差压法检测微泄漏及其检测准确度分析

　　1　概述

　　在机械制造工业中,经常对一些零部件进行气密性检测,对某些产品来说,气密性是一个至关重要的指标。气密性不好会引起泄漏,泄漏则直接影响机械的可靠性、经济性与整机性能,导致在实际使用中出现机器失灵、运行异常、效率降低、寿命缩短、油料浪费和环境污染等问题。因此泄漏检测是生产中十分重要的,而且泄漏检测技术水平的高低会直接影响生产效率、操作人员的劳动强度及产品的质量。随着制造水平和工艺要求的提高,对泄漏特别是微泄漏的检测提出了更高的要求。本文结合盘式液压制动器微泄漏检测的实例,给出了一种精度较高的微泄漏检测装置。

　　2　泄漏的数学模型

　　为了对泄漏问题的本质有更深的了解,我们将一般泄漏问题抽象为一个阻-容耦合模型(考虑感性影响很小故忽略不计),其物理模型如图1所示。

　　由气体力学的规律,我们可以得到该泄漏物理模型的数学模型为:

　　我们可以通过检测压差来达到检测气密性的目的,有关气密性的国家标准是度量零件气密性的尺度,这种标准通常是以单位时间内泄漏量大小的形式给出的。因此,我们有必要找出压差与泄漏量之间的关系。

　　对于一般的泄漏过程,可作为等温过程来处理,由气体状态方程pV=nRT有:

　　由式(5)可得出Δp-Q·t曲线和Δp-V曲线,如图3、图4所示。

　　通过上述讨论可得到泄漏问题的一般规律:

　　1)压力随时间按指数规律衰减,V、r越大,衰减越慢,温度越高,衰减越快。

　　2)泄漏压差与泄漏流量成正比,与气容体积成反比,对于一定的泄漏量,V越大,Δp越小。

　　3　检漏系统工作原理

　　测量的基本方法有三种:偏差法,平衡法,微差法。具体对泄漏检测来说,偏差法检测精度较低,不适合检测微量泄漏;平衡法采用闭环无差结构,系统结构复杂,成本较高,响应较慢。微差法结合了偏差法和平衡法的优点,首先使被检测量的大部分作用与已知的标准量的作用相抵消,检测二者的差值,在本检测系统中,标准量即标准容器提供的比较压力。这种检测方法可以达到很高的精度,系统响应也很快。基于这种检测原理及泄漏的数学模型,检漏系统原理如图5所示。

　　整个工作循环包括四个阶段:充气→稳压→保压检测→泄压。首先,控制系统发出指令,开启电磁阀打开气路,同时向工件和标准容器充气加压,经时间t1压力达到预定值;然后经过时间t2使压力稳定;紧接着控制系统发出指令关闭两位两通电磁阀,开始保压检测,经时间t3后,若工件有泄漏,差压变送器在泄漏压差作用下输出一定的电流(或电压),对此输出和压差设定值进行适当的运算处理,我们就可以判断工件合格与否;最后检测完毕,释放压力,进入下一工作循环。