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A P A S S I O N F O R P E R F E C T I O N
Dtection de fuite hlium
Aspect Mesure
Prpar par : F.Rouveyre
Date : 24 Octobre 2012
A P A S S I O N F O R P E R F E C T I O N
2
La dtection de fuite
La dtection de fuite par spectromtrie de masse gaz traceur a plus
de 50 ans. Mme si cette mthode est connue et matrise, elle doit
sadapter en permanence ses marchs et son environnement
Le cur du dtecteur, le spectromtre de masse, nest plus quun
des lments du puzzle et linnovation technologique doit se situer
tout niveau, de la performance (sensibilit, temps de rponse )
lergonomie produit, en passant par le traitement du signal.
Concernant la mesure : laffichage du signal est une des
composantes qui a le plus volue ces dernires annes.
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Sommaire
Fonctionnement dun dtecteur de fuite hlium.
Fuite calibre et mtrologie.
Principe de calcul de la fuite quivalente.
Influence des conditions de test.
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Fonctionnement dun dtecteur
de fuite hlium
Pfeiffer Vacuum 2012 Department Author Date
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Schma de principe dun dtecteur
He
Spectromtre de masse
Pompe Turbomolculaire
Pompe primaire
Test
Prvidage
Entre Dtecteur
Jauge Pression
Reniflage C
alib
ration
Entre dair
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Schma de principe dun dtecteur
He
Spectromtre de masse
Pompe Turbomolculaire
Pompe primaire
Test
Entre Dtecteur
Jauge Pression
Calib
ration
He - SHe
PHe
QHe
CHe
He PHe x SHe
Un dtecteur de fuite par
gaz traceur (MS) indique
une grandeur drive de 4
grandeurs de base.
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Vacc
FILAMENT
Electrode de
freinage
Haute
tension
AMPLI
+ - Cible
RESIST.
MCP
+
-
IONS lourds Azote, oxygne, CO2, Argon, CO,
vapeurs d'huile, etc
I Flt
Spectromtre de masse dflexion magntique
Cage dionisation
Patm HeLD
Vide
IONS He
IONS lgers Hydrogne, hlium 3
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Fuites calibres et mtrologie
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Les fuites calibres
Membrane de Permation
ou Tube capillaire.
A lintrieur dun rservoir, il y a de
lhlium la pression atmosphrique
(Fuite 10-7 mbar.l/s) ou plusieurs centaines de bars
(Fuite 10-6 mbar.l/s).
Un flux dhlium schappe de
lintrieur vers lextrieur du rservoir.
Flux Qhe = Valeur de la fuite calibre
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Technologie
Les deux types de technologie sont la permation travers du Tflon
ou du Verre SiO2 et, lcoulement travers un tube capillaire.
Permation : Une membrane soit en Tflon, soit en Verre ferme le
rservoir qui est rempli dhlium.
Les fuites calibres par permation varient en fonction de la temprature.
Les membranes en Verre sont plutt fragiles.
Capillaire : Un tube capillaire mtallique ferme le rservoir. A noter que les
tubes en quartz ont quasiment t abandonns pour cause de fragilit.
Les capillaires sont peu sensibles la temprature.
Les capillaires sont susceptibles de sobturer.
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Permation Capillaire (mtallique)
Verre SiO2 Tflon
Fragilit ++ incassable +
Influence de la
temprature ++ + -
Risque
dobturation - - +
Technologie
Les fuites calibres avec rservoir rechargeable ne sont pas, au sens des normes,
des fuites de rfrence.
Note : La vanne (robinet) de la fuite calibre ne sert pas prolonger sa dure de
vie, mais vrifier la rponse du dtecteur.
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Mthodes de mesure et dtalonnage
Politique Qualit adixen
Politique Qualit laboratoire
Enregistrements
Instructions de phases
Spcifications
MQ ISO 9001
MQ L ISO 17025
Manuel dorganisation
adixen
Le manuel qualit laboratoire :
Lensemble de la documentation relative au
laboratoire de mesures dpend du manuel
qualit du laboratoire, selon le systme
documentaire adixen ci contre.
