Brevet FR2237190A1 — publié le 19750207

La présente invention concerne un procédé pour l'utilisation d'un détecteur de-fuite-fonctionnant par-le vide, selon lequel un ou plusieurs objets à contrer sur la présence de fuites sont raccordés au circuit de vide du détecteur ou sont disposée dans une chambre d'essai raccordée à ce circuit, ainsi qu'un dispositif pour lamie en oeuvre de ce procédé. On connaît déjà différentes méthodes pour-détecter des fuites drappareillages dont il s'agit de contrôler l'étanchéité. Un procédé sensible et fréquemment employé consiste à détecter les fuites au moyen d'un spectro- mètre de masse combiné avec un bloc-pompe à vide.Tans ce procédé, le spectro mètre est réglé de façon fixe sur une masse déterminée, par exemple 4, et l'objet à contrOler est raccordé au circuit du vide du spectromètre puis arrosé de l'extérieur avec un gaz d'essai, de l'hélium par exemple Le spectromètre détecte la pénétration de gaz d'essai dans l'objet et permet ainsi la localisation de la fuite et la mesure quantitative de celle-ci- Il est possible aussi de contrôler l'étanchéité d'un appareillage ou d'un objet en général par le remplissage de l'objet à contrôler avec un gaz d'essai et par sa dispo sition dans le circuit devide (ce procédé- est avantageux lorsque les objets à contrdler sont petits). I1 est possible encore de remplir l'objet à con frôler avec un gaz d'essai sous une pression supérieure à la- pression environ- nantie et d'explorer la surface extérieure de l'objet au moyen d'une sonde détectrice reliée au spectromètre le domaine d'application de l'invention est limité aux deux méthodes de détection de fuite mentionnées en premier .-- mise sous vide de l'objet à contrôleur sur le poste de pompage - détecteur de fuite ; et exposition de objet à contrôler à un gaz d'essai extérieur ou remplissage de l'objet à contrôler avec un gaz d'essai et mise en place de l'objet dans le circuit de vide du détecteur de fuite.Les limites de la détection par le vide des défauts d'étanchéité les plus petits possibles sont principalement fixées par la sensibilité de détection de la cellule de mesure pour le gaz d'essai (un spectromètre de masse par exemple) et par le signal de fond que le détecteur de fuite indique déjà à vide (en L'absence objet à contrOler). La sensibilité de détection de la cellule de mesure peut être rendue très grande par une amplification électrique appropriée. Le signal de fond peut également être rendu petit par des mesures appropriées, pour autant qu'il est d'origine électrique (souffle, dérive ou origine analogue).En revanche, si l'origine du signal de fond est la présence de gaz d'essai dans le détecteur- de fuite, il n'est plus possible d'établir la distinction avec le gaz d'essai entrant dans le détecteur par suite d'une fuite de l'objet à contrôleur. Le signal de fond ayant une telle origine constitue par conséquent une limitation insurmontable dans la mesure de défauts d'étanchéité de plùs en plus petits. Certes, l'évacuation des résidus de gaz d'essai du circuit de vide fait décroitre avec le temps un tel signal de fond. I1 ressort cependant de ce qui précède que le désir de pouvoir mesurer de très faibles taux de fuite dans un temps très court contient deux éléments allant l'un à l'encontre de l'autre. L'objet de l'invention est un procédé d'utilisation d'un détecteur de fuite, selon lequel un ou plusieurs objets à contrôler sont raccordés au circuit de vide du détecteur ou sont disposés dans une chambre d'essai raccordée à ce circuit, mais qui évite à peu près complètement la production d'un signal de fond du détecteur ayant pour origine la présence de gaz d'essai dans le détecteur, de sorte qu'il devient possible d'effectuer très rapidement des contrôles sur la présence de très faibles taux de fuite. Afin de mieux faire comprendre l'invention, le phénomène de la production d'un signal de fond ayant pour origine la présence d'un gaz d'essai dans un détecteur de fuite sera expliqué plus en détail dans ce