헬륨 리크 디텍터(Helium Leak Detector)에 대해 알아보자
리크 디텍터(Leak Detector)는 진공의 기밀 누설을 검출하기 위한 장치입니다.
보통 질량 분석관과 헬륨 가스를 사용하기 때문에 헬륨 리크 디텍터, 헬륨 리크 검출기라도 불립니다.
이번 시간에는 헬륨 리크 디텍터에 대해 알아보겠습니다.
헬륨 리크 디텍터(Helium Leak Detector)
헬륨 리크 디텍터는 진공 시스템이나 압력 용기, 기타 밀폐된 구성 요소의 누설을 감지하는 데 사용되는 장치입니다.
헬륨 리크 디텍터는 주로 고밀도 또는 고순도의 시스템에서 누설이 발생할 수 있는 곳에서 사용되며, 반도체 제조, 항공 우주, 의료 기기, 전력 발전, 화학, 공학 등 다양한 산업에서 사용되고 있습니다.
누설 감지를 위해 헬륨을 사용하게 된 계기는 1940년대 원자폭탄을 제작하기 위한 맨해튼 프로젝트입니다.
원자폭탄을 제조하기 위한 대규모 시설의 프로세스 챔버 및 모든 장비는 누설을 극단적으로 막아야 했습니다.
그 전에도 누설을 확인하기 위한 리크 디텍터는 있었지만 이렇게 이 정도의 규모와 극단적인 사양의 누설량 감지가 필요하지 않았습니다.
다양한 종류의 리크 디텍터를 시험해 봤지만 필요한 감지량을 충족하지 못하고 실패했습니다.
결국 누설 감지를 위해 Nier 60 스펙트로미터(Spectrometer)를 기반으로 한 단순화된 질량 분광계가 선택되었으며, 사용되는 기체로 헬륨 가스가 선택되었습니다.
헬륨의 분자 크기는 약 0.016 나노미터로, 공기 분자의 크기보다 약 100배 작은데, 이렇게 매우 작고 가벼운 기체이기 때문에 공기보다 훨씬 작은 누설에도 쉽게 침투할 수 있었습니다.
또한 헬륨은 비활성 기체이기 때문에 다른 물질과 반응하지 않고 화학적으로 매우 안정한 기체로, 다른 물질과 혼합되지 않으며, 무색, 무취, 무독성 기체로 인체에도 무해했기 때문에 검사자에게 안전했습니다.
헬륨의 작은 분자 크기와 지구 대기에서의 낮은 농도, 그리고 매스 스펙트로미터의 높은 감도 덕분에 헬륨 리크 디텍터는 누설 탐지의 표준 도구로 빠르게 자리 잡을 수 있었습니다.
헬륨 리크 디텍터는 10^-6 std cm3 만큼 민감한 헬륨 흐름도 쉽게 감지할 수 있는 것으로 확인되었습니다.
헬륨 리크 디텍터의 종류
주로 사용되는 헬륨 리크 디텍터 방식은 질량 분석기 리크 디텍터와 냉음극 리크 디텍터, 두 가지 유형이 있습니다.
질량 분석기 리크 디텍터
질량 분석기 리크 디텍터는 질량 분석기를 사용해 기체를 이온화하고 분리해 다른 기체에서 헬륨을 감지할 수 있습니다.
이로 인해 매우 민감한 감지 기능을 갖추고 있으며, 매우 작은 누설도 감지할 수 있습니다.
냉음극 리크 디텍터
냉음극 리크 디텍터는 냉음극을 사용해 헬륨과 충돌하는 전자를 생성합니다.
이로 인해 이온이 생성되고 센서에 감지됩니다.
냉음극 리크 디텍터는 질량 분석기 리크 디텍터보다 민감도가 떨어지지만 더 견고하고 휴대성이 뛰어납니다.
헬륨 리크 디텍터의 테스트 방법
헬륨 리크 디텍터는 다양한 방법으로 테스트가 가능합니다.
Global Helium Spray
글로벌 헬륨 스프레이 테스트는 테스트 객체의 전체 표면에 헬륨을 분사하는 방법입니다.
이 방법을 사용하려면 부품을 헬륨 누설 감지기에 연결해 테스트를 진행해야 합니다.
테스트 객체에 누설이 있는 경우 헬륨이 누설을 통해 테스트 객체 내부로 들어가고, 헬륨 리크 디텍터가 헬륨을 감지합니다.
이 테스트 방법은 빠르고 간단하며 넓은 범위의 누설을 감지할 수 있고, 테스트 객체이 크기가 작을 경우 유리합니다.
