(진공) 리크 테스트에서 헬륨을 절약하는 방법
누설 감지는 주로 헬륨의 이상적인 특성으로 인해 추적 기체로 헬륨을 사용하는 것이 일반적입니다. 헬륨이 추적 가스로 선호되는 이유는 다음과 같습니다:
- 공기 중 자연 백그라운드가 낮기 때문에 누설에서 빠져나가는 가스를 주변 공기와 확실하게 구분할 수 있습니다.
- 불활성이며 다른 미디어와 반응하지 않습니다.
- 일반적인 산업 테스트 영역으로 방출되지 않습니다.
- 누구의 건강에도 해롭지 않고 환경 친화적입니다.
그러나 헬륨 소비는 운영 비용에 영향을 미칩니다. 따라서 많은 사용자가 진공 누설 테스트에서 헬륨을 절약할 수 있는 방법을 찾고 있습니다. 이 문서에서는 헬륨을 절약할 수 있는 방법과 이를 위한 단계, 주의해야 할 사항에 대해 설명합니다.
낮은 농도의 헬륨으로 작업
많은 산업 응용 분야에서 순수 헬륨으로 작업할 필요는 없습니다. 불활성 기체인 헬륨은 공기와 간단히 혼합할 수 있으며 혼합물은 누설 테스트에 사용할 수 있습니다. 그러나 그렇게 하려면 몇 가지 사항을 고려해야 합니다.
혼합물의 헬륨 농도를 적절하게 제어하기
누설 테스트에서 정확한 결과를 얻으려면 사용 중인 추적 가스 혼합물의 헬륨 농도를 적절히 제어해야 합니다. 농도의 편차는 누설률의 편차를 유발하며, 일반적으로 증폭된 방식으로 누설됩니다.
예시: 누설 테스트에는 공기 중 10%의 헬륨 혼합물이 사용됩니다. 헬륨 농도가 ±1% 변동하면(즉, 헬륨 농도가 9~11% 변동하면) 감지된 누설률의 편차가 ±10%(= 1% / 10%)가 됩니다. |
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정확한 누설 감지를 위해서는 헬륨 혼합물의 농도를 절대 농도의 5% 범위에서 제어해야 합니다. (즉, 헬륨 농도가 10%인 예제에서 농도는 항상 9.5~10.5% 사이여야 합니다). 누설률의 편차가 5%라는 것은 예를 들어 2-10-5 mbar-l/s의 누설률이 2.1-10-5 mbar-l/s의 누설률로 표시된다는 것을 의미합니다.
충분한 감도의 누설 감지기 사용
희석된 헬륨으로 작업하려는 경우 누설 감지기가 추적 가스의 헬륨 부분에만 반응한다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 적은 양의 헬륨도 안정적으로 감지할 수 있는지 확인해야 합니다. 예를 들어 추적 가스 혼합물에 10%의 헬륨을 사용하는 경우, 누설 감지기는 감지하려는 실제 누설률보다 10배 작은 누설률(이 경우 1/10 누설률)을 감지할 수 있어야 합니다.
희석된 헬륨에 맞게 누설 감지 프로세스를 조정하는 방법
희석된 헬륨으로 작업하려면 누설 감지 표준 작동 절차에서 이를 고려해야 합니다. 이는 주로 누설 감지기를 보정하는 방법과 트리거 레벨을 설정하는 방법에 영향을 미칩니다. 트리거 값을 조정하거나 보정 루틴에서 누설률을 조정하여 낮은 헬륨 농도를 보정할 수 있습니다.
팁 인피콘의 스니퍼 누설 감지기는 누설 감지기 메뉴에 사용되는 헬륨의 농도를 입력하면 누설 감지기 소프트웨어가 모든 조정을 자동으로 수행하므로 희석된 추적 가스를 쉽고 안정적으로 사용할 수 있습니다. (인피콘의 스니퍼 누설 감지기를 사용하는 경우 이 장의 나머지 부분을 건너뛰고 다음 제목으로 바로 넘어갈 수 있습니다.) |
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트리거 값을 조정하려면 새 트리거 레벨을 원래 값에 헬륨 농도를 곱한 값으로 설정해야 합니다.
