旋转式气密性检测装置原理与应用

第 30卷第6期 Vo1．30，No．6 西 华 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Xihua University ·Natural Science 2011年 11月 NOV．2011 文章编号：1673．159X(201 1)06-0099-03 旋转式气密性检测装置原理与应用 金应荣 ，周 华 ，刘锦云 ，栾道成 (1．西华大学科学与学院，四川 成都 610039；2．西华大学交通与汽车工程学院，四川 成都 610039) 摘 要：设计了一种不仅可以进行常规气密性检测，还可以进行系统的慢性泄漏检测的旋转式气密性检测装 置，介绍了该装置的结构、原理、标定方法与应用实例。该装置将差压测量系统的比较腔融人测量装置中，让 u型 管具有压差测量和连通管道的双重功能，在保持较高检测精度的同时，简化了测量系统，缩小了体积，减少了阀门 等运动部件，提高了检测装置的可靠性。 关键词：气密性检测；差压测量 中图分类号：TH137 文献标志码 ：A Principles of Gas Leakage Detecting Apparatus and Its Application JIN Ying．rong ，ZHOU Hua ，LIU Jin．yun ，LUAN Dao—cheng (1．School ofMaterials Science and Engineering，Xihua University，Chengdu 610039； 2．School of Transportation and Automotive Engineering，Xihua University，Chengdu 610039) Abstract：This paper presents a rotatable apparatus．The ordinary gas leakage and slow leakage can be quickly detected with this apparatus．This paper introduces the principle of this apparatus and its application．The rotatable apparatus for gas leakage detecting， in which a U tube is employed as the manometer as well as the connecting pipe between the standard chamber and the system to be de- tected，which provides the apparatus with high precision，compacted volume and less valves． Key words：gas leakage detecting；pressure difference measuring 真空系统、气动系统、液压系统等都可能存在泄 漏，可用文献[1—2]介绍的常用气密性检测方法进 行检查。但有一些泄漏(如液压活塞缸在非工作状 态下的慢泄漏或微泄漏)需要用精度很高设备(如 差压检测设备)才能进行有效的检测，否则需要经 过长时间的静置才能得到可靠的结果。差压检测方 法是用差压传感器测量被测量系统与标准系统之间 的差压的方法，所得测试结果与测试压力无关 J， 具有很高的精度，可用于检测系统的微泄漏等。但 该方法的气路结构较复杂，采样点较多，检测设备的 可靠性较低，设备制造成本较高 J。为了克服差 压检测方法的这些缺点，本文设计了一种旋转式差 压检测装置，有效地降低了差压检测设备的复杂程 度和生产成本，并保持了较高的检测精度(约 10 Pa)，不仅可以对系统的微泄漏进行有效的检测，也 可以对系统进行常规气密性检测。 1 测量装置的结构与安装 本文设计的气密性检测装置，如图 1所示。它 是由读数管1、回路管2、连通管3、比较腔4、传感器 接口5、传感器密封件6、压力传感器7组成的一个 差压测量系统，其中读数管、连通管、比较腔组成 U 型管，通过旋转让 u型管具有压差测量和连通管道 的双重功能，从而减少了阀门等运动部件。 图 1 处于垂直位置(左)和水平位置(右)的测量装置 收稿日期：2011-09-02 作者简介：金应荣(1965一)，男，研究员，博士，主要研究方向为光电子材料与器件。 100 西华大学学报 ·自然科学版 测量装置安装在铅垂面板上，该铅垂面板可以 绕垂直于面板的轴线旋转90。，使测量装置处于图l 所示的水平位置。 用柔性的压缩空气管道(或真空管)连接测量 装置与被测量系统，使测量装置处于水平位置，通人 压缩空气(或抽真空)后关闭阀门。将测量装置旋 转至图 1所示的垂直位置，记录读数管中液面在要 求时间内的位置变化量，经过换算，即得气密性测量 结果。 2 设计计算 当测量装置处于垂直位置进行测量时，各部分 容积与压力变化关系由方程组(1)确定。 P∞ =Pco+h ·Y Ps=Pc+(h+Ahs+hhc)。 = +△ s·S5 ⋯ Vc=Vco—Ahc·．sc Ahs·Ss=hhc·Sc Pc0· =Pc· 式中：P舳为测量初始时刻被测量系统内的压力； 为测量初始时刻被测量系统连同读数管上部的 剩余空间、连接管道的总体积；P∞为测量初始时刻 比较腔内的压力；Vco为测量初始时刻 比较腔和回 路管中剩余的体积(即装入测量介质后剩余的容 积)与传感器接口、传感器密封件、压力传感器包 含的体积之和；h为测量初始时刻回路管和读数管 中的液面高度差 ；P 为测量结束时被测量系统内 的压力； 为测量结束时被测量系统连同读数管 上部的剩余空间、连接管道的总体积；P 为测量结 束时比较腔内的压力；Vc为测量结束时比较腔和 回路管中剩余的体积(即装人测量介质后剩余的 容积)与传感器接 口、传感器密封件、压力传感器 包含的体积之和；Ah 为测量过程中读数管中的液 面变化(液面下降，Ah 取正值；液面上升，Ah 取 负值)；Ah 为 比较腔中的液面变化 (液面上升， △ 取正值；液面下降△ 取负值)；S 为读数管 的截面积；S 为比较腔和回路管的截面积之和；Y 是 型计中液体的密度。