Течеискатель подбирают не по чувствительности из паспорта, а по задаче: какой газ ищем, какую утечку считаем браком, есть ли доступ к изделию с двух сторон и в каких условиях идёт контроль. Прибор с чувствительностью 10-12 в шумном цехе рядом с холодильной установкой покажет фон, а не течь, а дешёвый полупроводниковый датчик сработает на пары растворителя и уведёт бригаду в сторону.
Ниже разбираем, чем отличаются типы течеискателей, в каких единицах измеряется утечка, как сопоставить порог чувствительности с реальным требованием по герметичности и какие ошибки чаще всего приводят к пропущенным течам.
Что именно ищет течеискатель
Течеискание - это один из видов неразрушающего контроля, задача которого не просто сказать "негерметично", а найти место сквозного дефекта и оценить величину потока через него. Поэтому у любой методики есть три составляющие:
- пробный газ - то, что проходит через дефект и на что реагирует прибор: гелий, водородно-азотная смесь, фреон, элегаз SF6, метан, сжатый воздух;
- способ создания перепада давления - объект либо вакуумируют, либо опрессовывают пробным газом;
- детектор - собственно течеискатель, который регистрирует пробный газ или сопутствующий эффект, например ультразвук от турбулентной струи.
Если хотя бы одно звено выбрано неверно, чувствительность прибора роли не играет. Самый частый пример: изделие опрессовали воздухом, а ищут галоидным течеискателем, который на воздух не реагирует в принципе.
Единицы: в чём измеряют утечку
Путаница в единицах - причина большинства споров с заказчиком о том, годное изделие или нет.
- Па·м3/с - основная единица по российским стандартам. Это поток газа через дефект.
- мбар·л/с - та же величина в единицах, принятых у большинства импортных приборов. Пересчёт простой: 1 мбар·л/с = 0,1 Па·м3/с.
- г/год - принято в холодильной технике и кондиционировании, потому что нормируется потеря хладагента за сезон. Для фреонов порядок величин такой: 3 г/год - это примерно 10-4 мбар·л/с.
- ppm и ppm·м - концентрация газа в воздухе, а не поток. Такими единицами оперируют газоанализаторы и лазерные детекторы: они говорят, сколько газа в точке замера, но не сколько его вытекает.
Практический вывод: сравнивать приборы можно только внутри одной единицы. Течеискатель с порогом 5 ppm и течеискатель с порогом 5·10-12 мбар·л/с решают разные задачи, и вопрос "какой чувствительнее" к ним неприменим.
Типы течеискателей
Гелиевые масс-спектрометрические
Самый чувствительный класс приборов. Внутри - масс-спектрометр, настроенный на массу 4, то есть на гелий. Посторонние газы он физически не видит, поэтому ложных срабатываний почти нет.
Порядок чувствительности: в вакуумном режиме до 5·10-12 мбар·л/с, в щуповом (когда объект опрессован гелием, а оператор водит щупом по швам) - около 1·10-7 мбар·л/с. Разница в пять порядков объясняется тем, что в щуповом режиме гелий успевает разбавиться воздухом.
Гелий выбран не случайно: он инертный, не горит, имеет малый размер молекулы и проходит там, где воздух ещё держится, а его естественное содержание в атмосфере около 5 ppm, то есть фон практически нулевой.
Где применяют: вакуумное оборудование, теплообменники и конденсаторы, криогеника, компоненты для авиации и космоса, автомобильные кондиционеры и топливные системы на конвейере, ответственные сварные швы, оболочки кабелей, медицинские газовые линии. Везде, где утечка недопустима и требуется протокол с числом, а не просто отметка "течи не обнаружено".
Минусы: цена, необходимость баллона с гелием, время выхода на режим, требования к подготовке оператора. Для поиска утечки фреона в бытовом сплите это избыточный инструмент.
Галоидные (галогенные)
Реагируют на галогенсодержащие газы: фреоны R22, R134a, R404A, R410A, R32, а также на элегаз SF6. Классический чувствительный элемент - нагретый керамический или платиновый анод: при попадании галогена резко растёт ионный ток.
Чувствительность профессиональных моделей - от 1 до 3 г/год по фреону. Порог в 3 г/год закреплён в отраслевых требованиях к сервису автомобильных кондиционеров, поэтому большинство приборов под него и калибруется.
Где применяют: холодильные установки, промышленные чиллеры, кондиционирование, автосервис, испытания холодильного оборудования, контроль герметичности элегазовых выключателей и КРУЭ в энергетике.
Минусы: сенсор расходный, ресурс обычно 100-300 часов работы; прибор чувствителен к сквознякам и к остаточному фону, если в помещении уже стравливали хладагент. Подробнее про выбор конкретно под фреон мы писали в отдельном материале: как выбрать течеискатель фреона.
Ультразвуковые
Не реагируют на газ вообще. Они слушают: струя, выходящая через отверстие под перепадом давления, создаёт турбулентность и широкополосный шум, часть которого лежит в диапазоне 20-100 кГц. Прибор переносит этот диапазон в слышимый и показывает уровень в дБ.
Главное преимущество - безразличие к среде. Одним прибором ищут утечки сжатого воздуха, азота, пара, вакуума в системе, а также разряды в изоляции и коронные разряды на высоковольтном оборудовании. Второе преимущество - дистанционность: направленный датчик с параболическим концентратором ловит утечку с нескольких метров, без остановки линии.
Ограничения физические. Нужен перепад давления: при разнице меньше 0,3-0,5 бар турбулентность не формируется и утечка не звучит. Очень мелкие течи в герметичных изделиях ультразвуком не находятся. И прибор не скажет, сколько именно вытекает, - он покажет, где громче.
Где применяют: аудит пневмосистем на производстве (утечки сжатого воздуха - это, как правило, самая дорогая и самая незамечаемая статья потерь в цехе), паропроводы, конденсатоотводчики, арматура, обследование подстанций.
Инфракрасные (NDIR)
Измеряют поглощение инфракрасного излучения на характерной для газа длине волны. Для фреонов и углекислого газа это рабочий принцип, дающий стабильные показания годами.
Ключевое отличие от полупроводниковых сенсоров: инфракрасный не отравляется, не дрейфует от контакта с маслами и растворителями, держит заявленный порог весь срок службы. Чувствительность по хладагентам - от 1 до 4 г/год.
Минусы: дороже галоидных, дольше время отклика, чувствительность к запылению оптики.
Полупроводниковые и каталитические
Полупроводниковый сенсор (оксид металла на нагревателе) реагирует на широкий круг восстанавливающих газов. Это универсально и дёшево, но означает, что прибор одинаково откликнется на хладагент, пары бензина, спирт из санитайзера и выхлоп погрузчика. Годится как индикатор для быстрого обхода, не годится для приёмки.
Каталитический (термохимический, пеллистор) сенсор рассчитан на горючие газы - метан, пропан, водород. Работает по тепловому эффекту каталитического окисления. Отравляется соединениями кремния и серы, требует наличия кислорода и регулярной калибровки, но остаётся рабочим решением для газового хозяйства.
Лазерные и оптические
Лазерные метановые детекторы (TDLAS) регистрируют поглощение узкополосного излучения по трассе луча. Позволяют проверять газопровод с расстояния в десятки метров, в том числе с автомобиля или с беспилотника, и показывают результат в ppm·м - концентрацию, проинтегрированную вдоль луча.
Оптическая газовая визуализация - инфракрасная камера, настроенная на полосу поглощения конкретного газа, показывает облако утечки прямо на экране как дым. По элегазу и по углеводородам это самый наглядный метод контроля больших объектов без остановки.
Сравнение типов
| Тип | Что ищет | Порядок чувствительности | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| Гелиевый масс-спектрометрический | Гелий, водородные смеси | до 5·10-12 мбар·л/с | Вакуумная техника, теплообменники, криогеника, серийный контроль |
| Галоидный | Фреоны, SF6 | 1-3 г/год | Холод, кондиционирование, энергетика |
| Инфракрасный | Фреоны, CO2, углеводороды | 1-4 г/год | Сервис холодильного оборудования, длительная эксплуатация |
| Ультразвуковой | Любой газ под давлением, вакуум | от перепада 0,3-0,5 бар | Сжатый воздух, пар, арматура, электрооборудование |
| Полупроводниковый | Широкий круг газов | единицы-десятки ppm | Быстрый обход, индикация |
| Каталитический | Горючие газы | доли % НКПР | Газовое хозяйство, метан, пропан |
| Лазерный TDLAS | Метан | от 5 ppm·м, до 30-100 м | Обследование трасс газопроводов |
Как выбрать под свою задачу
Пройдите по пяти вопросам подряд, ответы дают почти однозначный выбор.
1. Какой газ в системе и чем можно опрессовать. Если объект уже заправлен фреоном - галоидный или инфракрасный. Если систему можно вакуумировать и подать гелий - гелиевый. Если стоит сжатый воздух и остановить линию нельзя - ультразвуковой.
2. Какая утечка считается браком. Возьмите цифру из технических условий или отраслевого норматива и переведите её в единицы прибора. Порог течеискателя должен быть минимум на порядок ниже допустимой утечки, иначе на границе допуска прибор будет давать разброс.
3. Есть ли доступ с двух сторон. Вакуумный метод даёт максимальную чувствительность, но требует, чтобы объект держал вакуум. Для закопанного трубопровода или работающей установки остаются щуповые и дистанционные методы.