qui va suivre. Lorsqu'un objet vient d'être contré et lorsqu'il doit etre remplacé par un nouvel objet à contrôler, il faut que le vide nécessaire pour le fonctionnement du détecteur soit au moins cassé à l'endroit, par exemple la chambre d'essai,où est placé l'objet pendant le contrôle; autrement dit, il faut rétablir la pression atmosphérique à cet endroit ou dans cette chambre. Rabi- tuellement, le détecteur proprement dit est à cet effet isolé par une soupape de la chambre d'essai, et une autre soupape admet ensuite de l'air dans cette chambre d'essai. Après le raccordement d'un nouvel objet à contrôler à la chambre d'essai, ou après la disposition d'un nouvel objet à contrôler dans cette chambre, une troisième soupape s'ouvre et relie ainsi la chambre d'essai à une pompe à vide primaire.Celle-ci évacue la chambre d'essai avant que la soupape dans le conduit menantau détecteur ne s'ouvre à nouveau et qu'un nouveau processus de détection de fuite ne commence. Les soupapes d'un tel détecteur de fuite - qui doit réaliser le programme qui vient d'être décrit dans une durée de cycle très courte, 15 s par exemple - doivent etre conçues pour une fréquence de commutation élevée. Cela signifie, dans l'état actuel de la technique, que les sièges de soupape ne peuvent etre-constitués que par -des joints élastomères. Malheureusement, les élastomères ont la propriété de-céder à nouveau lentement ,lorsqu'ils sont exposes au vide, les gaz qui y ont pénétré précédemment par diffusion. Cette propriété des élastomères est la cause, dans les détecteurs de fuite, du signal de fond produit par la présence de gaz d'essai. Le gaz d'essai, provenant de traces de gaz d'essai contenues dans le gaz vide ventilation, pénètre dans les joints pendant la phase de mise à la pression atmosphérique ou phase de ventilation. Ce processus sera décrit ciaprès, à titre d'exemple, pour l'hélium contenu dans l'air en eas d'utilisation d'un détecteur de fuite fonctionnant à l'hélium. La proportion d'hélium d'air naturel est d'environ 5,2 ppm. Cela correspond à- une pression partielle d'hélium d'environ 4 x 10 @ torr, nu a une une densité numérique de particuLes de 10 cm 3 A supposer que le volume de la chambre d'essai soit de 200 cm3, la chambre contient environ 2 x 1016 atomes d'hélium après la ventilation de la chambre avec de l'air atmosphétique, Cela correspond à un taux d'impact par unité de surface d'environ 3 x 1018 cm-2 s-1 (à 30 C). A supposer que l'aire de surface des joints en élastomère exposée dans la chambre d'essai soit de 3 cm, il y aura dans chaque seconde 1019 impacts d'atomes d'hélium sur la surface des joints. Par ailleurs, un taux de fuite de, par exemple, 3 x 10-11 torr l/s - qui est un taux devant pouvoir être détecté dans un contrôle de fuite sen -sîble - correspond à un flux particulaire d'environ 10 s 1 Dans le présent exemple, cela signifie que si seulement chaque 1010 ième atome d'hélium venant en contact avec un Joint y pénètre lors de la ventilation pour en ressortir ensuite lors du contrôle sous vide, le détecteur indique déjà un taux de fuite de 3 x 10-11 torr l/s, sans que l'objet contrôle y soit pour quelque chose. Des expérimentations permettent de démontrer que le nombre des particules de gaz d'essai "retenues" dans les joints est bien superieur à chaque 1010 ième particule; cependant,leur concentration diminue lors de l'éva- cuation selon une fonction exponentielle, si bien que la majeure partie est déjà évacuée après quelques secondes. Le signal de fond ne devient genant dans l'exemple décrit que lorsqu'on veut contrôler des taux de fuite inferieurs à environ 3 x 10-10 torr l/s après environ 10 secondes d'évacuation. Un tel taux de fuite ne pourrait être détecté convenablement qu'après une durée d'évacuation par la ou les pompes à vide de l'ordre d'une minute, Pour éviter totalement la présence de gaz d'essai dans la chambre avant le contrôle proprement dit et pour permettre ainsi la détection rapide de fuites minimes, un procédé du type