8.2.2 잔류 가스 분석기
잔류 가스 분석기를 이용하여 진공 시스템의 누설을 검출하기 위해 가장 많이 사용하는 가스가 헬륨(helium)이다. 이는 상기 표나 그림에서 알 수 있듯이, 대기 중에 헬륨이 차지하는 비율이 매우 낮으며, 즉 누설을 검출할 경우에 유입되는 기체와 구별하기 상당히 쉽기 때문이다. 잔류 가스 분석기로 누설을 검출하는 경우, 주로 헬륨을 탐지 가스로 사용하는 구체적인 이유를 살펴보면 다음과 같다.
1. 헬륨은 불활성 기체 중에 가장 가볍다. 따라서 미세한 균열이나 구멍을 통한 누설이라 하더라도 검출하는 데 감도가 좋으며, 잔류 가스 분석기를 이용하여 쉽게 검출할 수 있다.
2. 헬륨은 누설검사가 용이하다. 이는 이미 그림 8-4에서 기술하였듯이 대기 중에서 극소량 포함하고 있으므로 검출하기 전에는 거의 0이지만, 누설을 통해 유입되는 공기에 포함하게 되면, 쉽게 구별할 수 있다.
3. 헬륨을 통해 비파괴 누설 검사가 가능하다. 즉, 헬륨을 이용하여 검출하는 과정은 진공 시스템을 전혀 파괴하지 않고 정상적으로 유지하면서 검사하는 방식이다.
4. 헬륨은 독성이 없으며, 가연성이나 폭발의 우려가 없다는 점과 다른 불활성 기체에 비해 값이 싸다는 장점을 가진다. 특히, 헬륨은 마시더라도 인체에 해를 끼치지 않기 때문에 안전하지만, 많이 마시게 되면 질식할 수 있으므로 주의하여야 할 것이다. 이와 같은 4가지 장점으로 헬륨은 잔류 가스 분석기를 통해 주로 사용하는 기체이며, 이상적인 가스로 여겨진다.
그림 8-5에서는 헬륨 가스를 이용하여 잔류 가스 분석기로 누설을 검출하는 4가지 방식을 나타내고 있다. 그림에서와 같이 잔류 가스 분석기를 이용하여 누설 부위를 추적하는 방법은 프로브법(probe test), 후드법(hood test), 스니퍼법(sniffer test) 및 압박주입법(bombing test)으로 분류한다.
1. 프로브법
가장 흔하게 사용하는 검출 방법으로 잔류 가스 분석기의 프로브를 진공 용기에 장착하고, 누설이 예상되는 대상 부위에 헬륨 가스를 뿌려가면서 추적하는 방식이다. 누설 위치를 비교적 용이하게 찾을 수 있으며, 누설의 크기도 파악할 수 있다. 정밀하게 검사하기 위해 대상물의 추적 위치를 위에서 아래 방향으로 순차적인 방식이 유효하며, 또한 누설의 감도를 높이기 위해 검사하지 않는 부분은 격리하는 것이 바람직하다.
2. 후드법
검사하고자 하는 용기나 부품을 비닐이나 후드로 덮어씌우고 이 안에 헬륨 가스를 주입하여 누설을 검출하는 방식이다. 이와 같은 방법은 검출 대상물의 누설 여부를 빨리 파악할 수 있다는 것과 전체 누설률을 알 수 있다는 장점이 있다. 즉, 후드법은 주로 산업체에서 사용하는 방법으로 미세한 누설을 추적하는 것보다는 규모가 큰 누설을 감지하여 생산을 높이기 위해 많이 사용하게 된다.
3. 스니퍼법
스니퍼법은 프로브법과 반대로 누설을 확인하고자 하는 용기나 부품의 내부로 헬륨 가스를 주입하여 균열이나 구멍으로 새어 나오는 헬륨을 잔류 가스 분석기로 검사하는 방식이다. 이러한 방법은 검출하려는 부분에 스니퍼 프로브를 사용하게 되며, 대기 중으로 빠져나온 헬륨은 분산되기 때문에 감도가 떨어지고, 누설률을 알기가 어렵다.
4. 압박주입법
헬륨을 주입할 수 없는 밀봉된 부품의 경우에 주로 사용하는 방법으로 큰 용기 속에 부품을 넣고, 장시간 동안 헬륨을 고압으로 압박 주입하게 되면, 누설 대상 부위로 헬륨이 파고 들어가게 된다. 이후, 용기 내에 헬륨을 배기하고 부품에서 방출하는 헬륨 가스를 추적하는 방식이다. 이와 같은 방식은 다량의 소형 부품을 동시에 검출할 수 있는 특징을 가진다.
8.3 누설의 방지
진공 시스템을 설계하고 제작함에 있어 가장 중요한 문제인 누설은 발생하지 않도록 주의하여야 한다. 이제, 누설의 방지 및 유지를 위해 주의할 사항을 살펴보기로 한다.
1. elastomer에서 가스의 투과나 가스의 방출을 고려하여 허용 누설률을 파악한다.
2. 누설 검출에 대한 방법을 고려한다.
3. 용접에 있어 외측 용접, 이중 용접 및 응력을 가하는 용접 등을 사용하지 않는다.
4. 구조적으로 용접부에 가해지는 응력을 피한다.
5. 두께가 다른 부품의 용접은 삼간다.
6. 누설 검사가 용이한 방식으로 진공 시스템을 제작한다.
7. 축의 길이 방향으로 표면이 긁히지 않도록 주의한다.
8. 진동에 의한 헐거워지는 점을 고려한다.
9. 가능한 누설이 발생하지 않는 재료를 사용한다.
10. 누설 검사는 대기압에 가까운 부분에서부터 실시한다.
11. 후드법에 의해 먼저 전체 누설에 대해 검사한다.
12. 진공 게이지나 잔류 가스 분석기를 이용하여 누설의 여부를 확인한다.
진공 시스템에서의 완벽하게 누설을 제지하기에는 매우 어려우며, 모든 진공 시스템은 누설이라는 고민거리에서 완전히 자유로울 수는 없다. 그러나 허용되는 범위 내에서 누설은 결코 커다란 문제가 될 수도 없으며, 진공 시스템의 용도에서 미세한 누설은 무시하여도 될 것이다.
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