吳　帥

(沈陽金科精密儀器設備有限公司，遼寧沈陽　110136)

0　引言

泄漏檢測主要是檢測工件密封容腔的密封性能。如汽車發(fā)動機缸體、缸蓋及發(fā)動機總成都有密封性要求。泄漏檢測對保證產(chǎn)品的質量起著至關重要的作用。

泄漏是絕對的，不漏則是相對的。泄漏檢測技術中所指的“漏”的概念，是與最大允許泄漏率的概念聯(lián)系在一起的。對于壓力系統(tǒng)來說，只要系統(tǒng)的壓力降能維持在所允許的值以下，不會影響系統(tǒng)的正常操作，即使存在泄漏，同樣也可以認為系統(tǒng)是不漏的。

我公司自主開發(fā)設計了一種差壓式空氣泄漏檢測儀。克服了原始的浸水目測氣泡法無法檢測小泄漏、后續(xù)防銹、烘干等工藝成本高、無法實現(xiàn)自動化等的主要缺點，同時克服了壓力測試法測試精度低、測試時間長、易受溫度或變形影響、傳感器互換性差等的主要缺點，以其高精度、低成本、高耐壓、可實現(xiàn)自動化等優(yōu)點成為迄今為止有效、實用的泄漏檢測儀器。

1　差壓檢測工作原理

以壓縮空氣作為檢測介質，使用無泄漏的工件作為標準件，同時給被測件和標準件加壓，通過高精度差壓傳感器作為感壓元件，測出被測件和標準件的壓力差，從而判斷被測件是否泄漏及泄漏率的大小。

泄漏率是指泄漏到大氣當中的空氣體積流量，根據(jù)波義耳定律和體積流量公式可以將差壓值換算成泄漏率。

式中：Q為泄漏率，mL/min；Ve為等效內容積，mL；Δp為差壓值，Pa；t為檢測時間，s．

其中，等效內容積是指測試中產(chǎn)生了差壓后的容積，包括被測件和配管的容積、測試儀內容積、因被測件或差壓傳感器的內壓所引發(fā)的容積變化。

Ve=Vw+Vt+[KS(1+VW/VM)+KW](101.3+P)

式中：VW為被測件和配管的容積，mL；VM為標準件和配管的容積，mL；Vt為測試儀內容積，mL；P為測試壓力，kPa；KS為因壓力引起的傳感器的容積變化率，mL/kPa；KW為因壓力引起的被測件的容積變化率，mL/kPa．

在測試過程中，變形和溫度對測試有較大影響。所以在產(chǎn)品設計時減小密封墊的尺寸、合理設計O型密封圈槽盡量減小彈性密封件變形影響，增加散熱窗、貼裝隔熱紙避免電源、電磁閥等發(fā)熱器件對閥體及傳感器的影響。在產(chǎn)品使用時應避免環(huán)境溫度場的變化，被測件帶有一定溫度時必須放置至室溫方可進行測試，由于絕熱充氣導致的被測件內部瞬間溫升需要一定的平衡時間，當溫度穩(wěn)定后方可進行測試。安裝標準件可有效消除兩側溫度及變形影響。

2　氣動回路工作原理

所設計的氣動回路工作原理如圖1。圖中實線部分是工作氣路，虛線部分是控制氣路。減壓閥2調節(jié)控制回路的壓力，減壓閥6調節(jié)工作回路壓力。氣動回路的一個完整測試周期分為加壓、平衡、檢測和排氣4個行程。電磁閥3通電，氣動閥7正向動作，對被測件和標準件充氣，進入加壓行程；充氣至檢測壓力后，電磁閥4通電，氣動閥8、9動作，電磁閥3斷電，氣動閥7復位，被測件和標準件形成各自獨立的密封腔，進入平衡行程；平衡一定時間后，差壓傳感器檢測兩個密封腔內的壓力差，進入檢測行程；檢測結束后，電磁閥4斷電，氣動閥8、9復位，電磁閥5通電，氣動閥7反向動作，被測件和標準件進入排氣行程。

