压力式温控器控温组件泄漏的在线检测

    压力式温控器是家用冰箱、空调机上常用的温度控制元件.在国内,其年产量以达1600万只.由质量追踪发现,充满感温工质(CFC类,煤油等)的感温波纹管(见图1),膜盒是压力式温控器质量好坏的关键部件,控制它的慢性泄漏是压力式温控器生产行业多年来一直致力要解决的难点.到目前为止,国外的一些公司如Seibi Co, RancoCo,日本鹭宫制作所等公司,多采用质谱分析仪(单台价格约200万美元),其设备操作复杂,测量时间长,适用于抽检部分样品,根据Taguchi统计算法推测控温组件的泄漏情况^[4],但是,由于目前国际市场上,冰箱、空调的开箱不合格率要求在1ppm,所以这种方法不合乎生产的需要.在国内,二十几个压力式温控器生产厂家,都不具备任何慢性泄漏检测手段,温控器出厂时一般都是整体检测,质量不易控制.因此对造价低,简单、方便的控温组件慢性泄漏检测方法的研究,就显得更加迫切^[2].

    1　测量原理和系统构成

    要解决控温组件慢性泄漏检测问题,就必须找出温控器控温组件(见图1)的外部作用力,压力等参数与温度的关系,这是问题的关键所在,且有一定难度^[3].其困难是:

    (1)要求测量的温度范围宽(- 40℃-100℃).

    (2)温控器控温组件内部封闭工质的容积小,并且不能随意改变.

    (3)测量的分辨率,精度(±5‰-±1‰)高.

    (4)各种不同工质的粘度,密度等物理性质差别大.

    (5)不同波纹管之间的刚度,有效面积等结构参数离散性大.

    根据调研,资料检索及实际情况分析^[4,5],我们提出检测温控器控温组件(充满工质)外部作用力与温度之间关系的方案,从中得出控温组件的内部压力与温度关系,并进一步判断出控温组件的泄漏情况.测量系统的构成如图2所示.

    在测试系统中,测温的铂电阻选用德国的Pt1200,量程为-70…+120℃,重复性精度为±0.02%,力传感器选用日本Kulite公司的KU290型,,量程是30N,精度为±0.03%, A/D转换的精度为16位.

    众所周知,压力温控器工作情况的好坏与感温波纹管的工质灌装纯度、慢性泄漏有直接的联系.通过对测量控温组件外部作用力与波纹管位移的关系就可以区别好坏波纹管.控温组件的外部作用力公式是:

F_B=ΔP·A±J_B·S_B                (1)

其中ΔP为控温组件内的相对压力;A(离散性是+20%)为波纹管的有效面积^[5];J_B(离散性是+17%)为波纹管刚度;S_B为波纹管压缩、伸长相对量(压缩状态取正,伸长状态取负),S_B的图纸自由高度公差为±0.4(离散性也较大).上述所说的离散性是指不同波纹管之间的离散性,而对具体的某一个波纹管来说,在允许的使用范围内,J_B、A值为常数,精度大约±0.1%左右.在测量过程中,固定传感器测头的位置.并使被测波纹管处于压缩状态,并且在整个测量过程中保持不变.由此可以认为,S_B也是未知的常数,设J_B·S_B=C.这就是测量方法的基础.测量分两步进行: