🕵️♂️ نشتیابی (Leak Detection) در سیستمهای خلأ و روش نشتیاب هلیومی
💡 بیشتر قطعاتی که در سیستمهای خلأ استفاده میشوند باید از نظر آببند بودن در برابر ورود هوا بررسی شوند. به این فرآیند نشتیابی گفته میشود. در نشتیابی ممکن است هدف اندازهگیری نرخ نشتی یک قطعه باشد یا تعیین محل نشتی اهمیت داشته باشد.
🧩 چه قطعاتی باید قبل از استفاده نشتیابی شوند؟
- کلیه محفظههای خلأ
- انواع شیرهای خلأ
- تمام اتصالات خلأ (لولهها، چندراهیها، تبدیلها و ...)
- رابطهای خلأ
- فشارسنجهای خلأ
- و بسیاری از تجهیزات دیگر
📉 نرخ نشتی و نشتی واقعی یعنی چه؟
در یک محفظه ایدهآل با نشتی صفر، فشار خلأ برای همیشه بدون تغییر باقی میماند؛ اما در عمل، همه محفظهها همواره مقداری نرخ نشتی دارند. منظور از نرخ نشتی، مقدار گاز (در واحد PV) است که در واحد زمان وارد سیستم خلأ میشود. به این نشتی، نشتی واقعی گفته میشود.
🧾 واحد اندازهگیری نشتی همان واحد دبی حجمی است: حاصلضرب فشار × حجم تقسیم بر زمان. در بعضی کاربردها، از میزان افزایش فشار در واحد زمان هم برای نشان دادن نشتی استفاده میشود.
🎯 نشتی مجاز (Leak Rate Limit) چگونه تعیین میشود؟
نرخ نشتی قابلقبول برای سیستمهای خلأ ثابت نیست و بسته به کاربرد سیستم، فشار نهایی و سایر مشخصات تعیین میشود. به حداکثر نرخ نشتی قابلقبول برای یک سیستم، نشتی مجاز آن سیستم گفته میشود.
🧪 مثال: در سیستم خلأیی که نسبت به نفوذ گازهایی مانند اکسیژن حساس است، نرخ نشتی باید کمتر از ۰.۰۰۰۰۰۱ میلیبار لیتر بر ثانیه باشد.
⚠️ چرا فقط «رسیدن به فشار» کافی نیست؟
گاهی تنها رسیدن به یک فشار مشخص معیار عملکرد سیستم قرار میگیرد؛ اما باید توجه داشت که حتی با وجود پمپهای قوی هم ممکن است به فشار موردنظر برسید، در حالیکه همچنان نرخ مشخصی از هوا وارد سیستم میشود و میتواند روی نتایج فرآیندهای تحت خلأ اثر بگذارد. برای مثال ممکن است عملیات حرارتی تحت خلأ در فشار مناسبی انجام شود، اما به دلیل ورود هوا از محل نشتی، مقداری اکسیدشدگی ایجاد شود که مطلوب نیست.
🧰 انواع روشهای نشتیابی
🎛️ مهمترین و دقیقترین روش اندازهگیری نرخ نشتی، استفاده از نشتیاب طیفسنج جرمی (نشتیاب هلیومی) است.
نشتیاب هلیومی در واقع یک طیفسنج جرمی است که برای گاز هلیوم تنظیم شده است. در طیفسنج جرمی با باردار کردن ذرات و تغییر مسیر آنها در میدان مغناطیسی، بر اساس وزن، ذرات مختلف شناسایی میشوند.
🧱 اجزای اصلی یک نشتیاب هلیومی
- پمپهای خلأ: 🧯 پمپ پشتیبان: روتاری یا پمپ خشک 🌀 پمپ خلأ بالا: توربو (در مدلهای قدیمی دیفیوژن)
- شیرها: شیر هوادهی، شیر سوزنی، شیر اتصال به محفظه، شیر کالیبراسیون نشتی
- طیفسنج جرمی حساس به گاز هلیوم
- مخزن گاز هلیوم و رگولاتور مناسب
- تفنگ پاشش یا مکش هلیوم
- نمایشگر و صفحه کنترل
- رابطها و اتصالات
روش عملکرد اجزای نشتیاب هلیومی بسته به نوع نشتیابی (کمفشار یا پرفشار) و محدوده دقت متفاوت است؛ اما به طور کلی سیستم پمپاژ، هلیوم را به داخل نشتیاب کشیده و طیفسنج آن را ردیابی میکند.
🎯 تعیین محل نشتی با استفاده از پاشنده هلیوم
در این روش، قطعه مورد آزمایش (مثلاً محفظه خلأ) به نشتیاب متصل میشود و هوا توسط نشتیاب (یا با کمک پمپ کمکی و نشتیاب) تخلیه میگردد. پس از رسیدن به فشار مناسب، نشتیاب یک عدد به عنوان نرخ نشتی نشان میدهد. این عدد پس از ثابت شدن، مقدار هلیوم زمینه را نشان میدهد. سپس پاشنده هلیوم را نزدیک نقاط مشکوک گرفته و هلیوم را به آن نقاط میپاشیم؛ در صورت وجود نشتی، عدد نرخ نشتی افزایش مییابد.
