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Patent Searching and Data


Title:
DETECTING TEST GAS FLUCTUATIONS DURING SNIFFER LEAK SEARCHING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/060072
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for detecting fluctuations in the amount of test gas detected by a sniffer probe (20) of a leak detector (18) in the gas flow from around a test piece (12) pressurized with an oxygen-free test gas containing at least one amount of CO2, characterized in that the amount of oxygen in the ambient air is measured.

Inventors:
WETZIG DANIEL (DE)
GERDAU LUDOLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/072270
Publication Date:
April 13, 2017
Filing Date:
September 20, 2016
Export Citation:
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Assignee:
INFICON GMBH (DE)
International Classes:
G01M3/20; G01M3/22
Domestic Patent References:
WO2001044775A12001-06-21
Foreign References:
US3888111A1975-06-10
DE102007043382A12009-03-19
DE4415538A11995-11-09
EP0530566A11993-03-10
Attorney, Agent or Firm:
DOMPATENT VON KREISLER SELTING WERNER - PARTNERSCHAFT VON PATENTANWÄLTEN UND RECHTSANWÄLTEN MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Erfassung von Schwankungen des Prüfgasanteils in dem mit einer Schnüffelsonde (20) eines Leckdetektors (18) erfassten Gasstrom aus der Umgebung eines mit sauerstofffreien und mindestens einen C02-Anteil aufweisenden Prüfgas druckbeaufschlagten Prüflings (12), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sauerstoffanteil der Umgebungsluft gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem gemessenen Sauerstoffanteil auf den C02-Anteil der Umgebungsluft geschlossen wird, der nicht aus einer Leckage des Prüflings (12) resultiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung bei atmosphärischem Druck der Umgebungsatmosphäre (14) des Prüflings (12) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Sauerstoffanteils in dem Gasstrom der Schnüffelsonde (20) oder in dem Abgasstrom einer mit der Schnüffelsonde (20) verbundenen gasfördernden Pumpe (22) des Leckdetektors (18) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset c2 (t) des im angesaugten Gasstroms enthaltene Prüfgasanteil, der nicht aus einem Leck (16) des Prüflings (12) stammt, aus der Beziehung w b AI( ermittelt wird, wobei c0 der konstante Offset an C02 in der angesaugten Luft,

Ci (t) der zeitabhängige Offset-Anteil an C02 in der angesaugten Luft, a der Verhältnisfaktor zwischen der gemessenen Sauerstoffkonzentration und der vorhandenen C02-Offset-Konzentration, b der Empfindlichkeitsfaktor für den Sauerstoffanteil der Sauerstoffsonde und

ΔΙ(ί) die Änderung des Messsignals der Sauerstoffsonde sind.

Vorrichtung zur Schnüffellecksuche, mit einer Schnüffelsonde (20) eines Leckdetektors (18), wobei die Schnüffelsonde (20) mit einer gasfördernden Pumpe (22) zum Ansaugen und Messen des Gases, das aus einem mit einem Prüfgas gegenüber der umgebenden Atmosphäre (14) druckbeaufschlagten Prüfling (12) in die den Prüfling ( 12) umgebende Atmosphäre ausströmt, wobei das Prüfgas (12) sauerstofffrei ist und mindestens einen C02-Anteil aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Sauerstoffsensor (28) zur Messung des Sauerstoffanteils in dem von der Schnüffelsonde (20) angesaugten Gasstrom vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor eine Lambda-Sonde ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor ein den Partialdruck von Sauerstoff erfassender Sensor, insbesondere ein Massenspektrometer, ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor stromaufwärts der Pumpe (22) zur Messung des die Schnüffelsonde (20) durchströmenden Gasstromes oder stromabwärts der Pumpe (22) zur Messung des Abgasstromes der gasfördernden Pumpe (22) angeordnet und ausgebildet ist.

Description:
Erfassung von Prüfqasschwankunqen bei der Schnüffellecksuche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und Kompensation der Schwankungen von Prüfgas in dem mit einer Schnüffelsonde eines Leckdetektors angesaugten Gasstrom aus der Umgebungsatmosphäre eines mit C0 2 als Prüfgas druckbeaufschlagten Prüflings.

Die Schnüffellecksuche ist ein etabliertes Verfahren, insbesondere zur Lokalisierung von Leckagen. Hierzu wird ein auf Dichtheit zu prüfender Hohlkörper (Prüfling) mit einem Prüfgas mit Überdruck beaufschlagt. Mit einer Schnüffelsonde wird aus der an den zu prüfenden Stellen des Prüfobjektes Luft eingesogen. Tritt an der geprüften Stelle Leckagegas aus dem Prüfling aus, so wird dieses mit dem Luftstrom eingesogen und erzeugt eine Erhöhung der Prüfgaskonzentration in dem eingesogenen Luftstrom. Diese Erhöhung der Konzentration wird als Maß für die Leckagerate ausgewertet. Hierzu wird der Partialdruck des Prüfgases mit einem geeigneten Prüfgasdetektor gemessen. Dieser Detektor befindet sich an geeigneter Stelle in dem Prüfsystem.

