深度解析氣密性的知識(shí)及氣密性檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用與發(fā)展

隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)氣密性能檢測(cè)技術(shù)及裝備的要求也走向一個(gè)新高度。在民用工業(yè)中，人們對(duì)氣密性與泄漏的認(rèn)識(shí)、要求對(duì)泄漏檢測(cè)，氣密性和控制的意識(shí)逐日增強(qiáng)。但我們身邊較為熟悉的摩托車、攝像頭、汽車、燃?xì)庥镁叩冗@些產(chǎn)品也因氣密性不好造成的危害和災(zāi)難也給人們敲響了警鐘。優(yōu)其是zui近的蘋果手機(jī)，三星手機(jī)，華為手機(jī)的號(hào)稱能防水，氣密性能好，更是把氣密性這一話題，技術(shù)催向了頭條

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生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品質(zhì)量于是采用“浸水檢漏”來發(fā)現(xiàn)不合格工件，這就是通常所說的“水檢”，這種檢測(cè)工藝已經(jīng)有了近百年的歷史。七十年代中后期，一些工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)國家為了克服“水檢”工藝存在對(duì)工件的后續(xù)作業(yè)帶來的一些弊病，先后開始研究代替“水檢”的新工藝、新設(shè)備

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九十年代初，用潔凈干燥空氣作為工作介質(zhì)對(duì)工件的容腔，比如：摩托車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、散熱器、剎車系統(tǒng)、蒸發(fā)器、燈具，攝像頭等進(jìn)行密封性能檢測(cè)的工藝已經(jīng)成熟，并有一些相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備陸續(xù)問世。這就是氣密性檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展

一、氣體密封性能檢測(cè)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)，它本身既無一定形狀、也無一定體積，它的形狀和體積*取決于盛裝氣體的容器。任意數(shù)量的氣體都能被無限地膨脹而充滿于任何形狀大小的容器之中。