Norme ISO 17025 : Exigences de qualit et de comptence propres aux
laboratoires d'essais et danalyses.
Norme ISO 3530 : Technique du vide Etalonnage des spectromtres de masse
dtecteurs de fuites.
Spcification adixen N2451 : Traceability of calibrated leak.
Spcification de processus interne 3112, Fuites
calibres : talonnage, mesure et recalibration :
Mthode de mesure comparative avec fuite de
rfrence certifie.
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Laccrditation ISO17025 prouve sa
comptence produire des donnes et
des rsultats techniquement valides.
La norme international ISO 17025
Accrditation ISO 17025 ( Certification)
Exigences de comptences pour effectuer des essais et/ou talonnages, y compris
lchantillonnage.
Concerne lensemble des oprations effectues au moyen de mthodes
normalises, non normalises, ou labores par les laboratoires eux-mmes.
La norme ne concerne que le primtre bien spcifique du laboratoire
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BIPM (Bureau international
des Poids et Mesures)
France Allemagne USA UK
Laboratoires de Mtrologie
accrdits (incertitudes faibles)
Japon
La Mtrologie
Entreprises
UK Allemagne France Suisse USA
ISO 9001
Gestion Moyens de Mesure
ISO 17025
Laboratoire Fuites calibres
Fuites talons
PTB / LNE
Laboratoires
nationaux :
PTB / LNE
Laboratoires de Mtrologie accrdits
Publics ou privs
Laboratoires nationaux de
Mtrologie
Laboratoires de Mtrologie
non certifis
Fuites de rfrence
Dtecteurs
Fuites
calibres
Fuites talons Etalons internes (cales, piges, mesureurs, fuites)
Produits
Moyens de mesures interne : Pieds coulisse,
micromtres, piges, comparateurs, dbitmtres, .../...
Laboratoires de Mtrologie
certifis
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Moyens techniques du laboratoire de fuites
- Stabilisation 23C 1C.
- Homognit : < 1C.
- Vitrage haut de gamme anti IF.
- Climatisation flux laminaires
par soufflets.
En chiffres
- Conservation des donnes
dtalonnage pendant une
priode minimum de 10 ans.
- Conservation des tracs
pendant 2 ans.
Le laboratoire :
Local climatis, ddi exclusivement la
mtrologie des fuites calibres
Accs rglement.
Les moyens :
2 lots de 10 fuites talons.
4 postes de calibration + 2 PC.
Logiciel dacquisition et de traitement adixen.
Thermomtres classe A + Hygromtres .
Poste de remplissage hlium sous hotte
aspirante.
Poste de collage et schage ddi.
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Inter comparaison et incertitudes
Taux de fuite
(mbar.l/s) 10-4
10-5
haute
10-5
basse
10-6
haute
10-6
basse
10-7
haute
10-7
basse
10-8
haute
10-8
basse 10-9
Incertitude (%) 2,6 % 2 % 2 % 2 % 2 % 2,3 % 2 % 2 % 5% 5,4 %
Etalons rattachs au
laboratoire national Amricain
Etalons rattachs au
laboratoires nationaux
USA
Laboratoires adixen : Nos certificats dtalonnage garantissent une incertitude de
mesure des fuites de 10 % ( 30% pour les fuites 10-9 mbar.l/s).
Exigence de ISO 17025.
Comparaison entre laboratoire adixen PV Annecy et laboratoire adixen PV Phoenix.
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Principe du calcul de la fuite
quivalente
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Il ny a aucun sens faire des mesures prcises , si
on na pas corrl le taux de fuite en hlium dans les
conditions du test avec le taux de fuite acceptable dans
les conditions de fonctionnement.
1 : Calcul du flux de fuite en condition de service.
2 : Calcul du capillaire quivalent.
3 : Calcul du flux de fuite en condition de test et rglage
du dtecteur.
