氣體流量計密封性能檢測原理

　　　九十年代初，用潔凈干燥空氣作為工作介質(zhì)對工件的容腔，比如：摩托車(chē)的發(fā)動(dòng)機缸體、汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機缸體、散熱器、剎車(chē)系統、蒸發(fā)器、燃氣用具等進(jìn)行密封性能檢測的工藝已經(jīng)成熟，并有一些相應的檢測設備陸續問(wèn)世。

　　一、氣體密封性能檢測原理

　　1、理想氣體狀態(tài)方程

　　在普通物理學(xué)的概念上，通常任何物質(zhì)都具有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，而氣態(tài)是物質(zhì)存在的各狀態(tài)中較特殊的狀態(tài)，它本身既無(wú)一定形狀、也無(wú)一定體積，它的形狀和體積*取決于盛裝氣體的容器。任意數量的氣體都能被無(wú)限地膨脹而充滿(mǎn)于任何形狀大小的容器之中。

　　為了對氣體進(jìn)行客觀(guān)細致的研究，需要對客觀(guān)氣體分子進(jìn)行一些假設限定，這些經(jīng)過(guò)限定了的氣體稱(chēng)為“理想氣體”。而描述“理想氣體”狀態(tài)變化規律的數學(xué)議程式，稱(chēng)為“理想氣體的狀態(tài)方程”。即：

　　PV/T=R

　　式中R是氣體普適常量，即對所有氣體均普遍適用的常量。

　　對于質(zhì)量為M，分子量為μ的氣體，則表述為：

　　PV=M/RT

　　式中常量R的數值取決于P，V，T等所用的單位。在單位制中，P的單位用Pa，V用m3，T用K，則R=8.314J/K.mol。

　　蓋•呂薩克定律

　　從理想氣體狀態(tài)方程可以推導出，一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變的情況下，它的體積跟熱力學(xué)溫度成正比。

　　即：若P1=P2,則：V1/T1=V2/T2

　　上式中P1、V1、T1表示氣體在初始狀態(tài)下的壓力、體積和溫度;P2、V2、T2表示該氣體在zui終狀態(tài)下的壓力，體積和溫度。這個(gè)方程表明一定質(zhì)量的氣體，不管其狀態(tài)如何變化，它的壓強和體積的乘積除了溫度，所得之商始終保持不變。這就是采用氣體對工件進(jìn)行密封性能檢測的基本原理。

　　2、工件泄漏檢測和判定

　　假設有一個(gè)被測工件(或物體)的內腔容積是V，腔內壓力是P，在溫度恒定的情況下，經(jīng)過(guò)幾秒或幾十秒后，它的內腔容積沒(méi)有變化，而腔內壓力下降了一個(gè)確定值△P，這時(shí)我們就可以判定該工件氣體密封性能不好，或者叫做“有泄漏工件”。否則認為該被檢測工件氣體密封性能良好或叫做“無(wú)泄漏工件”。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)泄漏工件是極少的。在實(shí)際檢測過(guò)程中，通?？偸歉鶕摴ぜ唧w的應用環(huán)境條件和狀態(tài)給出一個(gè)允許泄漏值，當工件泄漏值小于該值時(shí)則認為該工件“無(wú)泄漏”稱(chēng)為合格品。只有工件泄漏值大于該值時(shí)才認為“不合格”或“嚴重泄漏”。

