Který značkovací plyn vykazuje nejvyšší citlivost detekce v čichacím testu? Srovnání značkovacích plynů HELIUM vs. VODÍK
Zdůvodnění: Pro detektory, které se používají pro detekci značkovacích plynů v testech netěsností, kdy plyny nejsou zcela vyčerpány, je limit detekce určen koncentrací, nebo přesněji úrovní pozadí značkovacího plynu v okolní.
V ideálním případě je to vzduch, který v místě testování vykazuje přirozené koncentrace značkovacího plynu. Pro helium to je 5 ppm (1ppm = 1/1000000 = 0.0001%), pro vodík je tato koncentrace 0.5 ppm. Tento rozdíl nás vede k předpokladu, že by mělo být možno měřit s významně vyšší citlivostí s vodíkem, protože můžeme očekávat signál pozadí desetkrát nižší.
Vzhledem k výbušnosti vodíku, je nezbytné pracovat s tzv.formovacím plynem, který je inertní a nevýbušný. Formovací plyn je směs 95% dusíku s pouze 5% vodíku. Kvůli použití formovacího plynu, na místo čistého vodíku, je citlivost snížena dvacetkrát. To znamená, že by mělo být možné měřit netěsnosti za použití helia s dvakrát vyšší citlivostí než při použití vodíku.
Dalším ovlivňujícím faktorem je viskozita formovacího plynu, která je o 10% nižší než viskozita helia. Proto proudí více formovacího plynu netěsností jisté geometrie než helia.
Na druhou stranu, plyn proudící do heliové čichací sondy je "nasáván" vlivem tzv. pumpovacího efektu (sonda je připojena přímo na turbomolekulární vývěvu, která v ní vytváří podtlak). Proto v závislosti na geometrii objektu, může být analyzováno více značkovacího plynu proudícího ven než by bylo za použití vodíkového čichače. Vodíková čichací sonda obvykle nenasává žádný plyn; nicméně i ta může být vybavena přídavným nasávacím zařízením.
Během testu je stupeň netěsnosti běžně o několik řádů vyšší než je limit detekce detektoru. To znamená, že teoretický faktor 2, který vyplývá z našich pozorování značkovacích plynů (vodík a helium) je v praxi pro test netěsnosti bezvýznamný. Ve skutečnosti, existuje ještě řada dalších faktorů, které ovlivňují výsledky testu více, než teoretické rozdíly mezi značkovacími plyny. Mezi tyto faktory patří:
- netěsné ventily na kontejnerech (bombách) značkovacích plynů
- uniky z regulátorů
- kolísavý vstupní tlak v průběhu vyprazdňování kontejneru
- další zdroje plynu
Základním předpokladem je konstantnost signálu pozadí jako určujícího faktoru limitu detekce. Konstantní pozadí může být eliminováno funkcí „nulování pozadí“ na detektoru netěsností, kterou ještě zvýšíme citlivost přístroje. Tímto způsobem ale zvyšujeme i šum na stejnou míru a to může vést k nenormálnímu zobrazením na displeji.
Proto je hrubým odhadem většinou očekáván detekční limit 10-7mbar.l/s, bez ohledu na to, jestli je využito helium nebo formovací plyn. Nižší hodnoty limitu detekce jsou většinou spíše reklamní triky, než seriózní technická data. S kalibrovanou netěsností v řádu 1.10-7 mbar.l/s, je jednoduché rozeznat fakta a fikci.
Slovník pojmů
Formovací plyn je název pro skupinu plynů složených z dusíku a vodíku, u kterých je bod vzplanutí v porovnání s čistým vodíkem masivně redukován nebo dokonce kompletně eliminován. Formovací plyn je standardně používán ke zpracování kovů za tepla – například při pájení, svařování, mletí, stlačování a žíhání.
Formovací plyn je netoxický a ve směsi obsahující méně než 5,5% vodíku také nehořlavý. Nejsnadněji dostupný formovací plyn má složení 95% dusíku, 5% vodíku.
Čichací test: při čichacím testu je testovaný objekt naplněn značkovacím plynem. Značkovací plyn (například vodík nebo helium) uniká případnými netěsnostmi v objektu a je detekován čichací sondou, buďto manuální nebo pevně zabudovanou. Sonda je připojena k vlastnímu detektoru. Mezi nejčastěji používané typy detektorů patří hmotnostní spektrometry a polovodičové senzory.
Limit detekce: udává limitní hodnotu měřícího systému, do které je systém schopen spolehlivě detekovat a vyhodnocovat měřenou veličinu. Spolehlivost detekčního systému je definována statisticky takzvaným intervalem spolehlivosti. V případech, kdy je měřená hodnota pod detekčním limitem, nazýváme hodnotu nezměřitelnou v daném rozsahu měřícího zařízení.
V praxi to znamená, že uživatel je ten, kdo musí rozhodnout jaký rozdíl nebo kvocient mezi měřenou hodnotou a hodnotou plynu v pozadí je dostatečný, aby obdržel pevně definovaný výsledek – ŠPATNÝ x DOBRÝ kus. V praxi se často užívá faktoru 10 – tedy velikost hledané netěsnosti musí být cca 10 vyšší než je hladina pozadí. Speciální měřící metody využívající funkci nulování pozadí (potlačení pozadí) pomáhají obdržet výsledek ŠPATNÝ x DOBRÝ kus i při horším poměru signál/šum.
Nulování pozadí: tato funkce nastaví na displeji detektoru místo aktuální hodnoty hodnotu nula. Znamená to tedy, že hodnota měřeného pozadí je od měřeného signálu odečtena. Pozadí se tedy již při měření neprojevuje, ať bylo jakékoli.
Nulování pozadí se používá při detekci netěsností zejména v případech, kdy je koncentrace testovacího plynu v okolí velmi vysoká. Tato funkce je tedy použita většinou při měření malých netěsností v relativně vysoké hladině pozadí reprezentované jako nula, což zvýší rozlišení hodnoty na displeji – například při čichacích testech nebo při testech blížících se detekčnímu limitu detektoru.