Principe du calcul de la fuite quivalente en
gaz traceur
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Rglage du
dtecteur ?
Hypothse de calcul.
P1 P2
Q Fuite
Fissure
>
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Formule de Poiseuille et de Knudsen
Hypothse de calcul.
21eMolculair PPL
3D
M
TR2
6
1Q
22214
Laminaire P-PL256
DQ
Flux de fuite Q
Lg = Epaisseur
d
P1 P2
Q Fuite
Fissure
>
Hypothse !!
Epaisseur
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On approche le diamtre en utilisant le rgime laminaire
seul, avec les caractristiques du gaz considr.
Si P1 et P2 sont suprieures Patm, et QFuite suprieur
10-6 mbar.l/s, cest en gnral suffisant.
Dans les autres cas, et en particulier si P2 est infrieure
Patm, on recherche D par itration.
QHlium total = QLaminaire + Z x Qmolculaire.
On recalcule QHlium total avec D calcul, la longueur du
capillaire prcdent et en considrant Z facteur de Knudsen
gal 1.
Principe du calcul.
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Bien videmment, les fuites ne sont pas des capillaires !
Nanmoins, la pratique montre que les erreurs engendres
sont contenues dans un facteur 2.
Les fuites sadditionnent.
Il est illusoire de vouloir faire des calculs 1% prs..
Limite de lhypothse de calcul
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Les conditions de test
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Le flux indiqu par un dtecteur qui est connect un volume V dans lequel
dbite une fuite Qf est :
Le temps de rponse T
correspond au temps ncessaire
pour atteindre 63 % de Qf.
Note : 2,3 fois le temps de rponse T est
aussi le temps ncessaire pour
diminuer la pression partielle d'hlium
(bruit de fond) d'une dcade sur un
volume donn.
T
Qdtecteur
t
Qf
0,63Qf
!
Temps de rponse
Pour obtenir Il faut.
63 % de QFuite T
90 % de QFuite 2,3 x T
95 % de QFuite 3 x T
99 % de QFuite 4,6 x T
t
D e1QQ FuitetecteurS
VT
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QDtecteur = Signal hlium lu par le dtecteur
Sb = Vitesse de pompage He du dtecteur
Sa = Vitesse de pompage He de la pompe auxiliaire
QFuite = Taux de fuite hlium
DETECTEUR
DE FUITE
Chambre
vide
Sb Sa
QF
Opration parallle
Fuitetecteur QQ
ab
bD
SS
S
Stabilit de la vitesse
de pompage He de la
pompe annexe ?
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Exactitude : Le 2ime digit aprs la virgule na pas de sens sur toute
ltendue de mesure.
Rsolution : Le 1er digit aprs la virgule na pas de sens dans la
dcade qui correspond la sensibilit annonce du dtecteur.
Comment crire 4,7 x 10-12 si la sensibilit est annonce 1x10-12 ?
Rptabilit : Le 2ime digit aprs la virgule a du sens.
Les limites de la mesure en dtection de fuite
par gaz traceur
? SIGNIFICATION :
Notre choix est dafficher 1 seul digit aprs la virgule, et de
considrer les sorties analogiques, ou liaison srie avec 2
digits aprs la virgule.
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La dtection dans le groupe
Pfeiffer Vacuum
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Nos forces
Premier dtecteur commercialis en 1966 : lASM 4.
Matrise totale des composants intgrs dans le dtecteur
Fabrication de la cellule danalyse, des blocs vide, des
pompes, grce des outils de production modernes et
performants.
Flexibilit
Design de pompes adaptes au besoin de la dtection de
fuite, permettant davoir une offre produit trs complte avec
des produits orients vers les applications clients.
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La gamme dtection hlium
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La dernire gnration de produits adixen
Maintenance
35 % ASM 310 Maintenance
ASM 380
Renifleur ddi
ASM 142 series HLT 5xx series
Minitest
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Merci de votre attention
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