1-過濾器；2、6-減壓閥；3、4、5-二位三通電磁閥；7-三位三通氣動閥；8、9-二位二通氣動閥；10-差壓傳感器；11-標準件；12-被測件。

被測件內壓變化如圖2。加壓行程屬于絕熱壓縮，壓力快速達到設定壓力，氣體溫度瞬間升高，但不與外界進行熱交換，加壓時間與被測件腔體大小有關；平衡行程時氣體分子與被測件內表面不斷沖擊進行熱交換，溫度、壓力逐漸趨于穩(wěn)定，平衡時間與被測件形狀、材質、空間大小有關，平衡時可檢測工件大泄露；檢測行程可檢出小泄漏，泄漏時的內壓變化曲線成線性變化。

圖2　內壓變化

3　氣動閥的設計與工作原理

現(xiàn)有的檢測儀中，多采用2個電磁閥封閉被測腔和標準腔，由于電磁閥響應時間不可能完全一致，所以很難實現(xiàn)真正的同步截止，而且由于發(fā)熱量不同會影響測試結果，經(jīng)過計算，對一個無變形的被測件施加壓力為50 kPa的壓縮空氣，在檢測過程中，被測件內的空氣溫度由20 ℃上升或下降1 ℃，則被測件腔體內的壓力將上升或者下降大170Pa，可見溫度變化對測試的影響較大。氣動閥的設計是將圖1中的7、8、9集成在一起，氣壓驅動可以完全克服電磁閥弊端。氣動閥主要結構如圖3,同步截止閥對應于圖1中的閥8、9，充放氣閥對應于圖1中的閥7。其中1、7、14分別接圖1中閥4、3、5出氣口，4接差壓傳感器的取壓口，6接被測件和標準件，10為檢測氣體進氣口，接圖1中閥6出氣口，13為檢測氣體排氣口，10與4、6、3、9、13在氣動閥體內部相互導通，各行程通過閥芯動作使O型密封圈起到不同的密封狀態(tài)。

(a)同步截止閥

一個測試周期的工作過程為：待機時，閥內各零件的初始位置如圖3所示，由于彈簧力的作用，充、放氣閥左端(加壓端)封閉，右端(排氣端)打開，同步截止閥處于導通狀態(tài)，差壓傳感器與大氣導通。加壓時，7口進氣，閥芯8克服彈簧11的彈簧力右移，閥芯豁口移至O型密封圈處，左端(加壓端)打開充氣，閥芯8同時推動閥芯12右移，閥芯豁口移出O型密封圈，右端(排氣端)封閉，切斷排氣口；平衡時，1口進氣，截止閥芯克服彈簧5的彈簧力右移，閥芯豁口移出O型密封圈，同步截止閥處于截止狀態(tài)，被測件及標準件腔各自封閉，7口同時停止給氣，彈簧11推動閥芯8左移，充氣端回到封閉狀態(tài)，平衡一段時間后進行檢測。排氣時，1口停止給氣，彈簧5推動閥芯2左移，同步截止閥回到導通狀態(tài)，14口同時進氣，閥芯12左移，閥芯豁口移回O型密封圈處，進行排氣，閥內各零件恢復到初始位置。

4　泄漏檢測儀的組成

泄漏檢測儀由控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、氣動回路組成?？刂葡到y(tǒng)是檢漏儀的核心部分，接收來自操作人員或者上位機PC的指令，設置檢測工作的要求，通過I/O接口控制氣動回路電磁閥的開、閉，對測量系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、轉換，輸出被測件合格與否的信息，進行聲光報警及液晶屏顯示。測量系統(tǒng)由高精度差壓傳感器、放大器、高速A/D轉換回路等部分組成。氣動回路由氣源部分、同步截止、充放氣集成閥及管路部分組成，閥體集成度高、結構緊湊、設計巧妙。

5　結論

我公司自主開發(fā)設計的差壓式空氣泄漏測試儀采用了集成度高的氣動閥組、高精度差壓傳感器及優(yōu)秀的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)兩腔同時充、放氣，克服了電磁閥不能同步及溫差的弊端，測試準確可靠，外觀精致小巧，界面友好方便。

參考文獻：

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