Der Detektor kann direkt an der Schnüffelspitze der Schnüffelsonde positioniert sein, oder im Handgriff oder auch im Hauptgerät des Leckdetektors vor oder hinter der gasfördernden Einheit (Pumpe, Kompressor) angeordnet sein. Die gasfördernde Einheit erzeugt den von der Schnüffelsonde angesaugten Gasstrom.

Bei konstanter Konzentration des Prüfgases in der Prüfumgebung gilt für die Gesamt-Konzentration im Schnüffelgasstrom an der Leckage-Stelle:

Qieckage Prüfgasleckrate

Q Schnüffelgasstrom

c 0 konstanter Offset an Prüfgas in der Luft

c effektive C0 2 -Konzentration im Schnüffelgasstrom c 0 ist also die Anfangskonzentration des Prüfgases im angesaugten Gasstrom (Trägergasstrom), c ist die Prüfgaskonzentration, die den aus einem Leck heraustretenden Prüfgasanteil enthält. Q Leckage ' ^t die Austrittsrate des Prüfgases am Leck. Q FL kann auch als Trägergasfluss bezeichnet werden.

Die Schnüffellecksuche bei Verwendung des Prüfgases C0 2 wird stark durch die C0 2 -Schwankungen der Umgebungskonzentration negativ beeinflusst. Die C0 2 Konzentration von "Frischluft" beträgt etwa 400ppm. Jedoch wird diese Konzentration durch verschiedene C0 2 Emittenten erhöht, zum Beispiel Atemgas vom Bediener, Abgaswolken von Verbrennungsmaschinen, etc.

Bei der Verbrennung von Fetten, Proteinen und Kohlehydraten im Körper des Bedieners wird Sauerstoff verbraucht, zum Beispiel lautet die chemische Reaktionsgleichung für die Oxidation von Glukose (Zucker) : C 6 Hi 2 0 6 + 6 0 2 ^ 6 C0 2 + 6 H 2 0 + Energie.

Diese Instabilität der Umgebungskonzentration limitiert die kleinste nachweisbare Leckrate wesentlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwankungen von Prüfgas in dem mit einer Schnüffelsonde eines Leckdetektors angesaugten Gasstrom zu erfassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 6.

Als Prüfgas wird ein möglichst sauerstofffreies Gas eingesetzt, das zumindest einen Anteil an C0 2 aufweist. Neben C0 2 kann das Prüfgas auch weitere sauerstofffreie Anteile aufweisen. Insbesondere kann es sich bei dem Prüfgas um C0 2 handeln. Entscheidend ist, dass ein Sauerstoffanteil in dem mit Prüfgas befüllten Prüfling vernachlässigbar oder nicht vorhanden ist.

Die Erfindung basiert somit auf dem Grundgedanken, den Sauerstoffanteil in der den Prüfling umgebenden Atmosphäre und möglichst in dem von der Schnüffelsonde angesaugten Gasstrom zu erfassen. Dieser Sa uerstof fanteil soll als Hinweis auf denjenigen C0 2 -Anteil im angesaugten Gasstrom dienen, der nicht aus einem Leck des Prüflings resultiert. Hierzu kann näherungsweise angenommen werden, dass eine Abnahme der Sauerstoffkonzentration in der umgebenden Atmosphäre proportional zu einer entsprechenden Zunahme der C0 2 -Konzentration ist. Die Messung kann mit einem Massenspektrometer oder einem anderen den Prüfgaspartialdruck messenden Sensor erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Messung des Sauerstoffanteils mit Hilfe einer Lambda-Sonde und möglichst bei atmosphärischem Druck.

Im Atemgas der den Leckdetektor bedienenden Person ist die Sauerstoffkonzentration gegenüber der umgebenden Atmosphäre reduziert und der C0 2 -Anteil erhöht. Wenn das Atemgas der bedienenden Person von der Schnüffelsonde eingesogen wird, erhöht sich der C0 2 -Anteil in dem angesogenen Gasstrom, was zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen würde, wenn der Prüfling mit C0 2 als Prüfgas druckbeaufschlagt wird. Die C0 2 -Sonde des Leckdetektors kann nicht beurteilen, ob ein C0 2 -Anteil aus einem Leck des Prüflings oder aus der umgebenden Atmosphäre, beispielsweise durch Atemgas des Bedieners, resultiert. Dieser die Messung verfälschende C0 2 -Anteil in der umgebenden Atmosphäre, der nicht aus einem Leck des Prüflings resultiert, wird im Folgenden als Offset bezeichnet. Dieser Offset kann auch beispielsweise aus dem Abgas von Verbrennungsmaschinen resultieren.