4. В каких условиях идёт контроль. Шумный цех отсекает ультразвук без направленного датчика и наушников. Помещение, где регулярно стравливают хладагент, отсекает приборы без функции обнуления по фону. Работа на высоте и в стеснённых условиях - вопрос массы и автономности.
5. Нужен ли протокол. Если результат уходит заказчику или в надзорный орган, прибор должен быть внесён в Госреестр средств измерений и иметь действующее свидетельство о поверке. Индикаторы утечки, которые не являются средствами измерений, для этого не подходят, как бы уверенно они ни пищали.
Ошибки, из-за которых течь не находят
- Щуп ведут слишком быстро. Рабочая скорость - примерно 1-3 см/с на расстоянии около 5 мм от шва. При скорости пешехода прибор физически не успевает набрать концентрацию.
- Игнорируют плотность газа. Гелий и водород легче воздуха, их ищут сверху объекта и снизу вверх. Фреоны и элегаз тяжелее, они стекают вниз, и обход начинают снизу.
- Работают на сквозняке. Вентилятор, открытые ворота или даже приточная вентиляция сдувают пробный газ, и течь размером в допуск просто не доходит до щупа. Место контроля перед поиском закрывают от потоков.
- Не выдерживают время накопления. После опрессовки газу нужно время, чтобы дойти до наружной поверхности через дефект. На толстостенных изделиях это минуты, а не секунды.
- Не проверяют прибор по контрольной течи. Калиброванная течь - это эталон с известным потоком. Проверка по ней в начале и в конце смены показывает, что прибор всё это время действительно видел то, что должен был.
- Путают негерметичность и проницаемость. Резина и пластик пропускают гелий через объём материала, без всякого дефекта. На таких изделиях гелиевый метод даёт фон, который принимают за течь.
- Ищут вторую течь после первой найденной. Крупный дефект насыщает датчик и маскирует остальные. Правильно - устранить найденное и повторить контроль полностью.
Поверка и эксплуатация
Течеискатели, применяемые для измерений в сфере государственного регулирования, подлежат поверке, как правило с интервалом раз в год. Приборы, которыми пользуются для собственных нужд, формально можно калибровать, но на практике сервис и производство всё равно поверяют их, потому что результат уходит в протокол.
Отдельно по расходникам: у галоидных приборов сенсор имеет ограниченный ресурс и меняется, у гелиевых обслуживается насосная группа и фильтры, у ультразвуковых по факту расходников нет. Это заметно влияет на стоимость владения за три-пять лет, и на этапе выбора её стоит считать вместе с ценой прибора.
Коротко
- Сначала определяется пробный газ и метод опрессовки, потом прибор, а не наоборот.
- Максимальную чувствительность даёт гелиевый масс-спектрометрический метод, максимальную скорость обхода больших объектов - ультразвук и лазер.
- Для фреонов выбор идёт между галоидным (дешевле, сенсор расходный) и инфракрасным (дороже, стабильнее).
- Порог прибора берут на порядок ниже допустимой утечки по техническим условиям.
- Проверка по контрольной течи в начале смены важнее, чем цифра чувствительности в паспорте.
Подобрать прибор под конкретную задачу и получить сравнение по чувствительности и стоимости владения можно в разделе гелиевые и галоидные течеискатели, а также в общем каталоге течеискателей.
FAQ
Какой течеискатель самый чувствительный?
Гелиевый масс-спектрометрический. В вакуумном режиме он регистрирует поток до 5·10-12 мбар·л/с, то есть на несколько порядков меньше любого другого метода течеискания. В щуповом режиме, когда объект опрессован гелием изнутри и оператор ведёт щуп снаружи, порог составляет около 1·10-7 мбар·л/с - гелий успевает разбавиться воздухом. Такая чувствительность нужна в вакуумной технике, криогенике, теплообменниках и на серийном контроле автокомпонентов.
Чем гелиевый течеискатель отличается от галоидного?
Разными пробными газами и разными порядками чувствительности. Гелиевый прибор - это масс-спектрометр, настроенный на массу 4, он видит только гелий и практически не даёт ложных срабатываний, порог до 5·10-12 мбар·л/с. Галоидный реагирует на галогенсодержащие газы - фреоны R22, R134a, R404A, R410A, R32 и элегаз SF6, порог профессиональных моделей 1-3 г/год, что примерно соответствует 10-4 мбар·л/с. Гелиевый применяют там, где утечка недопустима и нужен протокол с числом, галоидный - в холодильной технике и энергетике.
Как работает ультразвуковой течеискатель?