為了對(duì)氣體進(jìn)行客觀細(xì)致的研究，需要對(duì)客觀氣體分子進(jìn)行一些假設(shè)限定，這些經(jīng)過限定了的氣體稱為“理想氣體”。而描述“理想氣體”狀態(tài)變化規(guī)律的數(shù)學(xué)議程式，稱為“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(duì)所有氣體均普遍適用的常量。
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• 對(duì)于質(zhì)量為M，分子量為μ的氣體，則表述為：
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• PV=M/RT
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• 式中常量R的數(shù)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
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• 從理想氣體狀態(tài)方程可以推導(dǎo)出，一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)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(qiáng)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(duì)工件進(jìn)行密封性能檢測(cè)的基本原理。
• 2、工件泄漏檢測(cè)和判定
• 假設(shè)有一個(gè)被測(cè)工件(或物體)的內(nèi)腔容積是V，腔內(nèi)壓力是P，在溫度恒定的情況下，經(jīng)過幾秒或幾十秒后，它的內(nèi)腔容積沒有變化，而腔內(nèi)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(rèn)為該被檢測(cè)工件氣體密封性能良好或叫做“無泄漏工件”。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，無泄漏工件是極少的。在實(shí)際檢測(cè)過程中，通?？偸歉鶕?jù)該工件具體的應(yīng)用環(huán)境條件和狀態(tài)給出一個(gè)允許泄漏值，當(dāng)工件泄漏值小于該值時(shí)則認(rèn)為該工件“無泄漏”稱為合格品。只有工件泄漏值大于該值時(shí)才認(rèn)為“不合格”或“嚴(yán)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(xiàn)在物質(zhì)組織疏松、裂紋、裂隙、應(yīng)力集中、彎折、可拆卸等部件。大多數(shù)是由于加工工藝不合理，結(jié)構(gòu)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察，加工漏氣路徑又各式各樣，截面形狀又很復(fù)雜，所以漏孔的大小極難用它的幾何尺寸來度量。
• 由氣體定律PV=M/RT可知，當(dāng)溫度一定時(shí)，氣體的質(zhì)量可以用氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積PV(即氣體量)來表示，而PV又是容易測(cè)量的，所以“漏孔”的大小可以用單位時(shí)間泄漏的氣體量(PV)來表示，稱為漏率。其物理意義為：壓強(qiáng)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(nèi)外壓差)和氣體各類等因素的影響。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PV單位表示的流量本質(zhì)上就是單位時(shí)間穿過某一截面的能量，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某一截面流動(dòng)所需的能量。
• 二、氣體密封性能檢測(cè)設(shè)備
• 氣體密封性能檢測(cè)根據(jù)被檢測(cè)工件(物體)容腔內(nèi)實(shí)際壓力與外界壓力狀態(tài)主要分為兩大類，即加壓檢漏法(或正壓檢漏法)和真空檢漏法。
• 加壓檢漏法:
• 在被檢工件容腔內(nèi)充入一定壓力的氣體(稱示蹤氣體或控漏氣體)或液體，當(dāng)工件存在漏孔時(shí)，氣體(或液體)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(dāng)?shù)闹甘痉椒ú槊饔袩o氣體(或液體)逸出，逸出量的多少等就可判斷有無漏孔存在、漏孔位置和大小。比較有代表性的是傳統(tǒng)的“打氣試漏法”(即通常所說的“水檢”)。
• 近年來，氣體密封性能檢測(cè)儀(簡稱氣密儀)的出現(xiàn)正在改變著人們對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的依賴和認(rèn)識(shí)。下面將介紹有關(guān)氣密儀的基本知識(shí)。
• 1、氣密儀檢測(cè)工作原理
• 氣密儀根據(jù)檢測(cè)方式不同主要可分為直壓式和差壓式兩大類。
• 當(dāng)談到為產(chǎn)品做微量檢測(cè)時(shí)，我們可能會(huì)想到稱量用的天平。
• 直壓方式檢測(cè)相當(dāng)于用電子天平進(jìn)行微量稱量。若有一個(gè)充滿氣的氣球(相當(dāng)于被測(cè)工件)，在電子天平上稱出質(zhì)量后，若氣球(被測(cè)工件)有泄漏則電子天平稱出的質(zhì)量會(huì)減少，這兩次稱量有一質(zhì)量差，這個(gè)質(zhì)量差就是氣球(被測(cè)工件)的泄漏量。
• 直壓方式檢測(cè)泄漏的過程與此極為相似：
