كيف يتم قياس معدل تسرب الفراغ؟ ضمان سلامة النظام من خلال الكشف الدقيق عن التسرب

باختصار، يتم قياس معدل تسرب الفراغ عن طريق تحديد كمية الغاز التي تدخل حجمًا مغلقًا ومفرغًا خلال فترة زمنية محددة. ويُعبر عن ذلك عادةً بوحدات الضغط-الحجم لكل وحدة زمنية، مثل ملي بار-لتر في الثانية (mbar·L/s)، والتي تمثل كمية محددة من جزيئات الغاز المتدفقة إلى النظام.

المبدأ الأساسي ليس قياس التسرب مباشرة، بل قياس تأثيره. من خلال عزل غرفة التفريغ عن مضخاتها ومراقبة مدى سرعة ارتفاع الضغط، يمكنك حساب المعدل الذي يدخل به الغاز إلى النظام.

الطريقة الأساسية: اختبار معدل الارتفاع

الطريقة الأكثر شيوعًا ومباشرة لقياس معدل التسرب الكلي للنظام هي اختبار معدل الارتفاع (أو ارتفاع الضغط). وهي تعتمد على مبدأ بسيط وقوي.

الخطوة 1: التفريغ والعزل

أولاً، يتم تفريغ غرفة التفريغ إلى ضغط أقل بكثير من ضغط التشغيل المستهدف. وبمجرد الوصول إلى هذا الضغط الأساسي، يتم عزل الغرفة تمامًا عن مضخات التفريغ عن طريق إغلاق صمام رئيسي.

الخطوة 2: مراقبة زيادة الضغط

مع عزل المضخات، فإن أي غاز يدخل الغرفة عبر التسربات سيتسبب في ارتفاع الضغط الداخلي. يتم استخدام مقياس ضغط لتسجيل زيادة الضغط هذه على مدى فترة زمنية مقاسة.

الخطوة 3: حساب معدل التسرب

يتم بعد ذلك حساب معدل التسرب (Q) باستخدام الحجم الداخلي المعروف للغرفة (V) ومعدل التغير في الضغط المقاس (ΔP/Δt).

الصيغة هي: Q = V * (ΔP / Δt)

على سبيل المثال، إذا ارتفع ضغط غرفة سعتها 100 لتر بمقدار 0.05 ملي بار خلال 100 ثانية، يتم حساب معدل التسرب على النحو التالي: Q = 100 لتر * (0.05 ملي بار / 100 ثانية) = 0.05 ملي بار·لتر/ثانية

شرح الوحدة: ملي بار·لتر/ثانية

قد تبدو هذه الوحدة مجردة، لكنها تمثل كمية فيزيائية من الغاز. بناءً على قانون الغاز المثالي (PV=nRT)، فإن مصطلح "الضغط × الحجم" (ملي بار·لتر) يتناسب مع عدد جزيئات الغاز. ولذلك، فإن ملي بار·لتر/ثانية تحدد معدل تدفق جزيئات الغاز إلى النظام.

الطريقة المتقدمة: الكشف عن تسرب الهيليوم

في حين أن اختبار معدل الارتفاع يقيس معدل التسرب الكلي، فإنه لا يساعدك في العثور على موقع التسرب. ولهذا، ولقياس التسربات الصغيرة للغاية، فإن كاشف تسرب الهيليوم هو المعيار الصناعي.

كيف يعمل

كاشف تسرب الهيليوم هو مطياف كتلة متخصص مضبوط ليكون حساسًا بشكل استثنائي لذرات الهيليوم. يتم توصيل الكاشف بنظام التفريغ، الذي يتم الاحتفاظ به تحت التفريغ.

العثور على موقع التسرب

ثم يقوم المشغل برش كمية صغيرة من غاز الهيليوم على الجزء الخارجي من غرفة التفريغ، مستهدفًا مواقع التسرب المحتملة مثل اللحامات، والفلنجات، والأختام. إذا دخل الهيليوم إلى النظام عبر تسرب، فإنه ينتقل إلى الكاشف، الذي يسجل إشارة، ويحدد موقع التسرب.

تحديد معدل التسرب كمياً

للحصول على قياس دقيق لمعدل التسرب، يمكن وضع الجزء الذي يتم اختباره داخل كيس أو حاوية مملوءة بتركيز معروف من الهيليوم (طريقة "الغطاء"). تعطي كمية الهيليوم المكتشفة داخل نظام التفريغ بمرور الوقت معدل تسرب عالي الدقة وقابل للقياس الكمي.

