بیشتر قطعاتی که در سیستم‌های خلأ مورد استفاده قرار میگیرند لازم است از نظر آب‌بند بودن دربرابر ورود هوا مورد بررسی قرار گیرند. به این عمل نشت‌یابی(Leak Detection) گفته می‌شود. در نشت‌یابی ممکن است هدف اندازه‌گیری نشتی یک قطعه بوده و یا تعیین محل نشتی اهمیت داشته باشد. قطعاتی که لازم است پیش از استفاده در سیستم‌های خلأ نشت‌یابی شوند عبارتند از کلیه محفظه‌های خلأ، انواع شیرهای خلأ، کلیه اتصالات خلأ(لوله‌ها، چندراهی‌ها و تبدیل‌هاو …)، رابط‌های خلأ، فشارسنج‌ها خلأ و بسیاری از تجهیزات دیگر.

در یک محفظه ایده‌آل با نشتی صفر، فشار خلأ برای همیشه در آن بدون تغییر باقی می‌ماند اما توجه داشت که همه محفظه‌ها همواره مقداری نرخ نشتی دارند. منظور از نرخ نشتی، مقدار گاز(در واحد دبی حجمی PV) است که در واحد زمان وارد سیستم خلأ می‌شود. به این نشتی، نشتی واقعی می‌گویند. نوع دیگر نشتی، نشتی کاذب است که منشأ این نشتی از داخل سیستم خلأ بوده و مورد بحث در مبحث نشتیابی نمی‌باشد.

واحد اندازه‌گیری نشتی همان واحد دبی حجمی است که حاصلضرب واحد فشار در واحد حجم تقسیم بر واحد زمان است. البته در برخی از کاربردها، از میزان افزایش فشار در واحد زمان نیز بمنظور نشان دادن مقدار نشتی استفاده می‌کنند. نرخ نشتی قابل قبول برای سیستم‌های خلأ متفاوت است و بسته به کاربرد سیستم و فشار نهایی و سایر مشخصات تعیین می‌شود. به حداکثر نرخ نشتی قابل قبول برای یک سیستم خلأ، میزان نشتی مجاز آن سیستم گفته می‌شود.

برای اینکه بتوان درک ملموس‌تری از مقدار نشتی از یک روزنه داشته باشیم میزان نرخ نشتی برای اختلاف فشار یک اتمسفر برای روزنه‌های مختلف در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1- نرخ نشتی براساس قطر سوراخ

در کاربردهای مختلف میزان نرخ نشتی مجاز متفاوت است. در هر سیستم براساس نوع کاربرد، باید نشتی کمتر از حد مجاز باشد. مثلا در سیستم خلأای که نسبت به نفوذ گازهای مانند اکسیژن حساس است نرخ نشتی حتما باید کمتر از10e-7 میلی بار لیتربرثانیه باشد.

جدول 2- نرخ نشتی مجاز(mbar.lit/sec) برای خلأ متوسط و بالا

در برخی موارد به نرخ نشتی مجاز توجه نمی‌شود و تنها رسیدن به فشار مشخص معیار عملکرد سیستم قرار می‌گیرد. در اینجا لازم است یادآور شد که درصورت استفاده از پمپ‌های خلأ قوی نیز شاید بتوان با وجود نشتی به فشار موردنظر رسید اما همواره نرخ مشخصی از هوا وارد سیستم شده که ممکن است بر نتایج پروسه‌های تحت خلأ تاثیر بگذارد. برای مثال ممکن است فرآیند عملیات حرارتی تحت خلأ در فشار مناسبی انجام شود اما بخاطر ورود هوا از محل نشتی، مقداری اکسید شدگی در نتایج حاصل شود که مطلوب نمی‌باشد. در مورد پمپ دیفیوژن هم این مسئله ممکن است در دراز مدت سبب سوختن تدریجی روغن پمپ شود.

انواع روش‌های نشت‌یابی:

مهمترین و دقیقترین روش اندازه‌گیری نرخ نشتی و نشتیابی، استفاده از نشت‌یاب طیف سنج جرمی(نشت‌یاب هلیومی) است. درمورد این نشت‌یاب و روش‌های نشت‌یابی با آن در مقاله نشت‌یابی با استفاده از نشت‌یاب هلیومی صحبت شده است. در ادامه سایر روش‌های نشت‌یابی و میزان دقت هریک را توضیح خواهیم داد.

روش افزایش فشار:  

زمانی که هوای داخل یک سیستم خلأ را تخلیه کنیم، فشار ابتدا کاهش پیدا کرده و پس از مدتی بسته به نوع پمپ‌ها و مشخصات سیستم، تغییر محسوسی در فشار محفظه ملاحظه نمی‌شود. در این مرحله اگر پمپ‌های خلأ از محفظه جدا شوند(با استفاده از یک شیر خلأ)، فشار دوباره افزایش می‌یابد. این افزایش فشار می‌تواند از دو منشأ ایجاد شود. یکی بخارات ساطع شده از داخل محفظه(نشت کاذب)و یا نشت از خارج به داخل سیستم خلأ(نشت واقعی).  

