是实体元件。压力测量装置以及真空泵58可以连接至阀块的合适的连接件。阀v1-v6可以通过公知的方式设置在阀块的外部，并且可以连接至相应的气体传导通路的对应连接件。
22.与常规真空检漏系统相比，本发明的决定性优势在于，在气体检漏期间且为了后续冲洗气体传导通路和测试室，可以仅通过一个元件，即气体控制单元16来控制用于排空测试室的气体传导，而不需要通过单独的软管将测试室和/或气体检测器连接至单独的部件。运载气体供应和冲洗气体供应也不是通过单独的软管被引导至测试室18内，而是直接进入气体控制单元16中。其中，测试室18仅具有两个端口。不需要单独的端口来供应运载气体和/或供应冲洗气体。相应地，气体检测单元14也仅需要两个端口32、34，以及用于排空质谱仪24的出口，而不需要为了泵、阀、压力测量装置等设置单独的端口。