Течеискатели галогенные
Галогенный метод контроля герметичности
Галогенный метод возник в период широкого промышленного освоения холодильников с использованием фреонов в качестве хладоагента. Но вскоре метод начал быстро развиваться и применяться в различных отраслях промышленности. В настоящее время он является одним из наиболее распространенных аппаратурных методов течеискания, уступая первенство лишь масс-спектрометрическому. Метод широко применяется в авиации, судо-, приборо- и ракетостроении, энергетике, других отраслях промышленности. Методу отдается предпочтение при контроле герметичности больших объемов или систем с разветвленными коммуникациями, газонаполненных кабелей и трубопроводов, герметизируемых систем, не поддающихся вакуумированию. Особенно эффективно применение галогенного метода при контроле изделий, в которых галогеносодержащие вещества используются в качестве рабочих (аэрозольные упаковки, холодильники, кондиционеры).
Реализуется галогенный метод контроля герметичности на базе галогенных течеискателей. Действие этих приборов основано на свойстве накаленной до 800 ... 900°С платины резко увеличивать эмиссию положительных ионов в присутствии галогеносодержащих веществ. Этот эффект, открытый Райсом в 1910 г., реализуется в двухэлектродной системе, состоящей из коллектора и накаленного эмиттера, между которыми создается электрическое поле. Эффект наблюдается как при атмосферном давлении, так и в вакууме. При разности потенциалов между электродами 200 ... 250 В эмитируемые ионы переносятся на коллектор, образуя электрический ток во внешней цепи, регистрируемый индикатором.
Фоновый и активированный токи при галогенном эффекте обусловлены ионами щелочных металлов, образующимися в результате ионизации на поверхности платины атомов щелочных металлов, диффундирующих из глубины платины или поступающих на ее поверхность в результате испарения из разогретого керамического основания эмиттера. При поступлении к поверхности эмиттера галогенов, последние реагируют с ионами щелочных металлов, и поверхность, в большей или меньшей степени, освобождается от адсорбированных ионов. Работа выхода эмиттера увеличивается, соответственно, увеличивается эффективность ионизации и возрастает ионный ток. Когда поступление галогенов прекращается, поверхность эмиттера снова покрывается слоем щелочных ионов, работа выхода эмиттера снижается и ионный ток уменьшается до фонового значения.
Степень поверхностной ионизации, т.е. отношение ионов N+ к числу нейтральных молекул Nо, покидающих поверхность за 1 с, выражается формулой Ленгмюра - Саха:
N+/ N0 = β ехр [(-еV+ Ф) / kT],
где β - константа, зависящая от рода газа и металла; Ф - работа выхода электрона из металла; е - заряд электрона; V- потенциал ионизации молекул газа; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура эмиттера.
Величина ионного тока:
J=eN+=e N0 βехр [(-еV + Ф) / kT],
Запас щелочных примесей в платине невелик, и стабильность эффекта поддерживается в основном поступлением на поверхность платины нейтральных атомов щелочных металлов с керамического основания, контактирующего с эмиттером.
При поступлении к эмиттеру большего количества галогенов наблюдается явление «отравления» - частичное или полное исчезновение галогенного эффекта, который восстанавливается при работе эмиттера в атмосфере чистого воздуха.
Со времени своего появления галогенные течеискатели постоянно совершенствовались с целью стабилизации фонового сигнала и снижения вероятности отравления эмиттера.
Большое внимание уделяется технологии приготовления керамики и ее составу. В частности, возможно применение керамики на основе β-А12О3, допускающей использование датчика при пониженных температурах (300 ... 600 вместо 800°С в случае использования керамики из стеатита). При этом стабилизируется фоновый ток, уменьшая опасность отравления. Изменяя конструкцию датчика, осуществляют предварительную подготовку пробы для стабилизации температурного режима датчика, достижения селективности последнего по отношению к различным типам фреонов, снижения опасности отравления. Ионизационную эффективность датчика повышают с помощью формирователя потока газа на его эмиттер.