氣動技術(shù)中氣體泄漏量的檢測技術(shù)和方法

0空氣泄漏檢測的常用方法

氣體泄漏的檢測包括燃料泄漏的檢測、燃料泄漏的檢測和氣動學(xué)技術(shù)中的空氣泄漏。前兩

者多半可以通過化學(xué)傳感器的方法來進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏,立即報警?；蛘?被測氣體

達到一定濃度后進行報警，這些檢測,一般無須定量測量。如果有合適的傳感器，其方法相

對簡單。在氣動技術(shù)中的空氣泄漏檢測，一般需要定量檢測，而且要求快速、大量地在生產(chǎn)

現(xiàn)場進行。

以批量生產(chǎn)為特征的氣動行業(yè)的密封性，作為一項與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的技術(shù)指標,近年來

日益受到企業(yè)的關(guān)注，密封性不好引起的泄漏，會導(dǎo)致產(chǎn)品在使用中出現(xiàn)失靈，運行異常，效

率降低,壽命縮短,環(huán)境污染等問題，因此泄漏檢測是十分重要的,而且泄漏檢測技術(shù)水平的

高低會直接影響生產(chǎn)效率，操作人員的勞動強度及產(chǎn)品的質(zhì)量,隨著制造水平和制造工藝要

求的提高,對泄漏的檢測也提出了更高的要求。因此,應(yīng)根據(jù)不同的產(chǎn)品,選擇合適的測試

方法。下文談?wù)剼鈩蛹夹g(shù)中的空氣泄漏量的檢測技術(shù)和方法。

氣動技術(shù)中氣體泄漏檢測的常用方法包括:浸水法、涂膠法、質(zhì)量流量法、絕灼壓力法及

差壓法。本文著重介紹后兩者。

1絕對壓力法的檢驗

1.1測量時間的測量

絕對壓力法的測試原理:如圖1所示。通常使用的是降壓法，也可以使用升壓法和真空法來

進行測量。到底采用哪種方法,應(yīng)根據(jù)被測件的結(jié)構(gòu)來確定。

絕對壓力法測試的理論基她：

由氣體狀態(tài)方程有:m=pVRTnppVRT

在一定體積下，質(zhì)量的變化量與氣體的壓力變化和溫度變化關(guān)系為：

dm=VRTdp-pVRT2dTdm=VRTdp-pVRT2dT

定義質(zhì)量流量為qm=dmdtqm=dmdt;則體積流量qv為

qv=qmP0=1P0[VRT?dpdt-pVRT2,dTdt]qv=qmP0=1P0[VRT■dpdt-pVRT2-dTdt]

由上式得

dpdt=qvPORTV+pTdTdt(l)dpdt=qvPORTV+pTdTdt(l)

