淺議軍標(biāo)民標(biāo)在氦檢漏中的差異及虛漏

鄭天丕，趙 慧，方 珍，張 耀，趙 葉

(1.寧波福特繼電有器限公司，浙江寧波，315012;2.杭州歐誠(chéng)進(jìn)出口品有限公司，浙江寧波，310012;3.陜西群力電工有限責(zé)任公司，陜西寶雞，721300)

1 引言

近日，學(xué)習(xí) GB/T2423.23－2013、GJB360B －2009及GJB548B－2005標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)氦檢漏的術(shù)語(yǔ)、計(jì)算公式的解釋等，發(fā)現(xiàn)他們各有千秋，使一些研發(fā)人員和用戶不知用哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)才好。為此特地把這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的差異羅列出來(lái)，作一個(gè)比較。并就虛漏的補(bǔ)救措施做個(gè)簡(jiǎn)介。同時(shí)解釋測(cè)量漏率必須換算成等效標(biāo)準(zhǔn)(空氣)漏率的原因，氦氣漏率不是密封元器件正規(guī)使用的氣體漏率。

2 試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)溫度

GB/T2423.23－2013規(guī)定基準(zhǔn)溫度為25℃，允許誤差為15℃ ～35℃;

GJB360B－2009規(guī)定基準(zhǔn)溫度為25℃，允許誤差為15℃ ～35℃;

GJB548B－2005規(guī)定基準(zhǔn)溫度為25℃，允許誤差為±5K。

2003年之前，IEC有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定基準(zhǔn)溫度為23℃，允許誤差 15℃ ～35℃，其后 IEC61810－1:2003改為23℃、允許誤差5K，IEC6180－7:2006則改為23℃ ±5℃;MIL－PRF－39016F:2005則規(guī)定:所有的試驗(yàn)可在符合生產(chǎn)實(shí)際的環(huán)境下進(jìn)行。筆者以為氦檢漏最好在25℃ ±5℃下進(jìn)行?？上驳氖?，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基準(zhǔn)溫度均為25℃，其漏率的溫度換算的基準(zhǔn)點(diǎn)即為298K。

3 術(shù)語(yǔ)

3.1 漏率

GB/T2423.23定義:在已知漏泄兩側(cè)壓差的情況下，單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)漏泄處的給定溫度的干燥氣體。

注:采用國(guó)際單位制時(shí)為Pa.m3/s;在本部分中采用導(dǎo)出單位Pa.cm3/s和bar.cm3/s。這是因?yàn)樗鼈兣c工業(yè)通用的量級(jí)較為接近的緣故。

這里 1Pa.m3/s=106Pa.cm3/s=10bar.cm3/s。

GJB360B定義:單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)已知壓差的漏泄處的規(guī)定溫度的干燥空氣。單位:Pa.cm3/s。

GJB548B無(wú)此術(shù)語(yǔ)定義。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)漏率

GB/T2423.23:在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓差下的漏率。本部分的標(biāo)準(zhǔn)溫度為 25℃，標(biāo)準(zhǔn)壓差是105Pa(1bar)。

GJB360B:在標(biāo)準(zhǔn)溫度(25℃)和壓差(高壓101.325kPa和低壓不大于133.322Pa)下的漏率。單位:Pa.cm3/s。

GJB548B:25℃時(shí)，高壓一側(cè)101.33kPa和低壓一側(cè)低于0.13kPa的情況下，每秒通過(guò)一條或多條漏泄通道的干燥空氣量。(Pa.cm3)/s。

等效標(biāo)準(zhǔn)漏率:

GB/T2423.23:在以空氣為試驗(yàn)氣體的情況下，給定器件的標(biāo)準(zhǔn)漏率。

GJB360B:以空氣為試驗(yàn)氣體的情況下的標(biāo)準(zhǔn)漏率。單位:Pa.cm3/s。

GJB548B:具有與R1(即測(cè)量漏率)同樣漏氣幾何結(jié)構(gòu)的同一種封裝，在1.1.1條(即標(biāo)準(zhǔn)漏率)標(biāo)準(zhǔn)條件下的漏率。(Pa.cm3)/s。

