Время отклика течеискателя и деление потока гелия

Сравните четыре схемы подключения течеискателя: время достижения 95 % сигнала, деление потока и чувствительность контроля большого вакуумного объёма.

LeakLab · расчётная подготовка испытаний

Быстрая откачка сокращает ожидание сигнала, но параллельный насос может отбирать большую часть гелия. Этот калькулятор помогает сравнить скорость реакции и величину сигнала при подключении к камере или форвакуумной линии.

Время отклика течеискателя и деление потока гелия — иллюстрация оборудования — Иллюстрация оборудования для задачи расчёта. Расчётная схема и условия модели приведены ниже.

Физический смысл постоянной времени

Постоянная τ характеризует обмен газа в хорошо перемешанном объёме при фиксированной эффективной быстроте. После ступенчатого поступления гелия сигнал достигает примерно 63 % плато за одну τ и 95 % примерно за три τ. Это время начинается с поступления гелия в расчётный объём. Перенос от удалённого дефекта, фильтрация электронного сигнала и внутренние объёмы прибора могут увеличить реальную задержку.

Математическая модель

τ = \frac{V}{S_{эфф}}

t_{95} = - \ln (0,05) \cdot τ \approx 3 τ

Q_{сиг} (t) = Q_{сиг,∞} (1 - e^{- \frac{t}{τ}})

В формулах времени V и S выражают в согласованных единицах: м³ и м³/с либо л и л/с. Калькулятор переводит вводимые м³ и л/с автоматически; время получается в секундах.

Калькулятор и визуализация

Измените исходные данные: результат и схема пересчитываются автоматически. Допускаются десятичная запятая и запись вида 1e-7. Кнопка «Вернуть пример» восстанавливает учебные значения.

Объём камеры, м³Быстрота течеискателя по гелию, л/сБыстрота высоковакуумной откачки, л/сБыстрота форвакуумной откачки, л/сПоток воздушной течи, Па·м³/с

Подключение	Время 95 %	Доля потока	Поток гелия в прибор

Схема для графика

Каждая кривая нормирована на собственный установившийся сигнал. Его абсолютная величина приведена в таблице.

Пример, допущения и область применимости

После поступления гелия сигнал нарастает постепенно. Для хорошо перемешанного объёма при постоянной эффективной быстроте и ступенчатом поступлении газа:

V и S должны быть выражены в согласованных единицах. Время t₉₅ отсчитывают после поступления газа в расчётный объём. Транспортная задержка длинной линии и обработка сигнала прибором могут увеличить фактическое время контроля.

Течеискатель подключают в одну из двух позиций. В позиции 1 он непосредственно откачивает камеру; при открытом А высоковакуумный насос забирает часть потока. В позиции 2 прибор получает газ после высоковакуумного насоса; при открытом Б поток делится с форвакуумным насосом.

Для молекулярной течи при одинаковых перепаде давления, температуре и геометрии замена воздуха чистым гелием даёт Q_He/Q_возд ≈ √(28,97/4,0026) ≈ 2,69. Калькулятор использует именно это допущение. Для вязкого течения, смеси с неизвестной долей гелия и переходного режима такой пересчёт неприменим.

Разбор примера. Для камеры 5 м³ прибор с быстротой 1 л/с в одиночку достигает 95 % примерно за 4,16 часа. Параллельная откачка 1000 л/с сокращает время примерно до 15 с, но в прибор поступает лишь 1/1001 потока. На форвакуумной линии при разделении между 1 и 10 л/с прибор получает 1/11 потока.

Расчёт для позиции 2 предполагает, что высоковакуумный насос сохраняет заданную быстроту по гелию, весь прошедший поток поступает в форвакуумный узел, а задержкой и объёмом этого узла можно пренебречь. Это упрощённая оценка; реальная степень сжатия, допустимое форвакуумное давление и проводимость линий требуют отдельной проверки.

Закрытие Б допустимо только если течеискатель способен обеспечить требуемое форвакуумное давление и принять всю газовую нагрузку. Таблица сравнивает модели, а не задаёт безопасную последовательность переключения клапанов. Коэффициент деления и фактический отклик проверяют контрольной течью, установленной на объекте.

Как учесть длинную линию подключения

При молекулярном течении последовательная проводимость C уменьшает быстроту у объекта: 1/S_эфф = 1/S_нас + 1/C. Например, насос 100 л/с через линию с проводимостью 10 л/с обеспечивает только 9,09 л/с. В формулы времени отклика подставляют эту эффективную величину. Для разветвлённой системы одной постоянной времени часто недостаточно: сигнал от удалённой полости проверяют экспериментально.

Почему короткая выдержка опасна

Если завершить подачу гелия до формирования достаточного сигнала, крупный объём или длинная линия могут создать ложное впечатление герметичности. Увеличение вспомогательной откачки ускоряет обмен, но уменьшает долю газа, попадающего в течеискатель. При выборе схемы сопоставляют расчётный сигнал с подтверждённым пределом обнаружения всего тракта, а не только с паспортной чувствительностью прибора.

Проверка выбранной конфигурации

Отклик проверяют внешней контрольной течью в характерной точке объекта, по возможности наиболее удалённой от откачного поста. Фиксируют время нарастания, фон, амплитуду и восстановление после прекращения подачи. Перестановка клапанов или изменение быстроты делает прежний коэффициент деления неприменимым без повторной проверки. Представленные варианты являются моделями газового баланса, а не инструкцией безопасного переключения насосов.

Фиксация расчёта. Сохраните исходные параметры, единицы, газ, температурные условия и конфигурацию испытаний. Число отображаемых разрядов не характеризует неопределённость измерения. Расчёт используют в пределах описанной модели совместно с методикой контроля.

Другие задачи контроля герметичности

Общее руководство по расчёту течей

Назад к списку