فهم المفاضلات والمخاطر

قياس معدلات التسرب لا يخلو من التحديات. تعتمد الطريقة التي تختارها على الدقة التي تحتاجها ونوع النظام الذي تقوم بتقييمه.

مشكلة الانبعاث الغازي

مشكلة رئيسية في اختبار معدل الارتفاع هي الانبعاث الغازي. هذه هي العملية التي يتم فيها إطلاق الجزيئات المحتجزة على الأسطح الداخلية للغرفة في الفراغ، مما يتسبب أيضًا في ارتفاع الضغط. يمكن بسهولة الخلط بين هذا التأثير والتسرب الجوي الحقيقي، مما يؤدي إلى تقدير مبالغ فيه لمعدل التسرب.

الدقة مقابل البساطة

اختبار معدل الارتفاع بسيط ولا يتطلب سوى مقياس ضغط وساعة، لكن دقته محدودة، خاصة في أنظمة التفريغ العالية النظيفة جدًا حيث يمكن أن يكون الانبعاث الغازي هو العامل المهيمن.

دقة الهيليوم

كاشف تسرب الهيليوم أكثر دقة بكثير لأنه يتجاهل الانبعاث الغازي (الذي يتكون في الغالب من بخار الماء والنيتروجين، وما إلى ذلك) ويقيس فقط الغاز المتتبع. ومع ذلك، يتطلب هذا معدات باهظة الثمن ومتخصصة.

ما هو معدل التسرب "المقبول"؟

يعتمد معدل التسرب المقبول كليًا على التطبيق. قد يتحمل نظام للتعامل مع الفراغ الخشن تسربًا بمقدار 10⁻³ ملي بار·لتر/ثانية، بينما قد يتطلب نظام بحث عالي الجودة يعمل في فراغ فائق الارتفاع (UHV) معدل تسرب إجمالي أقل من 10⁻¹⁰ ملي بار·لتر/ثانية.

اتخاذ الخيار الصحيح لهدفك

يجب أن تتوافق استراتيجية القياس الخاصة بك مع متطلبات نظامك.

• إذا كان تركيزك الأساسي هو الفحص السريع لحالة نظام فراغ خشن أو متوسط: فإن اختبار معدل الارتفاع كافٍ لتحديد ما إذا كان هناك تسرب كبير يؤثر على الأداء.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو تحديد موقع التسرب للإصلاح: فإن كاشف تسرب الهيليوم المستخدم في وضع "الشم" هو الأداة الأكثر فعالية وأهمية.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو تأهيل مكون لفراغ عالٍ أو فائق الارتفاع: فإن اختبار تسرب الهيليوم الكمي (مثل طريقة الغطاء) ضروري للتأكد من أن الجزء يلبي معايير الأداء الصارمة.

إن فهم كيفية قياس تسرب الفراغ بشكل صحيح هو الخطوة الأولى نحو تشخيص المشكلات وتحقيق نظام فراغ مستقر وعالي الأداء.

جدول الملخص:

الطريقة	الاستخدام الأساسي	الميزة الرئيسية	الحساسية النموذجية (ملي بار·لتر/ثانية)
اختبار معدل الارتفاع	فحص سريع لحالة النظام	بسيط، يتطلب فقط مقياس ضغط	~10⁻³ إلى 10⁻⁵
الكشف عن تسرب الهيليوم	تحديد التسربات وقياس عالي الدقة	دقيق للغاية، يتجاهل الانبعاث الغازي	حتى 10⁻¹²

هل تواجه صعوبة في أداء نظام التفريغ الخاص بك؟ يمكن أن يؤدي الضغط غير المستقر أو التلوث إلى إتلاف التجارب والعمليات. تتخصص KINTEK في معدات ومستهلكات المختبرات، وتوفر الأدوات والخبرة المناسبة لقياس تسربات التفريغ وحلها بدقة. تساعدك حلولنا على تحقيق والحفاظ على سلامة التفريغ الدقيقة التي يتطلبها مختبرك. اتصل بنا اليوم (#ContactForm) لمناقشة تطبيقك المحدد وضمان موثوقية نظامك!