예 2-10-5 mbar-l/s의 리젝트 누설률을 테스트하고 10% 헬륨으로만 작업하려는 경우 트리거 레벨을 다음과 같이 조정해야 합니다. 2 · 10-5 mbar·l/s · 10% = 2 · 10-6 mbar · l/s 3-10-6 mbar-l/s의 리젝트 누설률을 테스트하고 30% 헬륨으로만 작업하려는 경우 트리거 레벨을 다음과 같이 조정해야 합니다. 3 · 10-5 mbar·l/s · 30% = 9 · 10-6 mbar · l/s |
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또는 교정 중에 헬륨 농도를 보정하려는 경우, 가장 확실한 방법은 나중에 누설 테스트 프로세스에 사용할 헬륨 농도로 채워진 교정기로 교정하는 것입니다. 그러나 순수 헬륨으로 채워진 교정기를 사용하여 올바르게 교정할 수도 있습니다. 이렇게 하려면 교정 누설률을 헬륨 비율로 조정하기만 하면 됩니다. 보정 설정에 사용되는 누설률은 교정기의 누설률을 헬륨 농도로 나눈 값이어야 합니다.
예 교정에는 3-10-6 mbar-l/s의 교정기를 사용해야 합니다. 시스템은 공기 중 10% 헬륨의 혼합물을 사용합니다. 따라서 누설에서 빠져나가는 가스의 10%만 헬륨이 됩니다. 이 경우 다음과 같은 누설률 설정을 사용할 수 있습니다. 3 · 10-6 mbar . l/s / 10% = 3 · 10-5 mbar · l/s |
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를 보정 루틴에 추가하면 보정 후 시스템이 감지된 모든 누설률을 올바르게 표시합니다.
동일한 보정 누설을 사용하지만 30% 헬륨으로 작업하려는 경우, 보정 설정을 다음과 같이 조정해야 합니다.
3 · 10-5 mbar . l/s / 30% = 1 · 10-4 mbar · l/s
이 접근 방식에서는 트리거 값을 원래 값에서 변경해서는 안 된다는 점에 유의하세요.
선형성이 우수한 누설 감지기 사용
낮은 농도의 헬륨으로 작업할 경우, 누설 감지기의 헬륨 신호가 누설 감지기의 감지 한계에 가까워집니다. 이 경우 너무 작은 리크(예: 리젝트 누설률과 동등한 누설률)로 보정하지 않는 것이 특히 중요합니다. 리젝트 누설률에 해당하는 누설률은 이제 누설 감지기의 감지 한계에 가까워져 보정의 정확도가 떨어집니다(첫 번째 팁에 자세히 설명된 대로: 교정의 5가지 실수와 이를 방지하는 방법
더 나은 접근 방식은 정확하고 반복 가능한 교정을 위해 더 큰 누설로 교정하는 것입니다. 그러나 이를 위해서는 측정 신호의 선형성이 양호해야 합니다. 희석된 헬륨으로 작업하는 경우 매우 정확한 누설 테스트 장비를 사용하는 것이 더욱 중요합니다. 불합격 누설률과 동등한 누설률의 검증 리크는 테스트 시스템의 인증 또는 공장 인증 테스트에 사용할 수 있습니다.
진공 누설 감지에 다이나믹 백그라운드 억제 사용
희석된 헬륨으로 작업하면 부피가 큰 부품을 가장 많이 절약할 수 있습니다. 그러나 진공 리크 테스트에서는 낮은 농도의 헬륨으로 작업할 때 백그라운드 레벨이 낮아질 때까지 기다려야 하므로 챔버의 배기 프로세스가 약간 더 오래 걸립니다. 이 문제를 극복하기 위해 인피콘은 (특허 출원 중인) I-Zero 다이나믹 백그라운드 억제 기능을 도입했습니다. LDS3000 감지 시스템의 뛰어난 반복성과 선형성은 지능형 소프트웨어 알고리즘이 이를 고려할 수 있도록 백그라운드 신호가 어떻게 감소할지 정확하게 예측할 수 있게 해줍니다. I-Zero를 사용하면 누설을 놓치지 않고 계속 감소하는 배경에서 작은 누설률을 안정적으로 측정할 수 있습니다. I-Zero 백그라운드 예측을 통해 측정을 빠르게 시작할 수 있으므로 처리량 저하 없이 헬륨을 크게 절약할 수 있습니다.