• 直壓型氣密儀檢測(cè)操作過程是這樣的：對(duì)工件的被測(cè)容腔在一定壓力條件下(具體壓力參數(shù)由生產(chǎn)線檢測(cè)工藝規(guī)程決定)進(jìn)行充氣、保持一定時(shí)間后，切斷被測(cè)工件和氣源的并記錄下此時(shí)的壓力示值，經(jīng)過一定時(shí)間(數(shù)秒或數(shù)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(cè)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(cè)時(shí)間周期內(nèi)的泄漏狀態(tài)，差值越大表示工件泄漏越嚴(yán)重。只要此差值在允許范圍內(nèi)，即可認(rèn)為被測(cè)工件合格。反之，為不合格
• 。
• 差壓方式檢測(cè)相當(dāng)于杠桿天平稱量。天平一端放有“基準(zhǔn)砝碼(參考物)”，另端放入待檢零件，不斷的增減零件的數(shù)量使天平達(dá)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(cè)儀的基本工作原理同天平一樣，一端是基準(zhǔn)參考物(標(biāo)準(zhǔn)品)，另一端是被測(cè)零件(被測(cè)品)。但是，其測(cè)量順序與天平正好相反，基準(zhǔn)參考物與被測(cè)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(cè)工件有泄漏，即使是微小泄漏，“天平”也將失去平衡，從而檢測(cè)出兩端因泄漏而產(chǎn)生的差壓。氣體密封性能檢測(cè)儀將根據(jù)差壓的變化測(cè)出工件的具體泄漏量，然后判斷被測(cè)工件是否合格，并將這些信息傳送給操作人員。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)品與被測(cè)工件形狀、大小都相同，并且檢測(cè)過程中，兩端的外部環(huán)境狀況*一樣，所以這種測(cè)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(cè)量結(jié)果。
• 直壓型氣密儀和差壓型氣密測(cè)試儀的檢測(cè)原理是相同的，它們的主要差別是檢測(cè)方式不同。
• 差壓型氣密檢測(cè)儀的檢測(cè)操作過程和直壓型的差別主要是利用“標(biāo)準(zhǔn)品”作為參照物在相同的過程和狀態(tài)條件下，比較被測(cè)工件與“標(biāo)準(zhǔn)品”的差異來判斷被測(cè)工件是否合格。其檢測(cè)過程如下：
• 首先在氣密儀標(biāo)示的標(biāo)準(zhǔn)品端接上標(biāo)準(zhǔn)品(標(biāo)準(zhǔn)品可以是一個(gè)被用多種方法檢測(cè)合格并被確認(rèn)為可以作為衡量其他與之相同的被測(cè)工件標(biāo)準(zhǔn)的工件或特定制品)，然后同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品與被測(cè)工件容腔充氣(充氣壓力、時(shí)間等參數(shù)由工藝程確定)，經(jīng)過一段數(shù)秒或數(shù)十秒的平衡時(shí)間后，將標(biāo)準(zhǔn)品與工件被測(cè)容腔*隔斷進(jìn)行數(shù)秒或數(shù)十秒的壓力監(jiān)視后比較二者的壓力示值差，這個(gè)壓力差就是工件被測(cè)容腔的壓力泄漏值，若其值在允許范圍內(nèi)則認(rèn)為被測(cè)品合格，否則判為不合格。
• 2、氣體密封性能檢測(cè)儀的工作特點(diǎn)
• (1)向被測(cè)物內(nèi)充氣的絕熱壓縮過程中，必然會(huì)使被測(cè)物內(nèi)部溫度發(fā)生變化。無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(cè)品和標(biāo)準(zhǔn)品在相同條件下進(jìn)行比較檢測(cè)，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(cè)品及檢測(cè)管路產(chǎn)生變形，采取差壓比較方式可抵消容積變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。因此，需盡量保證被測(cè)品和標(biāo)準(zhǔn)品兩側(cè)管路的對(duì)稱性。
• (3)周圍環(huán)境對(duì)檢測(cè)有一定影響。被測(cè)品和標(biāo)準(zhǔn)品在同一條件下進(jìn)行檢測(cè)，就可以消除外界帶來的影響。
• 3、主要用途及適用范圍
• 氣體密封性能檢測(cè)儀主要是用凈化干燥空氣為工作介質(zhì)對(duì)具有一定內(nèi)容積的腔體的密封性能檢測(cè)，亦可以采用串聯(lián)、并聯(lián)形式做其他檢測(cè)。但不可以直接對(duì)氣-液相二相流系統(tǒng)、氣-固相二相流系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，否則有可能得出不正確的測(cè)試結(jié)果或者對(duì)儀器造成不可修復(fù)的損害。
• 氣密儀是檢測(cè)設(shè)備，用它可以構(gòu)氣密性。防水檢測(cè)，密封檢測(cè)，泄漏檢測(cè)檢測(cè)設(shè)備。比如可以用氣密儀和夾具組合成為檢測(cè)工件氣密性能的流水生產(chǎn)線機(jī)床，常見的有海瑞思公司生產(chǎn)的適合用于摩托車、汽車的氣缸頭試漏機(jī)，離合器蓋(或總成)試漏機(jī)，氣缸體檢漏機(jī)，變速器殼體試漏機(jī)等摩托車、汽車氣密性檢測(cè)，攝像頭氣密性測(cè)試機(jī)。濾蕊密封檢測(cè)設(shè)備等。這些產(chǎn)品已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是機(jī)械、電子、科研、空調(diào)器、燃?xì)庥镁叩刃袠I(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、高效、低耗、實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張和化，迎接新世紀(jì)挑戰(zhàn)的利器。
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