Wie hoch ist die Nachweisgrenze von Lecksuchern mit Massenspektrometern
Nachweisgrenze, Hintergrund, Gasspeicherung im Öl (Gasballast), gleitende Nullpunktunterdrückung
Die kleinste nachweisbare Leckrate ist durch den natürlichen Hintergrund des nachzuweisenden Gases gegeben.
Selbst wenn der Einlass am Lecksucher geschlossen ist, tritt das Prüfgas in das Massenspektrometer ein und wird dort erkannt, wenn die elektronischen Mittel dafür ausreichen.
Das im Massenspektrometer erzeugte Hintergrundsignal bestimmt die Nachweisgrenze des Lecksuchers.
Das Hochvakuumsystem, das zur Evakuierung des Massenspektrometers verwendet wird, besteht normalerweise aus einer Turbomolekularpumpe und einer ölgedichteten Drehschieberpumpe. Wie jede Flüssigkeit hat das Dichtungsöl in der Drehschieberpumpe die Fähigkeit, Gase zu lösen, bis ein Gleichgewicht zwischen dem im Öl gelösten Gas und dem Gas außerhalb des Öls erreicht ist.
Wenn die Pumpe aufgewärmt ist, stellt dieser Gleichgewichtszustand die Nachweisgrenze für den Lecksucher dar.
Prüfgas kann jedoch nicht nur durch den Einlass in den Lecksucher gelangen. Bei unsachgemäßer Installation oder ungeschickter Handhabung des Prüfgases kann dieses durch das Belüftungs- oder Gasballastventil in das Innere des Lecksuchers gelangen.
Dies führt zwangsläufig zu einer höheren Prüfgaskonzentration im Öl und in den Elastomerdichtungen und damit zu einem erhöhten Hintergrundsignal.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass je mehr Prüfgase im Öl vorhanden sind, desto höher wird auch das Hintergrundsignal des Lecksuchers sein.
Bei der heutzutage üblichen Installation des Lecksuchers (siehe Abb. 7 unten) sind Gasballastventil und Belüftungsventil an Frischluft angeschlossen. Der Auslass des Lecksuchers sollte, wenn möglich, aus dem Raum, wo die Dichtheitsprüfung stattfindet, herausgeführt werden. Ein erhöhtes Hintergrundsignal kann
durch Öffnen des Gasballastventils und Einleiten von prüfgasfreiem Gas (z. B. Frischluft) wieder abgesenkt werden. Das Helium im Öl wird dann sozusagen herausgespült. Da der Effekt immer nur den Teil des Öls betrifft, der sich im Pumpenkörper befindet, muss der Spülvorgang so lange fortgesetzt werden, bis die gesamte Ölzufuhr der Pumpe mehrmals umgewälzt wurde. Dies dauert in der Regel 20 bis 30 Minuten.
Abb. 7: Vakuumdiagramm eines Gegenstrom-Lecksuchers
Bei sogenannten „trockenen Lecksuchern“, bei denen es sich um Lecksucher ohne ölgedichtete Vakuumpumpen handelt, besteht kein Problem der Gasspeicherung im Öl. Die Lecksucher müssen jedoch weiterhin mit prüfgasfreiem Gas gespült werden, da sich im Laufe der Zeit auch in diesen Geräten Prüfgas ansammelt.
Um dem Benutzer das laufende Beobachten des Hintergrundwerts abzunehmen, wurde in die Bedienungsautomatik aller Leybold Lecksucher die sogenannte gleitende Nullpunktunterdrückung integriert. Dabei
wird der nach dem Schließen des Einlassventils gemessene Hintergrundwert gespeichert und nach dem Öffnen des Ventils automatisch von den nachfolgenden Messungen abgezogen. Erst bei einem relativ hohen Schwellenwert zeigt das Displayfeld eine entsprechende Warnung an.
Unabhängig von der gleitenden Nullpunktunterdrückung bieten Leybold Lecksucher die Möglichkeit einer manuellen Nullpunktverschiebung. Dabei wird die Anzeige des Lecksuchers zu einem bestimmten Zeitpunkt „auf Null zurückgesetzt“, sodass nur noch Anstiege der Leckrate ab diesem Zeitpunkt angezeigt werden. Das dient nur dazu, die Auswertung einer Anzeige zu erleichtern, kann aber natürlich keinerlei Einfluss auf deren Genauigkeit haben.
Abb. 8: Beispiel für die Nullpunktunterdrückung
Die obige Abbildung veranschaulicht die Nullpunktunterdrückung:
- Diagramm links: Das Signal ist deutlich größer als der Hintergrund.
- Diagramm Mitte: Der Hintergrund ist deutlich angestiegen, und das Signal ist nur schwer zu erkennen.
- Diagramm rechts: Der Hintergrund wird elektronisch unterdrückt; das Signal kann wieder eindeutig identifiziert werden.
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