Он не реагирует на газ, а слушает звук. Струя, выходящая через отверстие под перепадом давления, создаёт турбулентность и широкополосный шум, часть которого лежит в диапазоне 20-100 кГц. Прибор переносит этот диапазон в слышимый и показывает уровень в децибелах. За счёт этого одним детектором ищут утечки любого газа - сжатого воздуха, азота, пара, а также вакуум в системе и коронные разряды на высоковольтном оборудовании, причём дистанционно, с нескольких метров и без остановки линии.
Найдёт ли ультразвуковой течеискатель мелкую утечку?
Нет, у метода есть физический порог. Чтобы возникла турбулентность и появился ультразвук, нужен перепад давления примерно от 0,3-0,5 бар; при меньшей разнице утечка просто не звучит. Мелкие течи в герметичных изделиях ультразвуком не находятся, для них применяют гелиевый или галоидный метод. Кроме того, ультразвуковой прибор не измеряет величину утечки - он показывает, где громче, а не сколько вытекает.
В чём измеряется чувствительность течеискателя?
В единицах потока газа через дефект: Па·м3/с по российским стандартам и мбар·л/с у большинства импортных приборов, пересчёт 1 мбар·л/с = 0,1 Па·м3/с. В холодильной технике принята единица г/год, потому что нормируется потеря хладагента за сезон: 3 г/год - это примерно 10-4 мбар·л/с. Отдельно стоят ppm и ppm·м - это концентрация газа в воздухе, а не поток, ими оперируют газоанализаторы и лазерные детекторы. Сравнивать приборы можно только внутри одной единицы.
Какой течеискатель выбрать для поиска утечки фреона?
Галоидный или инфракрасный, с порогом 1-3 г/год. Галоидный дешевле, но его нагреваемый сенсор расходный, ресурс обычно 100-300 часов работы. Инфракрасный дороже, зато не отравляется маслами и растворителями, не даёт дрейфа и держит заявленный порог весь срок службы, что важно при постоянной сервисной нагрузке. Полупроводниковые индикаторы за несколько тысяч рублей реагируют и на пары бензина, и на спирт, поэтому годятся только для быстрого обхода, но не для приёмки.
Чем искать утечки сжатого воздуха в цехе?
Ультразвуковым течеискателем с направленным датчиком. Сжатый воздух безвреден и не имеет пробного газа, который мог бы зарегистрировать химический сенсор, поэтому единственный рабочий признак утечки - ультразвук от струи. Обход делают под рабочим давлением, без остановки производства, с расстояния до нескольких метров. Параболический концентратор позволяет проверять магистрали под потолком с пола. Утечки сжатого воздуха обычно оказываются самой дорогой и самой незамеченной статьёй потерь в цехе, поэтому такой аудит окупается быстро.
Как искать утечку газа на подземном трубопроводе?
Двумя способами в связке. Первый - дистанционный лазерный детектор метана (TDLAS): луч проходит над трассой, прибор показывает концентрацию в ppm·м с расстояния в десятки метров, съёмку ведут пешком, с автомобиля или с беспилотника. Второй - щуповой отбор пробы газоанализатором из контрольных скважин и шурфов, когда трасса локализована и нужно уточнить место. Ультразвук через грунт не работает. Для водопроводов задача другая - там применяют акустические корреляторы и течеискатели воды.
Почему исправный течеискатель не находит утечку?
Чаще всего дело в методике, а не в приборе. Щуп ведут слишком быстро - рабочая скорость около 1-3 см/с на расстоянии 5 мм от шва, при быстром обходе датчик не успевает набрать концентрацию. Не учитывают плотность газа: гелий и водород легче воздуха и скапливаются сверху, фреоны и элегаз тяжелее и стекают вниз. Работа на сквозняке сдувает пробный газ ещё до щупа. Не выдерживают время накопления после опрессовки - на толстостенных изделиях это минуты. И крупная течь насыщает датчик, маскируя остальные, поэтому контроль повторяют после устранения найденного дефекта.
Что такое контрольная течь и зачем она нужна?
Контрольная (калиброванная) течь - это эталон с известным и аттестованным потоком газа, по которому проверяют работоспособность течеискателя. Проверку делают в начале и в конце смены: совпадение показаний подтверждает, что прибор всё это время действительно регистрировал поток нужного порядка. Без такой проверки результат контроля формально недостоверен, потому что загрязнение щупа, износ сенсора или подсос в тракте снижают чувствительность незаметно для оператора.
Нужна ли течеискателю поверка?
Да, если прибор применяется для измерений в сфере государственного регулирования или его результат уходит в протокол заказчику. В этом случае течеискатель должен быть внесён в Госреестр средств измерений и иметь действующее свидетельство о поверке, интервал обычно один год. Приборы для собственных нужд формально можно только калибровать, но на практике сервис и производство поверяют их тоже. Индикаторы утечки, не являющиеся средствами измерений, для приёмочного контроля не подходят независимо от заявленной чувствительности.