3.3 測(cè)量漏率

GB/T2423.23:在規(guī)定條件下，使用規(guī)定試驗(yàn)氣體所測(cè)得的給定器件的漏率。

注1:測(cè)量漏率通常用氦氣作為試驗(yàn)氣體，在25℃，壓差為105Pa(1bar)下確定。

注2:為了與其它試驗(yàn)方法所確定的漏率相比較，測(cè)量漏率應(yīng)該換算成等效標(biāo)準(zhǔn)漏率。

GJB360B:無(wú)此術(shù)語(yǔ)定義。

GJB548B:在規(guī)定條件下，采用規(guī)定的試驗(yàn)媒質(zhì)測(cè)得的給定封裝的漏率。為了便于與其他測(cè)試方法測(cè)到的漏率進(jìn)行比較，測(cè)量漏率必須換算成等效標(biāo)準(zhǔn)漏率。

從以上的介紹可以看出GJB548B的定義較為合理。GB/T2423.23的定義不理想不全面。其一，標(biāo)準(zhǔn)漏率被定義為25℃、壓差為105Pa下的漏率。那么每種氣體都有自己的標(biāo)準(zhǔn)漏率，造成標(biāo)準(zhǔn)漏率何其多?其二，測(cè)量漏率注1乃畫(huà)蛇添足。用溫度25℃、壓差105Pa(1bar)來(lái)確定，這不成了氦氣的標(biāo)準(zhǔn)漏率了嗎?實(shí)際操作時(shí)，不僅25℃難以保證，這個(gè)105Pa(1bar)的壓差也無(wú)法保證。因?yàn)槊總€(gè)被檢測(cè)件的漏率是不一樣的，而且都較小。幾個(gè)小時(shí)的壓氦不能保證一批產(chǎn)品中的每只產(chǎn)品內(nèi)部的氦壓都是105Pa(1bar)。同一批產(chǎn)品的每只產(chǎn)品的漏率各不相同。同時(shí)壓氦后，其內(nèi)部的氦壓也各不相同。這是導(dǎo)致不同的測(cè)量結(jié)果的原因之一。

以上的介紹還可以看出，軍標(biāo)GJB548B和民標(biāo)GB/T2423.23－2013都要求把質(zhì)譜分析測(cè)得的氦氣漏率(測(cè)量漏率)換算成等效標(biāo)準(zhǔn)漏率。其關(guān)鍵是要把細(xì)檢(氦檢)測(cè)得的漏率與粗檢測(cè)得的漏率進(jìn)行比較，以保證細(xì)檢與粗檢相覆蓋。方可保證細(xì)檢與粗檢之間沒(méi)有斷點(diǎn)，使密封性檢測(cè)成為一個(gè)完整的檢驗(yàn)鏈。因?yàn)榇謾z是用冒泡法進(jìn)行的，人們眼看著空氣從被檢件內(nèi)部往外冒，形成上升的氣泡(連續(xù)或斷續(xù))。那么細(xì)檢測(cè)得的測(cè)量漏率(是氦氣漏率)自然要換算成等效標(biāo)準(zhǔn)(空氣)漏率方能進(jìn)行比較，以證明細(xì)檢和粗檢能互相覆蓋。這是密封繼電器的漏率采用標(biāo)準(zhǔn)(空氣)漏率的原因之一。

IEC61810－7:2006 在 4.20.2.2 條中特地提醒:“注意氦氣漏率不是密封繼電器正規(guī)使用的氣體漏率”。IEC61810－7在這里賣(mài)了個(gè)關(guān)子，不說(shuō)是什么氣體的漏率。實(shí)際上這個(gè)“氣體漏率”就是上面說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)(空氣)漏率。電子元器件采用標(biāo)準(zhǔn)(空氣)漏率的另一原因是:它們都是在空氣中制造、檢測(cè)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用。密封元器件內(nèi)外的空氣交換無(wú)時(shí)不在。

