Die Permeation von Gasen
Unter Permeation versteht man das Durchdringen von Gasen durch einen fehlerfreien, festen Stoff.
Die Massenspektrometer-Helium Lecksuchgeräte sind noch immer das Nonplusultra in der Leck- suchtechnik, wenn es um höchste Empfindlichkeit, großen Messbereich (10 Dekaden und mehr), Vielfalt der Anwendungen, usw. geht. Aber sie benötigen ein Vakuumsystem mit mechanischer Vorvakuum- und Hochvakuumpumpe und einen Netzanschluss zur Energieversorgung. Ein Batteriebetrieb ist nicht möglich. Die Nachfrage nach solchen batterieberiebenen Helium-Lecksuchgeräten hat Entwicklungen hervorgerufen, die den Heliumnachweis mit Hilfe der Permeation dieses Gases durch Quarz-Material ausnutzen.
Die Firma Varian hat 1991 das erste batteriebetriebene, tragbare Schnüffel-Helium-Lecksuchgerät herausgebracht, das mit einem patentierten Verfahren Helium mit Hilfe der Permeation von anderen Gasen trennte. Das Gerät hieß "Helitest", gefolgt von der Weiterentwicklung "PHD-4".
Mit der Sampling-Pumpe wird über die Schnüffelsonde (Probe) Gas angesaugt und an der erhitzten Quarz-Kapillare vorbeigeblasen. Ist bei dem angesaugten Gas Helium anteilig dabei, gelangt dieses schnell durch Permeation in das Innere der Kapillare. Andere Gase permeieren nicht durch die Quarz-Kapillare. Dort herrscht ein Vakuum von ca. 10 mbar. Durch das eingedrungene Helium ändert sich der Pumpenstrom in der Mini-Ionengetterpumpe. Der Mikroprozessor rechnet das in Leckrate um, die am Display angezeigt wird.
Die Fa. Inficon folgte mit der Entwicklung von Helium-Lecksuchgeräten nach dem Permeationsprinzip und brachte 2006 das Gerät Protec 3000 auf den Markt. Wie das später angebotene T-Guard Helium-Schnüffelgerät arbeiten diese Geräte nach der Wise- Technologie™
Der Wise Technology™Sensor besteht aus einem evakuierten Glasgehäuse, welches an einer Seite von einem Siliziumwafer mit integrierter Siliziumdioxid-Membran verschlossen wird. Diese Membran ist nur 7 µm dick und wird im Betrieb auf über 200 °C erhitzt. Siliziumdioxid ist Helium-permeabel, d.h. Helium kann Siliziumdioxid durchqueren. Dieser Effekt wird auch bei Helium-Permeationslecks ausgenutzt. Durch unterschiedliche Helium- Partialdrücke auf beiden Seiten der Membran gelangt Helium in die evakuierte Glaszelle. Durch die dünne Membran und die hohe Temperatur geschieht dies besonders schnell.
In der Glaszelle werden die Heliumatome durch eine Penningentladung nachgewiesen. Bei diesem Nachweis wird das Helium durch eine hohe Beschleunigungsspannung tief in die Kathode eingeschossen und dadurch der Absolutdruck im Glasgehäuse wieder gesenkt. In diesem Sinne wird das Helium also von einer Ionen-Getter-Pumpe nachgewiesen, nachdem es durch eine Siliziumdioxid-Membran aus der Luft „gefiltert“ wurde. Die Auflösung des Wise Technology™Sensors liegt bei einem Helium-Partialdruck von ca. 10-6mbar.
Links zu den Firmen Varian und Inficon finden Sie auf der Seite: "Links zu anderen Lecksuchadressen", wo Sie sich weitere Informationen über diese Geräte verschaffen können.