由此得到被测量系统的 压力变化值 ( + ’Ahs= 6·hh (2) 本文称6为等效密度，由于Pc。可以由压力传 感器直接测量， 可以通过记录测量初始时刻读 数管中的液面位置而得到 J，所 以通过测量读数 管中的液面位置变化值 Ah ，根据方程(2)能准确 地计算出系统的压力变化 —P舳，即检测系统的 气密性。 3 的测量方法 在环境温度不变的条件下测量 。 选择一根直径合适的、透明的、柔性的塑料管， 将其初步弯曲成 u型管，并盛入适量的水 ，让测量 装置处于水平状态，把塑料管可靠地连接在测量装 置连接被测量系统的接口处。调整塑料管 8的活动 端，使塑料管 8内的液面高度相同(即让测量装置 内的气体压力与外界气体压力相同)，然后将测量 装置旋转到垂直位置。 接着提高塑料管的活动端，使读数管 1内的液 面降低到读数管 1上刻度标尺的最低位置，如图2 所示，测量塑料管8内的水面高度差￡ ，测量读数 管 1和回路管2内的液面高度差 h 。此时比较腔内 的气体压力计为P ，比较腔和回路管上方的剩余空 间连同传感器、传感器密封件、压力传感器共同包含 的体积计为 ，读数管 1上方的气体压力计为 P 则有 fPd1=P+Ll‘ 21 ，¨ 【P1=Pdl—h1· J 式中：P：101 325 Pa为标准大气压；Y为测量装置 内液体的密度； 为水的密度。 图2 测量 c0的原理图 紧接上述操作，缓慢降低塑料管的活动端，使读 数管内的液面与回路管内的液面平齐。读数管内液 面上升高度计为 ，测量塑料管内的水面高度差 ，此时比较腔内的气体压力计为 P2，比较腔和回 路管上方的剩余空间连同传感器接El、传感器密封 件、压力传感器共同包含的体积计为 ，读数管上 方的压力计为P以，则有 第 6期 金应荣，等：旋转式气密性检测装置原理与应用 101 fP2= ：P—L2。’， 1 { =V1+风·s } 【 P。． ：P：． J 【P1· =2· J 率按 1 mm计算，则测量精度约为10 Pa。 (4) 5 应用实例 根据方程(3)、(4) (P—L：· 2)· ·Ss ’ ( 1+ 2)· 2一hl· 设测量初始时刻读数管内液面位置到读数管上 刻度标尺最低位置的高度差为H，则 的值为 = V1+日·Ss (5) 4 近似处理 上述计算明，根据方程(2)可以准确地 测量系统的压力变化，进而检测系统的气密性。但 这种操作比较复杂，实际应用中可以做一些简化处 理，以提高检测效率。 根据方程(2)调整测量装置的设计参数，使比 较腔的体积 Vco》△ ·S ，同时使测量过程中测量 装置由水平状态旋转到垂直状态时进入读数管中的 液体体积△ 《 ，于是可将 视为固定值；在通 常的测量中，都指定被测量系统的初始压力，若细心 调节初始压力使其趋于固定值，则 P∞也可视为常 数(因为P伪与指定的初始压力之间的差异是AV由 引起的)，于是等效密度 可视为常数，即 = + + + = 常数 此时得到方程(6) Ps—P舳=8·Ah5 (6) 根据方程(6)可以近似地测量系统的压力变 化，从而简化计算过程。 特别地，在低真空状态下，当 P∞小于 0．1 MPa，调整测量装置的尺寸，使s 很小，Ss《Js。， 》 ’进而使6= + ，从而有 Ps—P踟 ·Ahs (7) 即低真空状态下，可直接根据读数管中液面位 置变化值近似计算出被测量系统的压力变化P 一 P∞。 特别地，对于用水(密度为 1000 kg／m )作为测 量介质的测量装置而言，如果水面位置变化的分辨 笔者制作了用水作为测量介质的测量装置，用 于检测某汽车液压制动主缸的气密性并取得了良好 的效果。该制动主缸原要求在真空66．7 kPa静置 3 min进行检验，其效率低、灵敏度低。使用该装置检 测后，静置时间缩减到 30 S。当制动主缸缸体内壁 有划痕时，读数管内的液面会快速下降，这一现象用 普通真空表很难检测到，但是采用本’钡4量装置则可 以实现，表明该装置具有较高的灵敏度。 液压油缸处于非工作状态时，缸壁上的划痕常 常是引起慢泄漏的主要原因之一。检测液压制动主 缸的实践表明，本文设计的检测装置可有效地检测 到这种慢性泄漏。 6 结论 综上所述，可以得到以下结论。 1)本文设计制作的旋转式气密性检测装置具 有较高的检测精度和灵敏度。 2)在生产实际中，既可以根据检测数据精确计 算测量过程中的气压变化，也可以近似地直接读出 (或计算出)压力的变化。． 3)使用该装置代替传统的真空表或压力表进 行气密性检测，不仅可以提高检测效率，还可以有效 地检测出系统在非工作状态下的慢泄漏。 参 考 文 献 [1]徐烨．泄漏检测技术的原理与应用 [J]．柴油机设计与制 造，2004(4)：36—39． [2]龙飞，邢武，盛曾慰．气密性检测方法分析[J]．液压气动与 密封，2000(5)：21—23． [3]李开国，李小波，吴亚东，等．空气检漏仪及其测量技术 [J]．汽车研究与开发，1999(3)：38"40． [4]张津津，马朝永，白果，等．差压检测法在汽车制动主缸气密 性检测中的应用[J]．机械设计与制造，2007(5)：116—118． [5]周红军．气体微量泄漏的恒压检测方法研究[J]．液压与气 动，2007(7)：77—79． [6]廖翊诚，华晓青，吴惠兴．非刚性容器的微小泄漏检测研究 _J]．液压与气动，2009(6)：38—40． [7]刘春，王兴，李跃中，等．一种典型检测仪的气密检测原理 [J]．液压与气动，2008(12)：2O一25． [8]金应荣，周华，栾道成，等．旋转式高精度气密性检测装置． 20081O147942．7．[P]． (编校：饶 莉)