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Dtection de fuite hlium

Aspect Mesure

Prpar par : F.Rouveyre

Date : 24 Octobre 2012

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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

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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

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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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