روش کار بدین صورت است که ابتدا محفظه را تا فشار مشخصی تخلیه می‌کنیم، سپس پمپ را از محفظه جدا می‌کنیم( شیر بین پمپ و محفظه را می‌بندیم). فشار محفظه افزایش پیدا می‌کند. میزان افزایش فشار در زمان را یادداشت می‌کنیم و پس از زمان مشخصی(بسته به میزان افزایش فشار مثلا افزایش 10 یا 100 برابری فشار )، دوباره پمپ را به سیستم وصل می‌کنیم تا محفظه به فشار قبلی برسد و دوباره با جدا کردن پمپ مراحل بالا را تکرار می‌کنیم. در طول تمام مراحل فشار را با زمان ثبت کرده و ترجیحا نمودار آنرا رسم می‌کنیم. این مراحل را تکرار کرده تا زمانی که نرخ افزایش فشار در دو سیکل متوالی یکسان شود. دراینصورت اگر نمودار افزایش فشار دارای شیب ثابت و مثبتی باشد می‌توان استنباط کرد که سیستم دارای نشتی واقعی است(شکل 1) از روش افزایش فشار برای تعیین محل نشتی نمی‌توان استفاده نمود و فقط می‌توان تعیین نمود که سیستم دارای نشت واقعی است یا خیر.

شکل 1- نشتی واقعی و نشتی کاذب

در جدول 3 نیز میزان افزایش فشار براساس نرخ نشتی‌های مختلف نشان داده شده است.

جدول 3- افزایش فشار براساس نرخ نشتی‌های

مشاهده می‌شود که برای نرخ نشتی‌های کم، و در محفظه‌های بزرگ، زمان تغییرات محسوس فشار بسیار زیاد بوده و این روش عملا کارآیی لازم را ندارد.

روش دیگری که می‌توان استفاده نمود روش کاهش فشار است. در این روش فشار داخل مخزن بایستی بالاتر از فشار اتمسفر شود و میزان کاهش فشار با زمان ثبت گردد. این روش ساده تر بوده و اثر نشت کاذب در آن وجود ندارد اما باید توجه نمود که بیشتر محفظه‌ها و اتصالات استاندارد خلأ توانایی تحمل فشارهای بالاتر از اتمسفر را ندارند. به همین دلیل یا باید از اتصالات مناسب فشار بالا استفاده نمود و یا فشار را اندکی از اتمسفر بالاتر برد(مثلا 1/1 اتمسفر).

در هر دو روش افزایش و یا کاهش فشار، تغییرات دمایی می‌تواند خود سبب کاهش و یا افزایش فشار شده و نتایج خوانده شده را دچار خطا کند. علاوه بر آن کاهش دما گاهی سبب چگالش بخاراتی مانند بخار آب شده و سبب کاهش فشار و خطا در تعیین میزان نشتی شود.

روش استفاده از فشارسنج‌های وابسته به نوع گاز

برخی از فشارسنجهای مورد استفاده در سیستم‌های خلأ با توجه به مکانیزم اندازه‌گیری آنها، به نوع گاز وابسته‌اند. بدین صورت که با تغییر نوع گاز، میزان فشار اندازه‌گیری شده نیز تغییر می‌کند. بسته به نوع گاز، این نتایج ممکن است بسیار متفاوت باشد. از این تفاوت در اندازه‌گیری می‌توان در تعیین محل نشتی استفاده نمود.

فشارسنج‌هایی که بدین منظور معمولا بکار می‌روند فشارسنج‌های برپایه انتقال حرارت گاز(مانند فشارسنج‌های ترموکوپلی و پیرانی) و فشارسنج‌های برپایه یونیزاسیون گاز(مانند کاتد سرد و کاتد گرم) می‌باشند.

در این روش، پس از رسیدن سیستم خلأ به فشار مناسب(فشاری که در محدوده اندازه‌گیری فشارسنج ما بوده و ترجیحا بهترین دقت را در آن محدوده داشته باشد)، به مکان‌هایی که احتمال نشتی در آنها وجود دارد یک گاز و یا مایع، اسپری می‌کنیم. اگر تغییر ناگهانی در فشار خوانده شده توسط فشارسنج ملاحظه شود، که حاصل ورود گاز یا بخار به داخل محفظه و تغییر نسبت گازهای آن است، نشان دهنده وجود نشتی در محل پاشش است.

بطورکلی استفاده از گازها در این روش نشت‌یابی مناسب‌تر است زیرا مایعات ممکن است مسیر نشتی را مسدود کرده و درصورت بزرگ بودن روزنه به مقدار زیاد وارد سیستم خلأ شوند. استفاده از گاز بوتان برای فشارسنج‌های برپایه یونیزاسیون و گاز هیدروژن برای فشارسنج‌های برپایه انتقال حرارت بهترین نتایج را می‌دهد اما با توجه به اشتعال پذیر بودن هر دوگاز، می‌توان از گاز دی‌اکسیدکربن برای هر دو نوع فشارسنج استفاده نمود. در مایعات نیز اسپری الکل گزینه مناسبی می‌باشد(حتما مایعات را بصورت اسپری بکار ببرید).