🧮 تعیین میزان نشتی کل محفظه
⬇️ روش کمفشار
محفظه مورد تست در حالی که داخل یک محفظه هلیوم قرار گرفته است به نشتیاب متصل میشود و داخل آن تخلیه میگردد. عدد نشتی به دست آمده، بیانگر نشتی کل سیستم است.
⬆️ روش پرفشار
محفظه مورد آزمایش با هلیوم پر میشود و سپس داخل یک محفظه خلأ قرار میگیرد که به سیستم نشتیاب متصل است. عدد نشتی به دست آمده در این حالت نیز بیانگر نشتی کل سیستم است.
🎚️ Total Flow و Counter Flow (تفاوت مدلهای قدیمی و جدید)
دقت اندازهگیری در نشتیابها به نوع نشتیاب و روش نشتیابی وابسته است. در مدلهای قدیمی، پمپ خلأ بالا و طیفسنج به طور مستقیم به محیط خلأ متصل بودند و برای نشتیابی باید فشار محفظه تا فشار مناسب طیفسنج پایین میآمد (روش Total Flow).
🧠 در نشتیابهای امروزی از روش Counter Flow استفاده میشود. در این روش پمپ پشتیبان داخلی، علاوه بر تخلیه محفظه، پشت پمپ خلأ بالا را نیز تخلیه میکند و پمپ خلأ بالا فقط طیفسنج جرمی را تخلیه مینماید. این روش معمولاً دقت بالاتر دارد و امکان نشتیابی در فشار بالاتر نسبت به Total Flow را فراهم میکند.
✅ نکات مهم در نشتیابی با نشتیاب هلیومی
- نشتیابی هلیومی بسیار دقیق است؛ اما برای نتایج خوب، تجربه و مهارت کاربر اهمیت زیادی دارد.
- آشنایی با اصول خلأ و طریقه عملکرد اجزای سیستم برای رسیدن به نتایج دقیق ضروری است.
- نشتیابهای هلیومی به دلیل طیفسنج جرمی و پمپ توربو نسبت به تمیزی حساس هستند؛ قبل از شروع، محفظه و اتصالات از نظر تمیزی بررسی شوند.
- قبل از شروع، از بسته بودن صحیح همه اتصالات، پیچها و رابطها مطمئن شوید.
- پمپهای نشتیاب معمولاً سرعت تخلیه پایینی دارند؛ برای محفظههای بزرگ از پمپ کمکی استفاده کنید.
- هنگام روشن بودن سیستم نشتیاب، از تکان دادن آن خودداری کنید؛ پمپ توربو به حرکت حساس است.
- برای پیدا کردن راحتتر نشتی، در روش پاشش هلیوم از نقاط بالاتر شروع کنید و در روش مکندهها از نقاط پایینتر.
- استفاده از خمیرها و چسبهای مخصوص نشتیابی میتواند در پیدا کردن محل دقیق نشتی مؤثر باشد.
- تهویه مناسب محل نشتیابی مهم است؛ تهویه خیلی شدید نیز میتواند هلیوم را سریع پخش کرده و دقت را کم کند.
- مقدار هلیوم پاشیده شده باید متمرکز و کنترلشده باشد تا هم دقت بالا رود و هم مصرف هلیوم کمتر شود.
- در روشهای مکنده هلیوم، برای کاهش هزینهها میتوان از هلیوم با خلوص پایینتر استفاده کرد.
- اگر از پمپهای سیستم به عنوان پمپ کمکی استفاده میشود، بهتر است نشتیاب پشت پمپهای خلأ بالا (توربو/دیفیوژن) نصب شود؛ در ترکیب روتاری و روتس، میتوان نشتیاب را بین روتاری و روتس متصل نمود.
- در روشهای پرفشار، فشار هلیوم نباید از محدوده مجاز مخزن فراتر رود.
- نشتیابی را قبل از رنگ کردن محفظهها انجام دهید؛ رنگ، گریس یا روغن ممکن است نشتیهای ریز را موقتاً پر کند.
- رابطهای مکانیکی و تجهیزات متحرک آببند (مثل شیرها) را هم به صورت استاتیک (سکون) و هم داینامیک (حین حرکت) نشتیابی کنید.
📞 اگر برای طراحی، نصب یا انجام نشتیابی نیاز به راهنمایی دارید، پیشنهاد میشود با متخصصین صنایع وکیوم سبلان از بخش تماس با ما مشورت کنید تا از اتلاف زمان و هزینه جلوگیری شود.