　　3、漏孔、漏率和漏率的單位

　　工件有泄漏，必定有“漏孔”。這里通常指的漏孔是非常微小的，其截面形狀也各不相同，漏孔漏氣的路徑也各式各樣。

　　漏孔經(jīng)常出現在物質(zhì)組織疏松、裂紋、裂隙、應力集中、彎折、可拆卸等部件。大多數是由于加工工藝不合理，結構不合理、安裝不合理等原因造成的。

　　漏孔的幾何尺寸是很微小的，因此它不能用我們的肉眼所覺(jué)察，加工漏氣路徑又各式各樣，截面形狀又很復雜，所以漏孔的大小極難用它的幾何尺寸來(lái)度量。

　　由氣體定律PV=M/RT可知，當溫度一定時(shí)，氣體的質(zhì)量可以用氣體的壓強和體積的乘積PV(即氣體量)來(lái)表示，而PV又是容易測量的，所以“漏孔”的大小可以用單位時(shí)間泄漏的氣體量(PV)來(lái)表示，稱(chēng)為漏率。其物理意義為：壓強x體積/時(shí)間。漏率的單位為“瓦特”(W)或Pa.m3/s。1W=1Pa.m3/S=103Pa.L/S=7.5Torr.L/S。漏孔的漏率也就是通過(guò)漏孔的氣體流量，這個(gè)氣體流量受環(huán)境溫度、漏孔兩端的壓差(即工件內外壓差)和氣體各類(lèi)等因素的影響。從漏率單位的量綱我們可以看到：由于1Pa=1N/m2，1J=1N.m;因此1Pa.m3/S=1J/S=1W。

　　由此可見(jiàn)PV單位表示的流量本質(zhì)上就是單位時(shí)間穿過(guò)某一截面的能量，它并不是氣體分子本身攜帶的動(dòng)能或位能，而是使氣體分子通過(guò)某一截面流動(dòng)所需的能量。

　　二、氣體密封性能檢測設備

　　氣體密封性能檢測根據被檢測工件(物體)容腔內實(shí)際壓力與外界壓力狀態(tài)主要分為兩大類(lèi)，即加壓檢漏法和真空檢漏法。

　　 加壓檢漏法:

　　在被檢工件容腔內充入一定壓力的氣體或液體，當工件存在漏孔時(shí)，氣體(液體)便從漏孔中逸出。漏孔越大，逸出量越大，只要在工件外面采用適當的指示方法查明有無(wú)氣體(或液體)逸出，逸出量的多少等就可判斷有無(wú)漏孔存在、漏孔位置和大小。比較有代表性的是傳統的“打氣試漏法”。

　　近年來(lái)，氣體密封性能檢測儀的出現正在改變著(zhù)人們對傳統技術(shù)的依賴(lài)和認識。下面將介紹有關(guān)氣密儀的基本知識。

　　1、氣密儀檢測工作原理

　　氣密儀根據檢測方式不同主要可分為直壓式和差壓式兩大類(lèi)。

　　當談到為產(chǎn)品做微量檢測時(shí)，我們可能會(huì )想到稱(chēng)量用的天平。

　　直壓方式檢測相當于用電子天平進(jìn)行微量稱(chēng)量。若有一個(gè)充滿(mǎn)氣的氣球，在電子天平上稱(chēng)出質(zhì)量后，若氣球(被測工件)有泄漏則電子天平稱(chēng)出的質(zhì)量會(huì )減少，這兩次稱(chēng)量有一質(zhì)量差，這個(gè)質(zhì)量差就是氣球的泄漏量。

　　直壓方式檢測泄漏的過(guò)程與此極為相似：

　　直壓型氣密儀檢測操作過(guò)程是這樣的：對工件的被測容腔在一定壓力條件下進(jìn)行充氣、保持一定時(shí)間后，切斷被測工件和氣源的并記錄下此時(shí)的壓力示值，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間(數秒或數十秒)后，再次讀取壓力示值并和前次記錄的壓力示值進(jìn)行比較。若被測容腔有泄漏，則兩次壓力示值有一個(gè)差值。此差值大小反映工件在檢測時(shí)間周期內的泄漏狀態(tài)，差值越大表示工件泄漏越嚴重。只要此差值在允許范圍內，即可認為被測工件合格。反之，為不合格。

　　差壓方式檢測相當于杠桿天平稱(chēng)量。天平一端放有“基準砝碼”，另端放入待檢零件，不斷的增減零件的數量使天平達到平衡時(shí)，砝碼(參考物)的質(zhì)量即為零件的質(zhì)量。