上式表明,壓力變化受兩個因素影響,式中右邊第二項為溫度變化對壓力的影響。因為這一

項難以直接測量，故先略去,然后通過實驗作必要的修正。

先略去第二項,并取過程變化的平均值,把微分寫成增量形式有

Ap=qvPORTVAtAp=qvpORTVAt

把相關(guān)常數(shù)代入得

ApN=1813qvVAt,PaApN=1813qvVAt,Pa

其中：qv單位為cm3/min,表示允許泄漏量；At的單位為s;V的單位為cm3。

上式為計算測試合格判斷淮則的依據(jù)，也是選擇傳感器的依據(jù)及確定測量時間的依據(jù)。式

中ApN表示在典型工作狀態(tài)下，單位容積及單位時間下允許泄漏量的極限所引起被測容腔

的壓力變化量，AI為測量時間,V為被測容腔的容積?？梢姡瑝毫Φ淖兓颗c測量時間成正

比,而與被測容腔的容積成反比。例如,設(shè)被測容積為10cm3,測量時間為1s,允許泄漏量為

10cm3,則可以計算出這時的允許壓力變化約為1813Pa。同時可見，為了縮短測量時間，應(yīng)選

擇靈敏度高的壓力傳感器，

誤差分析:根據(jù)式(1),由溫度變化引起的誤差為pTdTpTdT。乂根據(jù)氣體狀態(tài)方程，該誤差

表現(xiàn)為壓力降低。因此,應(yīng)在測試時測得的壓力中除去溫度變化引起的壓力降低的部分。

實際測試中,采取以下措施，以減少誤差。

(1)降低充氣速度；

(2)充氣后隔一小段時間才開始測量；

(3)通過實驗修正。

1.2壓力傳感器的選用

其方法是向被測容腔內(nèi)充入壓縮空氣,待氣壓達到額定值后，切斷氣源并密封保壓。在規(guī)定

的檢測時間內(nèi)壓力傳感器連續(xù)不斷地監(jiān)視壓力的變化。如果被測物有泄漏產(chǎn)生,其壓力將

逐漸降低(升高)。當(dāng)壓力降至予設(shè)值后，即可判定被測物的密封不合格。在這種檢測方法

中要求被測物容積穩(wěn)定。但有些被測物的容積實際上是氣源壓力的函數(shù)。同時，被測物或

壓縮空氣的溫度變化也會引起壓力失穩(wěn),從而導(dǎo)致檢測誤差。用于大批量檢測時，檢測時間

一般不允許太長,壓力傳感器難以捕捉到微小的泄漏。例如，檢測壓力IMPa,考慮到儀表的

最佳工作區(qū)域與其滿度的關(guān)系,顯然應(yīng)選用滿度為1.5MPa的壓力傳感器。如果其精度為

0.1級，則檢測誤差為△=1.5MPaX0.1%=1.5X1031%。這就是說只有泄漏量積累到較大程

度，壓力損失Ap2104Pa數(shù)量級時才能被精確測出。然而對于微小的泄漏而言，如此大的

壓力損失需很長的時間。圻以直接壓力法是一種比較粗略的密封檢測方法,通過使用高分

辨率的壓力傳感器可以提荀測量精度。

1.3絕對壓力法的測量步驟

其試驗步驟大致可以分為:定位封堵一充氣一氣壓穩(wěn)定f測量一排氣五個階段。如圖2所

示。

(1)定位封鎖

把工件定位及被測容積準備好充氣回路。

(2)充分級

控制閥打開,氣源充氣至試驗壓力pT,充氣階段的結(jié)束或者取決于壓力或者取決于時間。

(3)測定前提條件及應(yīng)符合的因素

控制閥關(guān)閉。此階段是提供氣體穩(wěn)定和熱交換的時間，它是精確測量的必要條件。通過這

個階段后，測量系統(tǒng)必須穩(wěn)定，并且是處于等溫狀態(tài)或者可恢復(fù)狀態(tài),在加壓階段所形成的

層流和渦流必須得到中和:并要使此時產(chǎn)生的測量氣體的溫度變化得到平衡，使之不影響測

量結(jié)果。

(4)壓力值的存貯

測量系統(tǒng)進行檢測。把穩(wěn)定階段結(jié)束瞬時的壓力值作為參考壓力值存貯起來。在規(guī)定時間

內(nèi)，對被測容腔的壓力進行監(jiān)控，并與參考值作比較，測出Ap=pO-p值，Ap值超過規(guī)定的門

檻就為不合格，由Ap值可以求得泄漏流量。

(5)排氣階段的控制措施

把工件中的氣體排入大氣:通常用松堵工件來排氣的，排氣階段是為了進行下一個測晝:項

目或另一工件同一測量項目的必要準備工作。排氣速度必須受到控制，不能太快。否則，容

易產(chǎn)生事故。

2差壓法

差壓式泄漏檢測儀的測量過程基本上也分為四個階段。所不同的是充氣階段閥門1、2(見

圖3)都打開。由充氣階段進入穩(wěn)定(平衡)階段時，閥1關(guān)閉，閥2是開著的,所以平衡階段

末,被測容腔與參考容腔壓力相等，Ap=0,當(dāng)進入測量階段時，閥2關(guān)閉。如果工件有泄漏，

則產(chǎn)生壓差△人轉(zhuǎn)換成電信號輸出即可換算出泄漏量。

差壓法中差壓傳感器代替壓力傳感器,差壓法是對被測物和標準容腔同時充氣加壓,這樣可

以抵消一部分容積效應(yīng)。+1于檢測靈敏度的提高,可有效縮短檢測時間，在檢測作用時間段

內(nèi)可視為等溫過程，因而忽略溫度效應(yīng)引起的壓力變化。一般而言，對?個分辨率為1/1000

的傳感器,對量程IMPa的傳感器最大誤差是2kPa,而對于?個0.05MPa的傳感器而言即為

lOOPao由于壓差式測量的傳感器只需測量系統(tǒng)壓力相對于測量壓力的改變值，因而傳感器

的量程可大大縮小。再者,由于壓差法是將系統(tǒng)測量壓力作為測試零點，只是記錄壓力與系

統(tǒng)壓力的偏移值,因而諸如零點飄移,溫度飄移的影響只與壓差傳感器的測量范圍有關(guān),而

與測試時的測量壓力無關(guān)?？梢姡绻麖臏y量精度上講，壓差法測量精度要高于絕對壓力法。

但實際生產(chǎn)條件中，一般而言,絕對壓力法的測量精度已能滿足測量要求，且由于采用絕對