L’applicazione della metodologia con spettrometria di massa rappresenta la migliore espressione nei controlli industriali di tenuta per la buona sensibilità e per la velocità di collaudo ottenibile.

Si tratta di stabilire se accettare o rifiutare il prodotto anche se non si ricerca il punto di fuga o l’entità della fuga; il fattore critico è il tempo di durata della prova che spesso non può eccedere qualche decina di secondi.

La taratura del sistema viene effettuata per mezzo di una fuga calibrata, appositamente realizzata per il sistema e tarata per garantire la riferibilità ai campioni nazionali. Un software, appositamente sviluppato, permette la gestione automatica del sistema e il suo continuo monitoraggio, permettendo all’operatore di verificare il ciclo di misura anche segnalando l’insorgere di anomalie o la necessità di interventi di manutenzione. Esso permette anche l’archiviazione dei dati relativi ai prodotti processati per garantire la tracciabilità.

Dopo la progettazione e la realizzazione, il sistema di collaudo viene caratterizzato definendo: la sensibilità, la ripetibilità, il fattore macchina, la costante di tempo. Infine viene effettuata la taratura e quindi l’impostazione del valore di soglia di accettabilità.

La sensibilità del sistema è la minima fuga rilevabile nella configurazione di prova, essa si ottiene collegando alla camera di prova una fuga di valore pari a quella che deve essere la soglia di accettabilità del prodotto. La ripetibilità è ottenuta ripetendo più volte il ciclo di misura registrando il segnale dello spettrometro di massa corrispondente alla massa dell’elio.

Il fattore macchina è il rapporto tra il flusso misurato con una fuga tarata direttamente collegata al cercafughe e la stessa fuga collegata al prodotto in prova e posta nella camera di misura. La costante di tempo del sistema è il tempo necessario per avere la stabilizzazione del segnale dello spettrometro.

Il processo di prova può durare pochi secondi; in questo tempo è necessario svuotare preventivamente l’oggetto da testare per poterlo portare in pressione con una concentrazione del gas definita e costante, oltre che uniformemente distribuita; contemporaneamente viene evacuata la camera di misura e quindi, rilevata e quantificare la presenza di elio, scaricare la pressione dall’oggetto e riportare la camera di misura alla pressione atmosferica.

Spesso, oltre al controllo di tenuta viene abbinata una prova in pressione con semplice aria secca o azoto per sollecitare i componenti del pezzo allo sforzo della brusca salita di pressione. Durante il processo si ha quindi la pressurizzazione a gradini di pressione, il mantenimento (seppur per periodi brevissimi) della pressione massima con il rilevamento, attraverso la caduta di pressione delle macro-perdite eventualmente presenti consentendo l’aborto del ciclo di prova con l’anticipo della segnalazione di scarto, quindi lo scarico della pressione del gas usato e l’evacuazione del pezzo preparandolo alla successiva pressurizzazione con l’elio.

Con tempi così limitati, non si può attendere che il sistema raggiunga condizioni di equilibrio stabile nella camera di analisi prima di procedere alla misurazione. Per questo si imposta il sistema in modo che in fase di misura, e senza attendere più di alcuni secondi, sia rilevato il segnale generato dalla fuga tarata, e questo conduca la macchina in condizione di scarto. Viene insomma rilevato un segnale corrispondente all’intensità del picco della massa dell’elio con lo spettrometro, molto minore di quello che corrisponderebbe allo stato di equilibrio che si raggiunge nella camera di analisi dopo un tempo prolungato (definito dalla costante di tempo).

Se misurazioni ripetute più volte indicano una buona ripetibilità del segnale a parità di tempo, questo segnale è definito come soglia di accettazione-scarto del prodotto in camera.

Il rapporto tra il flusso di saturazione della fuga tarata letta direttamente dallo spettrometro ed il segnale corrispondente alla soglia di scarto impostata nella camera di analisi è il fattore macchina.

Per questo motivo, la macchina di collaudo industriale ha la funzione di operare una selezione buono/scarto alla stregua di un calibro passa/non-passa.

La condizione di misura che avviene in un punto della curva di saturazione e non sul valore di saturazione stesso e il conseguente “taglio” della misura al superamento della soglia impostata, impediscono la definizione del valore reale del flusso di perdita che ha causato lo scarto.

In altre parole, la misurazione è la soglia di scarto, il valore di flusso eventualmente letto dopo un certo tempo è ancora funzione della entità della perdita che lo ha provocato, ma risente fortemente della velocità di reazione del sistema: dell’elettronica di trasformazione del segnale, della meccanica di chiusura della valvola di misura, ecc. Il valore di flusso registrato quindi, offre semplicemente un valore indicativo e non è rappresentativo per una archiviazione.

Nella figura che segue è riportato un esempio del ciclo di collaudo di scambiatori di calore. Nella parte superiore della figura è riportato l’andamento della pressione in funzione del tempo (linea blu andamento della pressione nell’oggetto in prova, linea rossa andamento della pressione nella camera d’analisi durante le fasi del ciclo) e nella parte inferiore sono rappresentati gli stati logici delle valvole (aperto/chiuso).

Nel grafico sono evidenziate le fasi di pressurizzazione dell’oggetto, partendo dalla pressione atmosferica si raggiungere la pressione  con i controlli intermedi G33 e G34. Se l’oggetto non presenta fughe grossolane resta in pressione per alcuni secondi quindi segue la fase di  scarico (G39), l’evacuazione (G36) e la pressurizzazione con elio (G35).  In questa fase, in cui nella camera di misura si è raggiunto il vuoto limite (G18), avviene la misura del flusso corrispondente alla soglia impostata. Infine la camera di misura e l’oggetto in prova vengono riportati alla pressione atmosferica.