défini au début est caractérisé, conformément à l'invention, par le fait que le ou les objets à contrôler raccordés au circuit de vide,ou la chambre d'essai, est ou sont ventilés, après un contrôle sur la présençe de fuites,avec un gaz exempt de gaz d'essai. Cette mesure permet d'éviter à peu près complètement la pénétration de gaz d'essai gênant, meme sous forme de traces, dans le détecteur de fuite ou dans la chambre d'essai. La diffusion de gaz d'essai pendant cette phase dans certaines parties du détecteur et notamment dans les joints est ainsi évitée. Ce but peut entre atteint d'une manière encore plus efficace par le maintien, pendant le rempiacement des objets à contrôler, -d'un flux gazeux exempt de gaz d'essai dirigé vers l'extérieur et sortant de la bride de raccordement pour l'objet à contrôler ou de la chambre d'essai. Même le joint extérieur de la bride de raccordement pour l'objet à contrôler ou le joint de l'ouverture de remplissage de la chambre d'essai vient ainsi uniquement en contact avec du gaz exempt de gaz d'essai pendant le remplacement des objets à contrôler, de sorte que la diffusion de gaz perturbateur dans ce joint est évité. Si le procédé de l'invention est mis en oeuvre au soyen d'un dispo- sitif dans lequel la chambre d'essai présente une bride comprenant au moins un joint annulaire pour la fermeture de la chambre d'essai par un couvercle ou pour le raccordement de l'objet à contrôler, il est avantageux, selon une autre caractéristique de l'invention > d'arroser au moins un joint annualaire de la bride avec un gaz exempt de gaz d1essai lors de l'enlèvement du couvercle ou lors du remplacement de objet à contrôler. De cette manière, le joint de la bride dont est équipée la chambre d'essai-ne vient plus en contact avec du gaz d'essai pendant la phase d'ouverture, de sorte que la diffusion de gaz d'essai dans ce joint n'est plus possible. Un dispositif avantageux pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, comprenant une chambre d'essai présentant une bride avec au moins un joint annulaire d'étanchéité, ainsi que d'autres raccordements pour une pompe à vide ainsi que pour un appareil indiquant la présence de gaz d'essai, estcaractéris6 encequela bride présente, dans la zone de son joint d'étanchéité, une fente dirigée sensiblement sur le joint d'étanchéité et communiquant avec un récipient contenant un gaz exempt de gaz d'essai. Un dispositif ainsi agencé permet de maintenir, pendant la phase d'ouverture, une nappe d'un gaz exempt de gaz d'essai qui balaie le joint d'étanchéité et qui empoche la diffusion de gaz d'essai dans ce joint. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la de-scription qui va suivre de deux emples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés sur lesquels - la figure I est une représentation schématique d tun dispositifde mise en oeuvre du procédé de l'invention selon un premier exemple, et -la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention selon un deuxième exemple de réalisation. La figure 1 représente un récipient à vide l,auquel sont raccordés, par des soupapes 2, 3 et 4 dont les sièges sont formés par des joints en élastomère 5, 6 et 7, un bloc.pompe à vide 8 > -un détecteur de fuite 9 (par exemple un spectromètre de masse) combiné avec un appareil indicateur 10, et un réci- pient 11 contenant un gaz exempt de gaz d'essai Le récipient 1 présente-en outre une tubulure de raccordement 12 pourvue d'une b-ride 13 à laquelle peuvent être raccordés les objets à contrôler non représentes. Le joint-de la bride 13 est désigné par 14.L'espace 15 formé à Itintérieur de la tubulure de raccordement 12 peut cependant etre agencé également comme une chambre d'essai dans laquelle peuvent être disposés de petits objets à contrôler, dont l'étanchéité est contrôlée après la fermeture de l'ouverture de remplissage. La chambre d'essai 15 est séparée de l'intérieur du récipient 1 - sur lequel sont branchées les soupapes 2, 3 et 4 et qui constitue en quelque sorte un