　　氣體密封性能檢測儀的基本工作原理同天平一樣，一端是基準參考物，另一端是被測零件。但是，其測量順序與天平正好相反，基準參考物與被測工件兩邊同時(shí)充入相同壓力的空氣，使“天平”——差壓傳感器兩端平衡。如果被測工件有泄漏，即使是微小泄漏，“天平”也將失去平衡，從而檢測出兩端因泄漏而產(chǎn)生的差壓。氣體密封性能檢測儀將根據差壓的變化測出工件的具體泄漏量，然后判斷被測工件是否合格，并將這些信息傳送給操作人員。因為標準品與被測工件形狀、大小都相同，并且檢測過(guò)程中，兩端的外部環(huán)境狀況*一樣，所以這種測試方法可以消除溫度、振動(dòng)等環(huán)境因素的影響，得到高精度的測量結果。

　　直壓型氣密儀和差壓型氣密儀的檢測原理是相同的，它們的主要差別是檢測方式不同。

　　差壓型氣密儀的檢測操作過(guò)程和直壓型的差別主要是利用“標準品”作為參照物在相同的過(guò)程和狀態(tài)條件下，比較被測工件與“標準品”的差異來(lái)判斷被測工件是否合格。其檢測過(guò)程如下：

　　首先在氣密儀標示的標準品端接上標準品，然后同時(shí)對標準品與被測工件容腔充氣，經(jīng)過(guò)一段數秒或數十秒的平衡時(shí)間后，將標準品與工件被測容腔*隔斷進(jìn)行數秒或數十秒的壓力監視后比較二者的壓力示值差，這個(gè)壓力差就是工件被測容腔的壓力泄漏值，若其值在允許范圍內則認為被測品合格，否則判為不合格。

　　2、氣體密封性能檢測儀的工作特點(diǎn)

　　(1)向被測物內充氣的絕熱壓縮過(guò)程中，必然會(huì )使被測物內部溫度發(fā)生變化。無(wú)論采取那一種加壓方式，這樣的溫度影響都是避免不了的。如果被測品和標準品在相同條件下進(jìn)行比較檢測，則加壓引起的絕熱溫升影響就可以相互抵消。

　　(2)加壓會(huì )使被測品及檢測管路產(chǎn)生變形，采取差壓比較方式可抵消容積變化對檢測結果的影響。因此，需盡量保證被測品和標準品兩側管路的對稱(chēng)性。

　　(3)周?chē)h(huán)境對檢測有一定影響。被測品和標準品在同一條件下進(jìn)行檢測，就可以消除外界帶來(lái)的影響。

　　3、主要用途及適用范圍

　　氣體密封性能檢測儀主要是用凈化干燥空氣為工作介質(zhì)對具有一定內容積的腔體的密封性能檢測，亦可以采用串聯(lián)、并聯(lián)形式做其他檢測。但不可以直接對氣-液相二相流系統、氣-固相二相流系統進(jìn)行檢測，否則有可能得出不正確的測試結果或者對儀器造成不可修復的損害。

　　氣密儀是一種狀態(tài)監視、檢測設備，用它可以構成控制報警系統或者檢測設備。比如可以用氣密儀和夾具組合成為檢測工件氣密性能的流水生產(chǎn)線(xiàn)機床，常見(jiàn)的有由本公司生產(chǎn)的適合用于摩托車(chē)、汽車(chē)的氣缸頭試漏機，離合器蓋試漏機，氣缸體檢漏機，變速器殼體試漏機等摩托車(chē)、汽車(chē)檢漏機床。這些產(chǎn)品已經(jīng)系列化、標準化，是機械、電子、醫療器械、空調器、燃氣用具等行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、、低耗、實(shí)現規模經(jīng)濟擴張和化，迎接新世紀挑戰的利器。