4 氦檢漏的基本計(jì)算公式及其注釋

4.1 氦檢漏基本計(jì)算公式

此公式三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都一樣，但注釋各不相同。

4.2 計(jì)算公式的注釋

R:氦氣的測(cè)量漏率，單位:Pa.cm3/s;L:等效標(biāo)準(zhǔn)漏率，單位:Pa.cm3/s。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)一樣。

P:GB/T為絕對(duì)壓力，單位:Pa;GJB360B為加壓壓力，單位:Pa;GJB548B為絕對(duì)作用壓力，單位:Pa。

筆者以為應(yīng)該稱氦氣加壓時(shí)壓強(qiáng)，單位:Pa。

P0:GB/T稱大氣壓力，單位:Pa;GJB360B稱大氣壓力，101.33kPa;GJB548B稱大氣壓力，單位:Pa。

P0在(1)式的推導(dǎo)過(guò)程中為漏孔兩邊的壓差。GJB都定高壓一側(cè)為101.33kPa，低壓一側(cè)低于0.13kPa(氣壓測(cè)量時(shí)允許誤差)，故兩邊壓差取101.33kPa(即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)。而GB/T定義兩邊壓差為105Pa(1bar)，這里就應(yīng)該標(biāo)明標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為105Pa，但誤差有點(diǎn)大。

M0GB/T稱為單位體積的空氣質(zhì)量(1.29g/L);GJB360B稱作空氣的摩爾分子量(28.7);GJB548B稱為空氣分子量(28.7g)。

MHGB/T稱為單位體積的氦氣質(zhì)量(0.18g/L);GJB360B稱作氦氣的摩爾分子量(4);GJB548B稱為氦氣分子量(4g)。

這里，GB/T2423.23的注釋值得討論，雖然它們對(duì)(1)式的計(jì)算沒(méi)影響。因?yàn)檫@里L(fēng)H。LH為氦氣漏率?；?qū)憺?。若按GB/T2423.23這里的注釋，漏率就與氣體密度平方根成反比。但GB/T2423.23在E.2中卻明確寫(xiě)著"漏率與氣體分子量的平方根成反比"，顯然前后矛盾，而且后者才是正確的。

這里，GJB360B的注釋是正確的，即氣體的摩爾分子量。

V，GB/T為試驗(yàn)樣品的內(nèi)部體積，單位cm3;GJB360B稱試驗(yàn)樣品的內(nèi)腔體積，單位 cm3;GJB548B稱為試驗(yàn)樣品的內(nèi)部容積(cm3)。

這個(gè) V，IEC61810－7:2006 中 4.20.2.2C 條稱作試驗(yàn)樣品的內(nèi)部空腔容積(cm3)。IEC61810－7是對(duì)的。它是(1)式的導(dǎo)出單位。

t1壓氦時(shí)間，單位s;t2待檢時(shí)間，單位s。

三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基本一樣。

4.3 簡(jiǎn)化的計(jì)算公式

很明顯，GB/T和GJB360B的簡(jiǎn)化公式是錯(cuò)誤的，兩邊量綱不等。當(dāng) R的單位用 Pa.cm3/s時(shí)，GB/T的簡(jiǎn)化公式不影響計(jì)算結(jié)果，但當(dāng)R的單位用bar.cm3/s時(shí)，就影響計(jì)算結(jié)果。GJB360B則剛好相反，R的單位用Pa.cm3/s時(shí)就影響計(jì)算結(jié)果。因?yàn)镚JB360B是等同采用MIL－STD－202的，故簡(jiǎn)化公式也等同過(guò)來(lái)。然MIL的漏率單位是atm.cm3/s，它不影響計(jì)算結(jié)果。而GJB360B的漏率單位是Pa.cm3/s，簡(jiǎn)化公式就不能照抄了。其實(shí)只要把(1)式按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，就可得這才是正確的簡(jiǎn)化公式。

