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

隨著工業(yè)技術(shù)的進步，人們對氣密性能檢測技術(shù)及裝備的要求也走向一個新高度。在民用工業(yè)中，人們對氣密性與泄漏的認識、要求對泄漏檢測，氣密性和控制的意識逐日增強。但我們身邊較為熟悉的摩托車、攝像頭、汽車、燃氣用具等這些產(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*近的蘋果手機，三星手機，華為手機的號稱能防水，氣密性能好，更是把氣密性這一話題，技術(shù)催向了頭條

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)達國家為了克服“水檢”工藝存在對工件的后續(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

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

一、氣體密封性能檢測原理

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，它的形狀和體積完全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。

為了對氣體進行客觀細致的研究，需要對客觀氣體分子進行一些假設(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，即對所有氣體均普遍適用的常量。
• 對于質(zhì)量為M，分子量為μ的氣體，則表述為：
• PV=M/RT
• 式中常量R的數(shù)值取決于P，V，T等所用的單位。在國際單位制中，P的單位用Pa，V用m3，T用K，則R=8.314J/K.mol。
• 蓋?呂薩克定律
• 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*終狀態(tài)下的壓力，體積和溫度。這個方程表明一定質(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。這就是采用氣體對工件進行密封性能檢測的基本原理。
• 2、工件泄漏檢測和判定
• 假設(shè)有一個被測工件(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)壓力下降了一個確定值△P，這時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”。否則認為該被檢測工件氣體密封性能良好或叫做“無泄漏工件”。在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，**無泄漏工件是極少的。在實際檢測過程中，通?？偸歉鶕?jù)該工件具體的應(yīng)用環(huán)境條件和狀態(tài)給出一個允許泄漏值，當工件泄漏值小于該值時則認為該工件“無泄漏”稱為合格品。只有工件泄漏值大于該值時才認為“不合格”或“嚴重泄漏”。
• 3、漏孔、漏率和漏率的國際單位
• 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，當溫度一定時，氣體的質(zhì)量可以用氣體的壓強和體積的乘積PV(即氣體量)來表示，而PV又是容易測量的，所以“漏孔”的大小可以用單位時間泄漏的氣體量(PV)來表示，稱為漏率。其物理意義為：壓強x體積/時間。漏率的國際單位為“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)上就是單位時間穿過某一截面的能量，它并不是氣體分子本身攜帶的動能或位能，而是使氣體分子通過某一截面流動所需的能量。
• 二、氣體密封性能檢測設(shè)備
• 氣體密封性能檢測根據(jù)被檢測工件(物體)容腔內(nèi)實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，當工件存在漏孔時，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?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，氣體密封性能檢測儀(簡稱氣密儀)的出現(xiàn)正在改變著人們對傳統(tǒng)技術(shù)的依賴和認識。下面將介紹有關(guān)氣密儀的基本知識。
• 1、氣密儀檢測工作原理
• 氣密儀根據(jù)檢測方式不同主要可分為直壓式和差壓式兩大類。
• 當談到為產(chǎn)品做微量檢測時，我們可能會想到稱量用的天平。
• 直壓方式檢測相當于用電子天平進行微量稱量。若有一個充滿氣的氣球(相當于被測工件)，在電子天平上稱出質(zhì)量后，若氣球(被測工件)有泄漏則電子天平稱出的質(zhì)量會減少，這兩次稱量有一質(zhì)量差，這個質(zhì)量差就是氣球(被測工件)的泄漏量。