헬륨 회수 및 재사용
많은 산업 공정에서 헬륨 회수를 사용하여 헬륨 소비를 줄일 수 있습니다. 헬륨 회수의 경우, 누설 감지 프로세스 후 테스트할 부품에서 헬륨을 회수합니다. 일반적으로 헬륨 충전의 과압 부분만 회수됩니다. 즉, 누설 테스트를 위해 부품에 5bar의 헬륨을 충전한 경우, 부품의 압력이 대기압으로 낮아질 때까지 헬륨은 추적 가스 공급 시스템으로 다시 배출됩니다. 이 경우 4/5 = 80%의 헬륨을 회수할 수 있습니다. 나머지 헬륨은 배송을 위해 부품에 남아 있습니다.
헬륨 회수 시스템을 사용하면 테스트 주기마다 시스템의 헬륨 양이 감소합니다. 따라서 헬륨 회수 시스템은 일정한 헬륨 농도를 유지하기 위해 새로운 헬륨으로 다시 채워야 합니다. 이 예에서는 각 테스트 주기마다 시스템 내부 부피의 20%를 헬륨으로 다시 채워야 합니다.
헬륨 회수 시스템은 희석된 헬륨과 함께 사용할 수도 있습니다. 이 경우 시스템을 다시 채우는 헬륨의 양이 훨씬 적습니다. 공기 중 10% 헬륨을 사용하는 경우, 각 테스트 주기마다 내부 부품 부피의 20% = 내부 부품 부피의 2%의 10% 헬륨만 시스템에 다시 채우면 됩니다.
사용된 헬륨의 품질
헬륨은 다양한 순도 등급으로 제공됩니다:
| 헬륨 등급 | 헬륨 순도 |
|---|---|
| 헬륨 5.0 | 99.999% 헬륨 및 0.001% 불순물 |
| 헬륨 4.0 | 99.99% 헬륨 및 0.01% 불순물 |
| 헬륨 3.0 | 99.9% 헬륨 및 0.1% 불순물 |
| 헬륨 2.0 | 99% 헬륨 및 1% 불순물 |
| 헬륨 3.5 | 99.95% 헬륨 및 0.05% 불순물 |
순도가 가장 낮은 헬륨도 불순물이 1%에 불과하므로 1%의 누설률 오차가 발생합니다. 이 저순도 헬륨을 공기와 10% 혼합하여 사용하더라도 불순물로 인한 누설률의 오차는 1%에 불과합니다.
일반적으로 순도가 낮은 등급일수록 가격이 저렴하게 판매됩니다. 헬륨 2.0까지 모든 등급의 헬륨을 문제 없이 누설 감지에 사용할 수 있습니다. 따라서 가장 낮은 가격으로 제공되는 등급을 사용하면 됩니다.
부품의 충진 압력 낮추기
일부 사용자는 부품의 충전 압력을 낮춰서(충전하는 데 헬륨이 덜 필요하도록) 누설률이 더 낮은지 테스트해 달라고 요청했습니다. 일반적으로 누설률은 압력의 두 번째 거듭제곱에 따라 달라집니다. 즉, 충전 압력을 절반으로 낮추면 약 ¼의 누설률만 표시됩니다.
이는 수학적으로 사실이지만 누설률에 영향을 미치는 다른 요인도 있습니다. 더 높은 압력에서만 열릴 수 있는 누설이 있어 낮은 충전 압력에서는 누설률이 매우 낮지만 작동 압력에서는 누설률이 훨씬 더 클 수 있습니다. 따라서 항상 작동 압력과 동일한 추적 가스 충전 압력으로 테스트할 것을 권장합니다.
결론
희석 헬륨 사용과 헬륨 회수를 결합하면 총 사용 헬륨의 양을 90% 이상 줄일 수 있습니다. 이를 위해서는 헬륨 농도를 적절히 제어할 뿐만 아니라 매우 민감하고 정확한 누설 감지기가 필요합니다.
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