5 漏泄時(shí)間常數(shù)

這是GB/T2423.23特有的相關(guān)參數(shù)，它被定義為:"假設(shè)保持漏泄處兩側(cè)的壓差變化不變的情況下，使其兩側(cè)壓力均衡所需的時(shí)間。對(duì)本部分來(lái)說(shuō)，時(shí)間常數(shù)等于樣品內(nèi)腔體積與等效標(biāo)準(zhǔn)漏率之比"。這個(gè)定義與E(1)式有悖，漏了一個(gè)P0。結(jié)果這個(gè)定義會(huì)導(dǎo)致等式兩邊量綱不等的錯(cuò)誤。

時(shí)間常數(shù)的優(yōu)點(diǎn)一是用戶一看便知何時(shí)產(chǎn)品內(nèi)部的氣體會(huì)漏光;二是不同體積的產(chǎn)品、不同漏率的產(chǎn)品可直接比較耐儲(chǔ)存時(shí)間。但用戶進(jìn)廠檢驗(yàn)時(shí)仍需檢測(cè)每只產(chǎn)品的漏率，仍要求生產(chǎn)廠家提供產(chǎn)品內(nèi)部空腔容積，方可求得漏泄時(shí)間常數(shù)，換湯不換藥。

6 虛漏

GB/T2423.23－2013把虛漏定義為:“由于試驗(yàn)樣品的吸附、吸收或夾藏氣體的緩慢釋放所引起的漏泄現(xiàn)象”。虛漏一直困擾試驗(yàn)人員，粗檢漏和細(xì)檢漏都存在。特別是氦檢。由于玻璃封裝中的氣泡數(shù)或涂料(如整體鍍錫、附加密封膠等)質(zhì)量的差異，導(dǎo)致氦吸附、吸收的變化，從而產(chǎn)生虛漏。為此GB/T2423.23－2013 E5及B6建議:檢漏時(shí)用同樣材料做成實(shí)心的固體塊(外形形狀同產(chǎn)品一樣)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)比較，以扣除表面吸附的影響。這一點(diǎn)兩個(gè)GJB都沒(méi)有提到。

7 總結(jié)

從以上的介紹和論述，可以看出:

(1)由于幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)術(shù)語(yǔ)的定義各不相同，筆者建議采用GJB548B的定義。

(2)對(duì)虛漏采用與被檢件有相同外形的實(shí)心樣品，同步進(jìn)行檢測(cè)，以扣除表面吸附等的影響。

(3)為保證粗檢與細(xì)檢能夠相互覆蓋，粗檢與細(xì)檢的漏率單位就需要統(tǒng)一用標(biāo)準(zhǔn)(空氣)漏率。換句話說(shuō)，測(cè)量漏率(氦氣漏率)就必須換成等效標(biāo)準(zhǔn)漏率。

(4)IEC61810－7:2006中4.20.2條特地提醒“注意:氦氣漏率不是密封繼電器中正規(guī)使用的氣體漏率?！边@個(gè)“氣體漏率”就是標(biāo)準(zhǔn)(空氣)漏率。

［1］ GB/T2423.23－2013，電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)試驗(yàn)Q:密封［S］

［2］ GJB360B－2009，電子及電氣元件試驗(yàn)方法［S］

［3］ GJB548B－2005，微電子器件試驗(yàn)方法和程序［S］

［4］ MIL－STD－202 2004 Test methods for eletronic and electrical component parts［S］

［5］ MIL － PRF － 39016F 2005 Relay，electromagnetic，established reliablilty，general specification for［S］

［6］ IEC61810 －1:2003，Electromechanical elementary relays－ Part1:General and safety requirements［S］

［7］ IEC61810 － 7:2006，Electromechanical elementary relays － Part7:Test and measurement procedures［S］