常見的三種壓力變化檢漏方法的原理、優缺點及應用范圍

真空檢漏 王凡 蘭州空間技術物理研究所

  壓力變化檢漏方法是利用被檢測產品內部密閉容器壓力變化實現被檢產品總漏率測量。一般漏率計算公式如下:

  Q = ΔP·V /Δt ( 1)

  式中Q 為被檢測產品總漏率,Pa·m3 /s; ΔP 為測量時間間隔內的密封容器壓力變化量,Pa; V 為被測產品密閉容器容積,m3 ; Δt 為測量時間間隔,s。

  一般情況下,按照壓力增大或減小的狀態可以將壓力變化法分為靜態升壓法和靜態降壓法,如果測量間隔時間前的壓力小于測量間隔時間后的壓力,則稱之為靜態升壓法,反之則稱之為靜態降壓法。

  按照所選用壓力測量傳感器的不同,真空技術網(www.qbjic.club)將壓力變化法分為絕對壓力變化法、差壓力變化法和真空壓力變化法。

絕對壓力變化檢漏法

  絕對壓力變化法是采用絕對壓力傳感器實現被檢測產品密閉容器內的壓力測量,對于真空密閉容器來說,停止抽空后通過測量某一間隔時間段內壓力上升值,實現被測產品總漏率測量,對于帶壓容器來說,通過測量充氣后某一間隔時間段內壓力下降值,實現被測產品總漏率測量。

  絕對壓力變化法的優點是測量方法簡單,操作方便。絕對壓力變化法的缺點是被測容器內壓力受溫度影響大,當需要精確測量漏率時,必須對測量結果進行溫度修正,但是對于不同結構的被檢件,壓力隨溫度變化規律也不完全一樣,需要通過大量的實驗來確定修正方法。

  絕對壓力變化法一般應用于真空系統研制過程的定量檢漏工作,某些特殊場合的在線泄漏檢測,例如神舟飛船艙門密封性能的在軌檢測工作就是采用絕對壓力變化法的原理實現的。

差壓力變化檢漏法

  差壓力變化法是采用差壓傳感器實現被檢測產品密閉容器內的壓力測量,差壓傳感器的兩端分別連接被測容器和基準容器,其中基準容器是一個相對被檢件來說是無泄漏存在的密閉容器,測量前向被測容器和基準容器同時充入相同壓力的氣體,經過一定時間間隔后,如果被測容器有漏孔存在,會導致被測容器的壓力發生變化,而基準容器壓力不會發生變化,差壓傳感器會給出了這一微小壓力變化量,從而實現漏率測量。

差壓力變化法檢漏原理圖

圖1 差壓力變化法檢漏原理圖

  差壓力變化法的優點是檢測靈敏度高,可以克服溫度變化對測量結果的影響。差壓力變化法的缺點是結構復雜,需要專用的測量系統才能實現。這里需要說明,基準密閉容器的容積材料需要與被測對象的容積應盡量一致或接近,以減小測量不確定度。

  差壓力變化法一般應用于批量化小型產品的檢漏工作。

真空壓力變化檢漏法

  真空壓力變化法是利用真空抽氣原理實現雙道密封結構的泄漏檢測工作。雙道密封結構示意圖如圖2所示,其工作過程中,存在兩個泄漏通道,一個是被檢件外的大氣環境向密封腔體內泄漏,一個是密封腔體向被檢件內的真空環境泄漏,密封腔體內壓力變化可以用公式( 2) 表示。通過求解公式( 2) 表示的微分方程可以獲得密封腔體內的壓力變化與兩道密封圈漏率間的關系,從而實現漏率測量。

  V dPt/dt = Q1 - Q2( 2)

  式中Pt為密封腔體內的瞬時壓力,Pa; t 為測量時間,s ; V 為雙道密封腔體容積,m3 ; Q1為密封圈1 的泄漏率,Pa·m3 /s; Q2為密封圈2 的泄漏率,Pa·m3 /s。

雙道密封結構泄漏示意圖

圖2 雙道密封結構泄漏示意圖

  真空壓力變化法的優點是能準確分辨出雙道密封結構的哪一個密封圈發生泄漏,從而為堵漏工作提供指導。真空壓力變化法的缺點是兩道密封圈的漏率相等時,密封腔體內壓力不會發生變化,無法通過壓力變化法實現漏率測量。

  真空壓力變化法適用于雙道密封結構的長期在線密封泄漏監測,例如空間站主結構靜密封泄漏監測工作。