compartiment à soupapes - par une barrière appropriée 29. Cette barrière peut être formée, par exemple pat une plaque en métal fritté, un tamis ou une grille. Comme il ressortira encore de ce qui va suivre, elle a la fonction d'une barrière de turbulence et peut etre utilisée en mSme temps comme plan d'appui pour de petits objets à contrôler. Avant la mise en service du detecteur de fuite représenté sur la figure I, on fait Le vide dans le récipient 1, à travers la soupape 2, jusqu'à ce que les restes de gaz d'essai perturbateur (l'hélium par exemple) soient sortis par diffusion des- joints en élastomère 5, 6, 7 et 14, de sorte que--le signal de fond du détecteur de fuite 9, indiqué par l'appareil 10, est ramené à une valeur insignifiante. Les soupapes 2- et 3 sont ensuite fermées et la soupape 4, jusqu'à présent fermée, est ouverte, de sorte que--le gaz (de l'azote par exemple) exempt de gaz d'essai peut pénétrer dans le récipient à vide 1. Il est ainsi possible de maintenir un flux de gaz de ventilation pendant le tempa nécessaire pour le raccordement-des objets à contrôler à la bride 13 ou pour la disposition de ces objets dans la chambre d'essai 15, si bien que des gaz étrangers, susceptibles de contenir du gaz d'essai, ne peuvent pas pénétrer dans le récipient 1.Dans beaucoup de cas, il suffit cependant de ventiler le récipient 1 simplement avec du gaz exempt de gaz d'essai sortant de la soupape 4, et de fermer cette dernière dès que le récipient la atteint la pression atmosphdrique; ta barrière 29 assure -dans ce cas qu'au moins le compartiment à soupapes formé par le récipient 1, et avec lui les jo-ints en élastomère 5, 6 et 7, ne risquent pas de venir en contact avec des gaz étrangers, Dès que les objets à contrôler ont été raccordés à la bride 13 ou ont été disposes dans la chambre d'essai 15, le récipient 1 est évacué à travers la soupape 2. Le contrôle proprement dit de l'étanchéité est déclenché ensuite-par l'ouverture de la soupape 3.Lorsque ce contrôle est terminé, les soupapes 2 et 3 sont fermées et le récipient 1 est ventile, comme déjà décrit, avec du gaz exempt de gaz d'essai du récipient 11. Les soupapes 2, 3 et 4 peuvent également être commandées automatiquement. Les organes de commande nécessaires à cet effet sont en soi connus et ne sont pas représentés. Dans l'exemple de la figure 2, la chambre d'essai 15 est formée à la fois par - la tubulure de raccordement 12 et le' récipient à vide 1 qui constituent dans ce cas une unité, sur laquelle' sont montées en outre les soupapes 2, 3 et 4. La chambre d'essai 15 comprend dans ce cas une bride 13 sur laquelle peut être fixé un couvercle 16 pour la fermeture de la chambre 15. Ce couvercle 16 est utilisé lors du contrôle da l'étanchéité de petits objets disposés dans la chambre 15. Lorsque les objets à contrôler sont plus grands, le couvercle 16 est'remplacé par une contre-bride non représentée à laquelle est relié l'objet à contrôler. Les sièges des soupapes 2, 3 et 4 sont à nouveau formés par des joints en élastomère S, 6 et 7 mais les raccordements diffèrent de ceux de l'exemple déjà décrit en ce sens. que -la soupape 2 est montée dans'le conduit menant ap réservoir 11 contenant la gaz exempt de gaz d'essai que la soupape 3 est montée dans le conduit menant à la pospe à vide 8, et que, la soupape 4 est montée dans le conduit menant au spectromètre de masse 9 dont l'appareil indicateur est désigné par 10. La bride 13-de cet exemple est. composée de deux parties : un anneau 17 faisant corps avec la chambre d'essai et présentant sur le côté intérieur, un rehaussement. annulaire 18 dans lequel est formée une gorge 19 pour la réception du joint d'étanchéité annulaire 14; et un anneau 20 ayant une section transversale en L qui est fixé - par des vis 21 sur la partie extérieure de l'anneau 17.L'anneau 20 est conformé de manière qu'il se forme entre les deux anneaux 17 et 20 une chambre annulaire 22, que la partie intérieure de l'anneau 20 recouvre partiellement le rehaussement 