Local Helium Spray
로컬 헬륨 스프레이 테스트는 테스트 객체의 특정 영역에 헬륨을 분사하는 방법입니다.
테스트 객체에 누설이 의심되는 영역에 헬륨을 집중적으로 분사해 누설을 찾습니다.
이 테스트 방법은 글로벌 헬륨 스프레이 테스트보다 정확도와 누설 위치를 찾기 쉽지만 테스트 시간이 더 오래 걸립니다.
Helium Charged Vacuum Test
헬륨 충전 진공 테스트는 테스트 객체를 진공 상태로 만들고 헬륨을 충전하는 방법입니다.
테스트 객채에 누설이 있을 경우 헬륨이 누설을 통해 테스트 객체 외부로 빠져나고, 헬륨 리크 디텍터가 헬륨을 감지해 누설을 확인합니다.
이 테스트 방법은 매우 작은 누설을 감지할 수 있습니다.
Partial Vacuum Method(Ultra Sniffer test)
부분 진공 방법은 테스트 객체를 부분 진공 상태로 만들고 헬륨을 충전하는 방법입니다.
테스트 객체에 누설이 있을 경우 헬륨이 누설을 통해 테스트 객체 외부로 빠져나가고, 헬륨 리크 디텍터는 헬륨을 감지해 누설을 확인합니다.
Bombing Test
버밍 테스트는 테스트 객체에 헬륨을 고압으로 주입하는 방법입니다.
테스트 객체에 누설이 있는 경우 헬륨이 누설을 통해 테스트 객체 외부로 빠져나가고, 헬륨 누설 감지기는 헬륨을 감지합니다.
이 테스트 방법은 매우 작은 누설을 감지할 수 있지만 테스트 객체에 손상을 줄 수 있습니다.
Helium Chared Sniffer Test
헬륨 충전 스니퍼 테스트는 테스트 객체를 진공 상태로 만들고 헬륨을 충전한 후 헬륨 누설 감지기를 사용해 테스트 객체를 검사하는 방법입니다.
헬륨 누설 감지기가 헬륨을 감지하고 누설의 위치를 확인할 수 있습니다.
헬륨 리크 디텍터에서 사용되는 단위
헬륨 리크 디텍터에서 사용되는 주요 단위는 누설량(누출률)을 나타내는데 사용됩니다.
값은 특정 시간 동안 누설되는 헬륨의 양을 기반으로 하며, 다양한 산업과 국가에서 사용하는 표준에 따라 여러 가지 단위가 존재합니다.
표준 누설률(Standard Leak Rate)
10^-6 mbar L/s
표준 누설률은 1초 동안 10^-6 mbar L/s의 헬륨이 누설되는 것으로 정의된 누설률로, 누설 검출 장비의 정확성과 재형성을 확인하거나, 누설 검출 방법의 효과성을 평가하기 위해 사용되는 참조 값입니다.
표설 누설률을 제공하기 위해 특별하게 설계된 '표준 누설' 또는 '칼리브레이션 누설'이라는 장치가 사용됩니다.
이 장치들을 일정한 누설률을 유지하기 위해 정밀하게 제작되었으며, 시간에 따라 그 값이 변하지 않도록 보장됩니다.
표준 누설률은 일반적인 누설률을 나타내지만, 의료 기기의 경우 10^-10 mbar L/s, 반도체 제조의 경우 10^-12 mbar L/s 이하의 표준 누설률을 사용하기도 합니다.
mbar L/s(Pa m^3/s)
1초 당 1mbar(1Pa) 압력이 가해질 때 누설되는 헬륨의 양을 리터(세제곱 미터)로 나타냅니다.
Atomosheric cc/sec(atm cc/s)
1초 당 1기압의 압력이 가해질 때 누설되는 헬륨의 양을 cc로 나타냅니다.
Torr L/s
1초 당 1torr의 압력이 가해질 때 누설되는 헬륨의 양을 리터로 나타냅니다.
인포라드는 높은 정확도와 빠른 응답 속도로 신뢰도가 높은 열전대 진공 게이지 튜브를 제공하고 있으며, 다양한 압력대의 진공 센서와 그리고 기체 유량을 측정하는 Mass Flow Meter / Mass Flow Controller도 제공하고 있습니다.
인포라드는 제품 출고 전 헬륨 리크 디텍터를 이용해 제품의 누설 여부를 확인합니다.
문의사항은 아래 링크를 이용하시기 바랍니다.
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