基于容积补偿的差压式高精度气体检漏装置的研究

　　0　引言

　　密封性作为一项与产品质量密切相关的技术指标,近年来日益受到众多行业的关注,如在汽车、内燃机以及燃气用具行业的热水器、灶具、煤气表、煤气管道、工业用的各种阀门制造等行业。随着测漏技术的发展,特别是气体测漏仪的研究使测漏技术得到了更广泛的应用,但是如何高精度地快速检测泄漏量,一直未能得到圆满的解决。目前,气压法测漏技术还存在着许多问题,仍然在不断发展和完善。从检测性质的本身来看,发展方向主要在于如何缩短测量时间,提高测量精度,降低产品价格等。

　　对气密性的现代检测方法主要有直压法和差压法,差压法的测试精度要高于直压法,但差压式仪器的结构稍复杂,需要一个密闭参考件配合使用。本文作者将根据压力平衡原理提出一种运用容积补偿实现微差压检测微量泄漏的方法,可以提高测试精度,缩短测试周期。

　　1　系统工作原理

　　将1个充气加压到p0的密封平衡系统分割成两个子系统,并使2个子系统重新恢复到原来系统的状态后,如果2个子系统出现不均衡泄漏,将引起2个子系统之间的压力差。假设其中的1个子系统保持工程中的绝对密封(称为“标准件腔”),则由于不均衡泄漏引起的压力差将反应另一个腔体泄漏的状况,压差的大小将间接反映出泄漏量的多少,根据气体状态平衡方程可推导出以下关系式:

式中:Q为泄漏量, mL/min;

　　Ve为密封系统等效内容积, mL;

　　Δp为压力差, Pa;

　　t为检测时间, s。

　　由于实际测量工程并不是在理想状态下,对密封系统进行充气加压可能引起系统内容积的变化, 2个系统之间可能存在一定的气体温度差异,这些都会在一定程度上影响测试结果,因此必须将其作为实际测试工程中的考虑因素。为此必须将容积和温度差异引起的差压的变化从实际测试差压的结果中去除掉。其中因容积变化引起的差压的变化关系如下:

　　因温度变化引起的差压变化关系如下:

式中:ΔT为温度差,℃;

　　ΔV为体积变化, mL。

　　如图1所示,不同于普通的差压测漏系统,作者在测试系统中引入了一个容积补偿装置,该装置包括补偿用的气缸C3和驱动补偿气缸的驱动装置步进电机M及位移传感器S3。在检测过程中,如果被测容器C2有泄漏时,差压传感器S2发出一个电信号,通过测量电信号准确地知道标准容器C1和被测容器C2之间的压力差,在确定被测容器泄漏超过所设定的误差容许值后,通过驱动装置驱动补偿气缸将补偿气缸内的气体补偿进被测容器。通过补偿装置的补偿作用,将使被测容器和标准容器之间的压力差逐渐缩小,直至被测容器和标准容器之间的压力平衡(压力差在某个设定的误差容许值内)。在通过补偿装置使被测容器和标准容器之间压力平衡的同时,记录下补偿气缸补偿进被测容器内的气体补偿量ΔV,该补偿量等于在测试时间Δt内被测容器的泄漏量,则被测容器的泄漏率。