• 直壓方式檢測泄漏的過程與此極為相似：
• 直壓型氣密儀檢測操作過程是這樣的：對工件的被測容腔在一定壓力條件下(具體壓力參數(shù)由生產(chǎn)線檢測工藝規(guī)程決定)進行充氣、保持一定時間后，切斷被測工件和氣源的聯(lián)系并記錄下此時的壓力示值，經(jīng)過一定時間(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行比較。若被測容腔有泄漏，則兩次壓力示值有一個差值。此差值大小反映工件在檢測時間周期內(nèi)的泄漏狀態(tài)，差值越大表示工件泄漏越嚴重。只要此差值在允許范圍內(nèi)，即可認為被測工件合格。反之，為不合格
。
• 差壓方式檢測相當于杠桿天平稱量。天平一端放有“基準砝碼(參考物)”，另端放入待檢零件，不斷的增減零件的數(shù)量使天平達到平衡時，砝碼(參考物)的質(zhì)量即為零件的質(zhì)量。
• 氣體密封性能檢測儀的基本工作原理同天平一樣，一端是基準參考物(標準品)，另一端是被測零件(被測品)。但是，其測量順序與天平正好相反，基準參考物與被測工件兩邊同時充入相同壓力的空氣，使“天平”——差壓傳感器兩端平衡。如果被測工件有泄漏，即使是微小泄漏，“天平”也將失去平衡，從而檢測出兩端因泄漏而產(chǎn)生的差壓。氣體密封性能檢測儀將根據(jù)差壓的變化測出工件的具體泄漏量，然后判斷被測工件是否合格，并將這些信息傳送給操作人員。因為標準品與被測工件形狀、大小都相同，并且檢測過程中，兩端的外部環(huán)境狀況完全一樣，所以這種測試方法可以消除溫度、振動等環(huán)境因素的影響，得到高精度的測量結(jié)果。
• 直壓型氣密儀和差壓型氣密儀的檢測原理是相同的，它們的主要差別是檢測方式不同。
• 差壓型氣密儀的檢測操作過程和直壓型的差別主要是利用“標準品”作為參照物在相同的過程和狀態(tài)條件下，比較被測工件與“標準品”的差異來判斷被測工件是否合格。其檢測過程如下：
• 首先在氣密儀標示的標準品端接上標準品(標準品可以是一個被用多種方法檢測合格并被確認為可以作為衡量其他與之相同的被測工件標準的工件或特定制品)，然后同時對標準品與被測工件容腔充氣(充氣壓力、時間等參數(shù)由工藝程確定)，經(jīng)過一段數(shù)秒或數(shù)十秒的平衡時間后，將標準品與工件被測容腔完全隔斷進行數(shù)秒或數(shù)十秒的壓力監(jiān)視后比較二者的壓力示值差，這個壓力差就是工件被測容腔的壓力泄漏值，若其值在允許范圍內(nèi)則認為被測品合格，否則判為不合格。
• 2、氣體密封性能檢測儀的工作特點
• (1)向被測物內(nèi)充氣的絕熱壓縮過程中，必然會使被測物內(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。如果被測品和標準品在相同條件下進行比較檢測，則加壓引起的絕熱溫升影響就可以相互抵消。
• (2)加壓會使被測品及檢測管路產(chǎn)生變形，采取差壓比較方式可抵消容積變化對檢測結(jié)果的影響。因此，需盡量保證被測品和標準品兩側(cè)管路的對稱性。
• (3)周圍環(huán)境對檢測有一定影響。被測品和標準品在同一條件下進行檢測，就可以消除外界帶來的影響。
• 3、主要用途及適用范圍
• 氣體密封性能檢測儀主要是用凈化干燥空氣為工作介質(zhì)對具有一定內(nèi)容積的腔體的密封性能檢測，亦可以采用串聯(lián)、并聯(lián)形式做其他檢測。但不可以直接對氣-液相二相流系統(tǒng)、氣-固相二相流系統(tǒng)進行檢測，否則有可能得出不正確的測試結(jié)果或者對儀器造成不可修復(fù)的損害。
• 氣密儀是一種狀態(tài)監(jiān)視、檢測設(shè)備，用它可以構(gòu)成氣密性檢測，防水檢測。泄漏檢測。密封檢測等專用檢測設(shè)備。比如可以用氣密儀和專用夾具組合成為檢測工件氣密性能的流水生產(chǎn)線專用機床，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，離合器蓋(或總成)試漏機，氣缸體檢漏機，變速器殼體試漏機等摩托車、汽車專用氣密性檢測，攝像頭氣密性測試機。濾蕊密封檢測設(shè)備等。這些產(chǎn)品已經(jīng)系列化、標準化，是機械、電子、醫(yī)療器械、空調(diào)器、燃氣用具等行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、高效、低耗、實??規(guī)模經(jīng)濟擴張和國際化，迎接新世紀挑戰(zhàn)的利器。

本文源于海瑞思自動化：海瑞思自動化（http://www.hirays.com）設(shè)備開創(chuàng)者專注于手機防水檢測、攝像頭防水檢測、IP防水等級檢測、線材防水檢測、音箱防水檢測等密封檢測設(shè)備氣密性檢測設(shè)備。