Mit Hilfe der Sauerstoffsonde wird der 0 2 -AnteiI in der umgebenden Atmosphäre bzw. in dem von der Schnüffelsonde angesaugten Gasstrom ermittelt. Dieser Sauerstoffanteil kann nicht aus einem Leck des Prüflings entstammen, wenn der Prüfling mit Sauerstoff freiem Prüfgas, zum Beispiel ausschließlich mit C0 2 als Prüfgas, gefüllt ist. Somit kann aus dem gemessenen Sauerstoffanteil auf den Offset-C0 2 -Anteil geschlossen werden.

Dieser Offset c 2 (t) setzt sich zusammen aus einem konstanten Offset c 0 in der angesaugten Luft und aus einem zeitabhängig schwankenden Offset Ci (t) an Prüfgas in der angesaugten Luft. Die Berechnung des Offsets c 2 (t) kann folgendermaßen erfolgen :

O L,eck ,age Prüfgasleckrate Q FL Schnüffelgasstrom

Qheckage QFL

Co; Ci; c 2 < 1

c effektive C0 2 -Konzentration im Schnüffelgasstrom

c 0 konstanter Offset an Prüfgas in der Luft

c x (t) zeitabhängiger Offset an Prüfgas in der Luft

c 2 (t) = c 0 + Ci (t) gesamter Offset an Prüfgas in Luft

a Verhältnisfaktor zwischen 0 2 -Konzentration und C0 2 -Konzentration b Empfindlichkeitsfaktor für 0 2 der Lambda-Sonde

Δ I Signal der Lambda-Sonde

Δ Änderung der 0 2 -Konzentration

1

Δ d (t) = a -

A c

Δ c = b - A l c - c 2 {t)

QL eckage FL l- c 2 (t)

a 1

mit c 2 ( t ) = c 0 +

b AI{t)

Im Folgenden wird anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei dem Prüfling 12 kann es sich beispielsweise um eine Lebensmittelverpackung handeln. Der Prüfling 12 wird gegenüber der umgebenden Atmosphäre 14 mit Überdruck druckbeaufschlagt und sauerstofffrei mit Prüfgas mindestens des Typs C0 2 gefüllt. Durch ein Leck 16 strömt das Prüfgas aufgrund des Überdrucks gegenüber der umgebenden Atmosphäre 14 aus. Der Leckdetektor 18 arbeitet nach dem Prinzip der Schnüffellecksuche und weist hierzu eine Schnüffelsonde 20 auf, die mit einer Pumpe 22 oder einem Kompressor 22 verbunden ist. Die Pumpe 22 bzw. der Kompressor 22 erzeugen einen Gasstrom, der durch den Einlass 24 der Schnüffelsonde 20 angesaugt wird. Der Leckdetektor 18 weist ferner einen auf C0 2 ansprechenden Partialdrucksensor 26 in Form eines Massenspektrometers auf, der den C0 2 -Prüfgasanteil in dem von der Schnüffelsonde 20 angesaugten Gasstrom ermittelt. Wenn die Schnüffelsonde 20 entlang der Außenfläche des Prüflings 12 in Richtung des Lecks 16 bewegt wird, steigt der Prüfgasanteil in dem angesaugten Gasstrom, was mit Hilfe des Partialdrucksensors 26 erfasst werden kann.

Der C0 2 -Anteil in dem angesaugten Gasstrom kann jedoch auch aus anderen Gründen ansteigen, beispielsweise wenn das Atemgas der die Schnüffelsonde 20 führenden Person von der Schnüffelsonde angesaugt wird oder sich die Schnüffelsonde 20 in der Nähe des Abgasstroms eines Verbrennungsmotors befindet. In diesem Fall erfasst der Partialdrucksensor 26 einen ansteigenden C0 2 -Anteil. Um zu verhindern, dass dies fälschlicherweise als Hinweis auf ein Leck 16 des Prüflings 12 gedeutet wird, ist erfindungsgemäß ein Sauerstoffsensor 28 vorgesehen, der den 0 2 -Anteil in dem angesaugten Luftstrom misst.

Bei dem Sauerstoffsensor 28 kann es sich um einen den Partialdruck von Sauerstoff erfassenden Sensor, zum Beispiel ein assenspektrometer, oder auch zum Beispiel um eine herkömmliche Lambda-Sonde handeln.

Der Sauerstoffsensor 28 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Gasstrom zwischen der Schnüffelsonde 20 und der Pumpe 22 angeordnet. Alternativ kann der Sauerstoffsensor direkt in dem Handgriff 20 vorgesehen sein oder am Auslass der Pumpe 22 deren Abgasstrom messen. Der gemessene Sauerstoffanteil wird herangezogen, um denjenigen C0 2 -Anteil in dem angesaugten Gasstrom zu erfassen, der nicht aus einem Leck 16 des Prüflings 12 stammt, sondern aus einer Verbrennung von Sauerstoff resultiert.