18 de l'an- neau 17, et que cette partie intérieure de anneau 20 définit avec ce rehaussement 18 une fente 23 partant-de la chambre 22 et dirigée vers le joint d'étanchéité 14, Le côté supérieur de anneau 20 présence une gorge 24, pour un deuxieme joint d'étanchéité annulaire 25. Les anneaux 17 et 20 constituent ensemble une bride 13 à deux gradins, dont chaque gradin porte un joint d'étanchéité. La forme du couvercle 16, ou de la contre-bride, est adaptée à cette forme en gradins de la bride 13. La chambre-annulaire 22 communique par un conduit 26 avec un distributeur 27 à deux voies qui peut relier cette chambre soit au réservoir Il contenant le gaz exempt de gaz d'essai soit, par un conduit 28 > à la pompe à vide 8. Le contrôle d'étanchéité au'moyen du dispositif représenté sur la figure 2 se déroule de la manière suivante Avant la mise en service du dispositif, on fait le vide dans la chambre d'essai 15, à travers la soupape 3, jusqu'à ce que les restes de gaz d'essai (l'hélium par exemple) perturbateur soient sortis par diffusion des joints en élastomère 5, 6, 7, 14 et 25, de sorte que le signal de fond du détecteur de fuite 9 indiqué par l'appareil 10 est ramené à une valeur insignifiante, les soupapes 3 et 4 sont ensuite fermées et la soupape 2, jusqu'à présent fermée, est ouverte, de sorte que la gaz (de I'azote par exemple) exempt de gaz d'essai peut pénétrer dans la chambre d'essai.Le couvercle 16 est ensuite enlevé et les objets à contrôler sont introduits dans 'la- chambre d'essai. 15 (ou un grand objet à contrôler est raccordé à la bride 13). Pendant cette phase d'ouverture, la chambre annulaire 22 est alimentee en gaz exempt de gaz d'essai, si bien qu'une nappe de ce gaz s'écoule pendant -toute la durée de cette phase d'ouverture à travers la fente 23 en balayant le joint d'étanchéité 14 pour r le protéger ainsi contre le contact avec l'air atmosphérique. Après la fermeture de la chambre d'essai 15 par le couvercle 16, le contrôle proprement dit de l'étanchéité est déclenché par la fermeture de la soupape 2 et l'ouverture des soupapes 3 et 4.. Le distributeur 27 est en meme temps commuté de manière que la chambre annulaire 22 soit raccordée à la pompe à vide 8, 8 si bien que des restes d'air atmosphérique ayant éventuellement pénétré dans l'intervalle entre les joints 14 et 25 sont évacués. Après le contrdle, la chambre 15 est à nouveau ventilée par du gaz exempt de gaz d'essai à travers la soupape 2, et le distributeur 27 est en même temps commuté, de sorte que du gaz exempt de gaz d'essai peut à nouveau pénétrer dans la chambre annulaire 22.Les soupapes 2, 3 et 4 et le distributeur 27 peuvent également etre commandés automatiquement. Les organes de commande nécessaires -à cet effet sont en soi connus et ne sont pas représentés. Il ressort de ce qui précède qu'au moins le joint t 14 14 ainsi que les joints 5, 6 et 7 ne peuvent pas être contaminés par de l'air atmosphé- rique pendant les contrôles d'étanchéité ni pendant les phases d'ouverture Les dispositifs selon l'invention permettent par conséquent l'exé- cution de contrôles d'étanchéité extrêmement sensibles et extrêmement rapides Il a été possible, avec une chambre d'essai d'une capacité de 0,2 litre, d'effectuer des contrôles sur la présence. de taux de fuite inférieurs à 10 torr i lis avec une durée de cycle de moins de cinq secondes Les détecteurs de fuite connus jusqu'à présent ne permettent pas des contrôles d1 étanchéité à des cadences aussi élevées et avec une aussi grande sensibilité (taux de fuite inférieur à 10-10 torr l/s) R E V E N D I G A T I O N S 1 Procédé pour i'utilisation d'un détecteur de fuite fonctionnant par le vide, selon lequel un ou plusieurs objets à contrôler sur la présence de fuites sont raccordés au circuit de vide du détecteur ou sont disposés dans- une chambre d'essai raccordée à ce circuit, caractérisé en-ce que le ou les objets à contrôler, raccordés au circuit du vide, ou la chambre dressai, est ou sont ventilés, après un contrôle sur