با توجه به اینکه فشارسنج‌های وابسته به نوع گاز در بسیاری از سیستم‌های خلأ استفاده می‌شوند، و همچنین عدم نیاز به وسیله خاصی در این نوع روش نشت‌یابی(اگرچه انجام صحیح و دقیق آن نیاز به تجربه کافی دارد)، از آن می‌توان بسادگی برای پیدا کردن برخی نشتی‌ها استفاده نمود و درصورت پیدا نشدن محل نشتی سپس می‌توان اقدام به نشت‌یابی با استفاده از نشت‌یاب هلیومی نمود.

در این روش نشت‌یابی، می‌توان با استفاده از دو فشارسنج و بکاربردن تله‌های گازی دقت نشت‌یابی را افزایش داد. امروزه با توجه به دردسترس بودن نشت‌یاب‌های هلیومی معمولا از این روشها برای افزایش دقت استفاده نمی‌شود.

روش تست حباب

در این روش داخل محفظه خلأ را با هوا و یا گازی پرفشار(معمولا کمی بالاتر از فشار یک اتمسفر) پر می‌کنند و محفظه را داخل آب(و یا یک سیال دیگر) قرار می‌دهند. در محل نشتی، گاز بصورت حباب خارج می‌شود. دراین روش درصورت استفاده از گازهای سبکتر مانند هلیوم و هیدروژن و همچنین افزایش فشار گاز داخل مخزن، می‌توان دقت نشت‌یابی را افزایش داد. دوباره لازم بذکر است که مخازن و اتصالات خلأ معمولا توانایی تحمل فشارهای بالا را نداشته و دراین مورد بسیار باید احتیاط نمود. در روش تست حباب، گاهی لازم است تا ساعت‌ها صبر نمود تا حباب دیده شود. علاوه برآن، باید دقت نمود حباب‌های کاذبی که گاهی در درزها تشکیل می‌شود با حباب حاصل از نشتی اشتباه گرفته نشود. حباب حاصل از نشتی درصورت ترکیدن دوباره و بصورت پیوسته تشکیل می‌گردد.

شکل 2- نشت‌یابی با تست حباب

روش تست کف:

این روش تست نیز مشابه روش تست حباب است با این تفاوت که بجای فروبردن محفظه در آب، از مواد کف‌زا در نقاط مشکوک به نشتی استفاده می‌شود. از این روش می‌توان برای محفظه‌های بزرگ و یا در مواردی که امکان فروبردن در آب وجود ندارد، استفاده نمود. کلیه نکاتی که در روش حباب وجود دارد در این روش نیز صادق است. دقت این روش در تعیین محل نشتی کمتر از روش حباب است.

شکل 3- نشت‌یابی با کمک کف

نشت‌یابهای هالوژنی:

این نشت‌یاب‌ها دارای حسگرهایی هستند که قادرند تا گازهای هالوژنی(گازهای حاوی کلراید مانند فریونها و کالترون) را شناسایی کنند. نشت‌یابی با استفاده از این نشت‌یابها به دو صورت انجام می‌گیرد.

در روش اول نشت‌یاب را به محفظه متصل کرده و داخل محفظه تخلیه می‌شود. سپس گاز هالوژنی به نقاظ مختلف محفظه اسپری شده ودرصورت وجود نشتی به داخل محفظه نفوذ کرده و توسط نشت‌یاب ردیابی می‌شود.

در روش دوم، داخل محفظه با گاز هالوژنی پر شده(کمی بالاتر از فشار اتمسفر) و نشت‌یاب که به یک مکنده متصل است، نقاط موردنظر را پایش کرده و درصورت وجود نشتی(به بیرون محفظه)، آن را ردیابی می‌کند.

نشت‌یابهای هالوژنی بیشتر در بررسی نشتی سیستم‌های سرمایشی که خود از این نوع گاز در آنها استقاده می‌شود، کاربرد دارند.

روشهای دیگری نشت‌یابی نیز وجود دارند که در این مقاله بدان نمی‌پردازیم. این روش‌ها مانند روش تخلیه الکتریکی با فرکانس بالا و یا روش‌هایی بکمک واکنش‌های شیمیایی بسیار کم کاربرد هستند.

لازم بذکر است که در روش‌های نشت‌یابی بکمک فشارسنج، روش تست حباب و کف، تنها می‌توان محل نشتی را پیدا نمود و میزان نشتی قابل اندازه‌گیری نیست.

در جدول زیر، مقایسه‌ای بین انواع روش‌های نشت‌یابی ارانه شده است.

جدول 4- مقایسه‌ای انواع روش‌های نشت‌یابی

شرکت پایا صنعت خلأ آماده ارائه مشاوره و آموزش در این زمینه می‌باشد. این شرکت با دارا بودن نیروهای با تجربه و متخصص و همچنین مجهز بودن به نشت‌یاب هلیومی، آمادگی دارد جهت نشت‌یابی سیستم‌های خلأ به شما یاری رساند. علاوه بر آن می‌توانید جهت نصب و راه‌اندازی سیستم‌های خلأ خود و یا عیب‌یابی و تعمیر آنها با ما تماس بگیرید.