헬륨 101: 미량을 최대한 활용하기

표 1: 지구 대기의 구성

표 3: 가장 일반적인 미량 가스 테스트 방법

표 2: 가장 일반적인 누출 감지기

그림 4: 사각지대를 매핑하기 위한 축적 챔버 부품의 공기 흐름 CFD 분석

그림 3: 축적 누출 테스트 시스템

(왼쪽) 그림 5: 운반 가스 테스트 시스템

(오른쪽) 그림 6: 질소 퍼지 기술

헬륨 누출 테스트는 미량 가스 기반 누출 테스트 방법 중 가장 오래되고 가장 발전된 구성원 중 하나입니다. 제목에 "헬륨"이라는 단어가 포함되어 있지만 이 기사는 일반적인 미량 가스 분석법에 대한 개요를 제공하기 위한 것입니다.

미량 가스 방법은 누출을 직접 측정합니다. 즉, 테스트 중인 부품에서 빠져나가는 물질의 양을 결정하는 것을 목표로 합니다. 이는 누출의 영향을 측정하는 다른 비미량 가스 기반 방법(압력 감쇠 누출 테스트의 경우)과 대조됩니다. 이로 인해 이러한 방법은 일반적으로 매우 작은 누출을 측정할 수 있으며 부품 부피가 테스트 신뢰성에 직접적인 영향을 미치지 않기 때문에 크거나 복잡한 부품을 테스트하는 데 사용할 수 있습니다.

헬륨은 수년 동안 가장 많이 선택되는 미량 가스였습니다. 최근 수십 년 동안 가끔씩 발생하는 부족과 가격 상승으로 인해 누출 테스트 업계는 수소/질소 혼합, SF6 및 다양한 냉매와 같은 대안을 찾게 되었습니다.

이상적인 미량 가스는 다음과 같아야 합니다.

마지막 두 개를 제외하고 이 목록에서 헬륨은 일치하는 항목이 없습니다. 대기 중 5ppm 존재, 불활성 특성 및 매우 작은 원자 크기로 인해 미량 가스로 사용하기에 이상적입니다.

먼저 누출 테스트 시스템이 어떻게 구성되는지 살펴봄으로써 일반적으로 사용되는 미량 가스 기반 테스트 방법을 검토해 보겠습니다.

미량 가스 누출 테스터에는 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다.

누출 테스트의 정확성은 부품 내부의 미량 가스의 농도와 균질성에 크게 좌우됩니다. 가장 일반적인 문제는 부품이 누출 테스트 스테이션에 들어갈 때 일반적으로 공기가 포함되어 있다는 사실입니다. 부품이 진공을 처리할 수 있는 경우 전용 진공 소스(진공 펌프, 공기 구동 진공 발생기 등)를 사용하여 이 잔류 공기를 배출하는 것이 높은 미량 가스 농도를 보장하는 가장 좋은 방법입니다. 이것이 가능하지 않은 경우, 다른 옵션은 미량 가스가 부품을 통해 흐르도록 하는 것입니다(충전 포트에서 가장 먼 지점에서 나가는 것이 바람직함). 후자의 방법은 미량 가스 소비를 심각하게 증가시킬 수 있으며 일반적으로 최후의 수단으로 선택됩니다.

일반적인 충전 순서는 다음과 같이 구성됩니다.

특히 배기 단계에서 가스 관리는 매우 중요합니다. 누출 감지 시스템에서 고농도의 미량 가스를 멀리하는 것이 테스트 결과의 반복성을 보장하는 가장 좋은 방법입니다.

충전 시스템은 테스트 라인을 통해 테스트 부품에 수동으로 연결된 매니폴드의 몇 가지 수동 밸브부터 완전 자동화된 밸브 제어 및 부품 연결 툴링까지 다양합니다.

견고하고 안정적인 툴링 설계는 특히 부품 연결의 경우 매우 중요합니다. 부품 누출에 누출이 추가되어 매우 쉽게 거짓 거부가 발생할 수 있기 때문입니다.

이러한 시스템의 가장 중요한 구성 요소는 누출 감지기입니다. 다양한 선택이 있습니다. 올바른 것을 선택하려면 테스트 요구 사항과 비용을 신중하게 고려해야 합니다. 가장 일반적으로 사용되는 검출기 유형 중 일부가 표 2에 요약되어 있습니다.

누출 감지기의 감도에 따라 감지할 수 있는 누출률 범위가 결정됩니다. 테스트 방법에 따라 누출 감지기의 전체 범위가 테스트 시스템의 감지 범위와 동일하지 않을 수 있습니다. 대부분의 감지 시스템에서 누출 감지기는 하위 샘플링 가스이며 일부 추적 가스 신호가 손실됩니다. 일반적인 예로는 헬륨 질량 분석기가 진공 챔버로 들어가는 헬륨의 일부만 감지하는 하드 진공 누출 테스트 시스템이 있습니다.

연료 탱크 테스터와 같은 더 큰 진공 챔버를 예로 들어 보겠습니다. 진공 챔버로의 10-5 std.cm3/sec 누출 중에서 챔버 배출 펌프를 통한 신호 손실로 인해 10-7 std.cm3/sec만이 질량 분석기에 도달합니다.