la présence de fuites, avec un gaz exempt due gaz dressai 2.Procédé selon la revendication 1, caractérise par le maintien, pendant le remplacement des objets à contrôleur, par un flux gazeux exempt de ga d'essai sortant de la bride de raccordement pour les objets à contrôler ou de la chambre d'essai et dirigé vers l'extérieur 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, mis en oeuvre au moyen d'un dispositif comprenant une chambre d'essai pourvue d'une bride présentant au moins un joint d'étanchéité annulaire pour la fermeture de la chambre d'essai par un couvercle QU pour le raccordement d'un objet à contrôler, caractérisé en ce que au moins un joint d'étanchéité annulaire de la bride est balayé par un gaz exempt de gaz d'essai pendant l'enlèvement du couvercle ou pendant que l'objet qui vient autre contrôlé est remplacé par un nouvel objet à contrôler. -4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications L à 3 caractérisé en ce qu'il comprend un récipient auquel sont raccordés, chaque fois par l'intermédiaire d'une soupape, une pompe 8 vide, un détecteur de fuite et un réservoir contenant un gaz exempt de gaz d'essai, ce récipient comprenant en outre une tubulure de raccordement pour les objets à contrdler. 5. Dispositif selon Ia revendication 4, caractérise en ce que la tubulure de raccordement est agencée comme une chambre blessai pour des objets à contrôleur de petites dimensions. 6; Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce quela chambre d'essai est séparée par une barrière de turbulence de la partie du récipient sur laquelle sont raccordées les soupapes. 7. Dispositif pour la: mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bride présente, dans la zone de son joint d'étanchéité annulaire, une fente dirigée sensiblement vers ce joint d'étanchéité et communiquant avec un réservoir contenant un gaz exempt de gaz d'essai. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bride est composée de deux anneaux qui sqnt conformés de manière qu'il se forme,entre ces deux anneaux, une chambre-annulaire et une fente communiquant avec cette chambre et dirigée sensiblement vers le joint d'étanchéité. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'un des anneaux de la bride-est relié au corps de la chambre d'essai et présente sur son c8té intérieur un rehaussement annulaire dans lequel est ménagée une gorge pour la réception dudit joint d'étanchéité annulaire, et en ce que le deuxième anneau de la bride a une section transversale en L et est relié à la partie extérieure du l'anneau mentionné en premier, la forme et les dimensions du deuxième anneau étant telles qu'il se forme, entre les deux anneaux, ladite chambre annulaire, que la partie intérieure du deuxième anneau recouvre partiellement le rehaussement du premier anneau, et que cette partie intérieure du deuxième anneau forme avec ce rehaussement ladite fente dirigée vers le joint d'étanchéité. 10. Dispositif s-elon la revendication 9, caractérisé en ce que -le deuxième anneau présente sur son côté supérieur une gorge pour la réception d'un deuxième joint d'étanchéité annulaire. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la- chambre annulaire peut entre reliée au- réservoir contenant le gaz exempt de gaz d'essai par un organe de distribution. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'organe de distribution est un distributeur à deux voiles au moyen duquel la chambre annulaire peut être reliée,~soit au réservoir contenant le gaz exempt de gaz d'essai, soit à la pompe à vide. 13. Procédé pour réaliser des contrôles d'étanchéité au moyen d'undispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre annulaire est reliée au réservoir contenant le.gaz d'exempt de gaz d'essai pendant la phase d'ouverture de la chambre d'essai, et à la pompe à vide. pendant la phase de fermeture de la chambre d'essai. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 å 12,caractérisé en ce que le détecteur de fuites est un spectromètre de masse