气密性检测方法分析

气密性检测方法分析

龙　飞　邢　武　盛曾慰

摘要　本文针对不同的测试压力、体积以及精度要求,对几种用压力传感器检测气密性的方法进行了分析。 关键词　气密性　检测　方法分析

引 言

在实际应用中,密封性指的是在给确定被测密封件加一定压力介质的情况下,允许介质泄漏的极限量。本文所定义的气密性的介质为常温下的加压空气。

气密性检测可根据测试手段不同分为两大类:一类是通过目测的气泡量来判断,即在向工件腔内充一定压力的气体时,将其浸入水中或涂肥皂泡,根据目测肥皂泡或水中的气泡来判断工件是否有漏及泄漏的程度。目前,这种方法在冰箱、空调的密封管道以及箱体检漏时仍普遍采用。但这种方法测试效率低,受主观因素影响较大,同时用这种方法测试后,还必须对工件进行干燥和防锈处理。

另一类是通过传感器的信号输出来判断,即向工件腔内充一定压力的气体,通过压力传感器的信号输出来判断工件是否有漏,并计算出其泄漏率,即单位时间内压力传感器输出的变化值。这种方法测试效率高,不受主观因素影响,而且测试后不需要对工件进行其它处理。1　气密性检测方法

1.1　单一传感器直接检测方法

当对密封件的气密性指标要求不高时,可以采用图1所示的单一传感器直接检测方法(以下称它为方法1)。用压力表或压力传感器P 直接测量被测工件内部压力,并根据一定时间内的压力变化值算出工件的泄漏率,即∃=∃P ∃T

。

图1　单一传感器直接检测法

整个工作过程是:打开气源和V 1阀,向工件充气,当压力传感器P 输出值到所设定值时,关闭V 1,经过一段平衡时间后,读取传感器输出值P 1,经T 时间后,再读取传感器输出值P 2,计算出工件在该

条件下的泄漏率,即∃=(P 2-P 1) T 。随后打开

V 2,放气。图2为工件在整个工作状态下腔内的压力波动图

。

图2　压力波动图

图2中T 是等待阶段,T 是充气阶段,T 是平衡阶段,T 是测试阶段,T 是放气阶段。从图中可以看出在充气阶段气源打开时,工件内腔压力很快到达设定值,进入平衡阶段,在平衡阶段初期由于V 1阀关闭的扰动造成气流波动较大,稍候气流比较

稳定时,到达测试阶段。当工件泄漏量比较大时,P 12P 2之间曲线的斜率较大;反之,P 12P 2之间曲线是较

平滑的几乎与T 坐标平行的直线。1.2　双传感器间接检测方法

用方法1进行气密性检测气路连接简单,采样点也较少,但是其测试精度较差、分辨率低,特别是对于测试压力较高,即P 2-P 1νP 1时,传感器已无法反映微小泄漏量,而难以判定工件是否泄漏,这时可以采用图3所示的双传感器间接检测方法(以下称它为方法2)。首先将被测工件通过夹具或其它手段密封于一体积稍大的密封腔内,用大量程的压力传感器P 大测量被测工件内部的充气压力,小量程的压力传感器P 小测量工件漏到密封腔内的气体压力,再根据一定时间内P 小的压力变化值算出工件的泄漏率。

整个工作过程是:打开气源和V 1阀,向工件充气,当大量程的压力传感器P 大的输出值到设定值时,关闭V 1,经过一段平衡时间后,读取小量程的压力传感器P 小输出值P 小1,再读取经T 时间后的

第5期(总第83期)

2000年10月液　压　气　动　与　密　封

H yd .Pneum.&Seals N o.5(Serial N o.83)O ctober,2000

图3　双传感器间接检测法

P 小2,(P 小2-P 小1) T 即为工件在该测试条件下的泄漏率∃,随后打开V 2、V 3阀放气。图4为工件在整个工作状态下的压力波动图

。

图4　压力波动图

图4中T 是等待阶段,T 是充气阶段,T 是平衡阶段,T 是测试阶段,T 是放气阶段。从图中可以看出方法2在充气、平衡、测试以及放气阶段P 大曲线与方法1同阶段的曲线类似,只是在测试阶

段由于进气压力较高工件泄漏变化不大时,从P 大曲线已无法判断,因此应该通过P 小曲线来进一步分析。当工件泄漏量比较大时,P 小1-P 小2之间曲线的斜率较大;反之,P 小1-P 小2之间曲线是较平滑的几乎与T 坐标平行的直线。如果不放气,P 小1-P 小2最终是一条与T 坐标平行的直线。(见图4P 小曲线的延伸虚线)

1.3　差压检测方法

方法2虽然在结构上较复杂,但是它不因工件内的充气压力大小而影响检测,测量精度可通过选择不同量程范围和精度的压力传感器来实现。由于该方法需要一个稍大的外密封件,因此它对于小体

积工件的测量是卓有成效的,但是对于大体积工件实施起来就较复杂了。此外,当被测工件存在着大泄漏的情况下,小量程的压力传感器容易超载损坏。这时可以采用图5所示的差压检测方法(以下称它为方法3),用压力传感器P 测量被测工件内部的充气压力,差压传感器∃P 直接测出被测工件与标准工件之间的差压值,计算工件的泄漏率。

整个工作过程是:打开气源和V 1阀,向工件充

气,当压力传感器P 输出值到所设定值时,关闭V 1,经过一段平衡时间后,关闭V 3、V 4阀,取T 时间后的差压传感器∃P 输出值∃P 1,再取T 时间后∃P 2,(∃P 22∃P 1) T v 即为工件在该条件下的泄漏率∃。打

开V 2,放气。图6为工件在整个工作状态下的压力波动图

。

图5　差压检测方法

图6　压力波形图

图6中T 是等待阶段,T 是充气阶段,T 是平衡阶段,T 是测试平衡阶段,T 是测试阶段,T 是放气阶段。从图中可以看出P 曲线在充气、平衡以及放气阶段的变化趋势与前两种方法类似。∃P 曲线在充气阶段的波动因整个管道对于差压传感器的对称性不同而或大或小。而当V 3、V 4阀关闭时,由于两阀的不同步使∃P 曲线波动较大,这时如果测试,其测量结果误差较大,所以必须经过测试平衡阶段。因此把握好测试平衡时间对于高精度的气密性检测相当重要。当工件泄漏量比较大时,测试阶段∃P 22∃P 1的曲线斜率较大;反之,测试平衡∃P 22∃P 1的曲线是一条趋近于与T 轴平行的直线。方法3虽然在气路结构上较复杂,采样点较多,成本也较高,而且需要一个与被测工件在形状、尺寸、材料,甚至于二者所处的环境都要一样的不漏的标准工件,但是由于其在气路上采用了对称的桥路测量原理,即压力传感器测量充气压力,差压传感器测量被测件与标准件的差压值,因此从原理上解决了方法1、2气密性测试受测试压力高低以及工件体

22　液　压　气　动　与　密　封2000年第5期