精密泄漏檢測儀的應(yīng)用與校準(zhǔn)

楊文海

（上海市寶山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測所，上海 200940）

精密泄漏檢測儀采用標(biāo)準(zhǔn)化的閥板模塊進(jìn)行動(dòng)作控制，內(nèi)部集成一款高精度壓力傳感器，可以減少測試周期并改善檢測的精度和重復(fù)性。精密泄漏的測試方法主要有兩種：一種是給被測試件打氣至設(shè)定的壓力值，觀察一定時(shí)間后的壓力變化；另一種是應(yīng)用精密泄漏檢測儀給被測試件打氣并控制壓力值保持在設(shè)定壓力值，通過熱式質(zhì)量流量計(jì)的讀數(shù)來表征試件的泄漏情況[1]。

1 壓力衰減

在固定的時(shí)間內(nèi)測量壓力損失（ΔP）。數(shù)值由檢測計(jì)時(shí)器測定期間內(nèi)的壓力損失決定。檢測結(jié)果用ΔP 單位表示。壓力衰減泄漏檢測儀的基本操作原理為將受檢工件充氣至達(dá)到特定目標(biāo)檢測壓力，并將其與氣源斷開，使其壓力穩(wěn)定，然后測定在規(guī)定時(shí)間內(nèi)由于泄漏所產(chǎn)生的壓力損失，壓力衰減ΔP 檢測的參數(shù)設(shè)置如圖1 所示[2]。

圖1 壓力衰減檢測示意圖Fig.1 Pressure attenuation detection schematic

1.1 定時(shí)器參數(shù)

檢查是否有過度泄漏工件或欠壓情況?？稍O(shè)置為充氣時(shí)間的百分比（%，默認(rèn)），對于固定充氣時(shí)間檢測，或?yàn)椴豢梢绯龆〞r(shí)器。如果將該變量設(shè)置為不可溢出定時(shí)器，則當(dāng)達(dá)到最小壓力值時(shí)，該環(huán)節(jié)將退出并運(yùn)行至下一個(gè)，使工件達(dá)到目標(biāo)壓力的時(shí)間，其也可以作為利用額外氣體穩(wěn)定工件壓力的時(shí)間。在與壓力調(diào)節(jié)器斷開狀態(tài)下，穩(wěn)定工件壓力所需的時(shí)間，該時(shí)間會(huì)直接影響到檢測的重復(fù)性。測量壓降或衰減的精確時(shí)間或測量壓力上升的精確結(jié)束時(shí)間。在指示檢測結(jié)束前緩解或排泄工件壓力的時(shí)間，需要時(shí)間防止噴出碎片或夾具密封件[3]。

1.2 壓力參數(shù)

壓力參數(shù)主要包括最小壓力、目標(biāo)壓力、最大壓力和目標(biāo)壓力窗口。最小壓力必須在達(dá)到預(yù)充氣選定點(diǎn)之前達(dá)到最小壓力，并且該值必須通過充氣和穩(wěn)定環(huán)節(jié)進(jìn)行保持，否則檢測循環(huán)會(huì)以嚴(yán)重泄漏方式結(jié)束。目標(biāo)壓力是指工件的檢測壓力，為使檢測成功完成，在任何時(shí)候該值都不可以被超出。如果壓力值超出了最大檢測壓力，則檢測循環(huán)會(huì)以過壓故障方式結(jié)束，這個(gè)壓力值就是最大壓力。目標(biāo)壓力窗口為觀測目標(biāo)壓力所用，且必須在檢測循環(huán)的檢測環(huán)節(jié)內(nèi)保持顯示狀態(tài)。如果實(shí)際壓力在檢測期間跌落至該窗口之外，則該窗口會(huì)產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)壓力低或高故障。

1.3 檢測參數(shù)及EDC

圖2 目標(biāo)壓力窗口示意圖Fig.2 Target pressure window diagram

低限損失是用于評估檢測結(jié)果的下選定點(diǎn)值，高限損失是用于評估檢測結(jié)果的上選定點(diǎn)值。檢測評估是檢測結(jié)果與兩個(gè)選定點(diǎn)進(jìn)行比較來決定其是否為合格或失敗。結(jié)果的3 個(gè)地方需要進(jìn)行評估：高限之上、限度之間、低限之下。EDC 環(huán)境漂移修正，其工作原理是環(huán)境漂移校正例程可通過對檢測條件變化的校正因數(shù)進(jìn)行連續(xù)地監(jiān)測和計(jì)算來幫助保持對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。該例程可動(dòng)態(tài)補(bǔ)償檢測環(huán)境中的緩慢變化，如房間溫度變化、工件溫度變化、檢測空氣溫度變化、工件彈性變化、工件吸水特性變化等。這些因素會(huì)影響受檢工件如何對檢測過程做出反應(yīng)的動(dòng)態(tài)情況以及影響對泄漏率的確定。“環(huán)境漂移校正”定義了在標(biāo)準(zhǔn)件損失附近的帶寬寬度以及標(biāo)準(zhǔn)件流量值將如何作為非泄漏工件的流量率中的一個(gè)正規(guī)變差?！碍h(huán)境漂移校正”（EDC%）是以高限為依據(jù)的。儀器會(huì)持續(xù)計(jì)算檢測結(jié)果的移動(dòng)平均值，并且該值會(huì)落在關(guān)于原始非泄漏標(biāo)準(zhǔn)件曲線的帶寬（EDC%）之內(nèi) 。根據(jù)之前檢測結(jié)果確定計(jì)算出的漂移值，它會(huì)對每一個(gè)未來結(jié)果進(jìn)行校正。漂移值計(jì)算[4]公式為

典型的環(huán)境漂移校正設(shè)置為10%、25%、50%和90%。樣本大小被設(shè)置為EDC 量，柔性工件比剛性工件需要更多的“環(huán)境漂移校正”。EDC 的設(shè)置參數(shù)包括：EDC 開啟實(shí)行環(huán)境漂移校正，EDC 百分比是對關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)件EDC 曲線的帶寬進(jìn)行定義，EDC 數(shù)量是對用于計(jì)算漂移值的EDC 帶寬內(nèi)的檢測結(jié)果數(shù)量進(jìn)行定義。

2 質(zhì)量流量

圖3 質(zhì)量流量檢測示意圖Fig.3 Quality flow detection schema

質(zhì)量流量檢測泄漏檢測儀的基本工作原理是將工件充氣至特定壓力，并利用壓力調(diào)節(jié)器使工件內(nèi)部保持住恰當(dāng)?shù)膲毫?。該儀器將對維持工件在目標(biāo)壓力下所需要的空氣流量進(jìn)行測量。與上述壓力衰減檢測不同的是，儀器需要對流量進(jìn)行檢測而不是壓力值。具體來說包括：低限流量用于評估檢測結(jié)果的下選定點(diǎn)值。高限流量用于評估檢測結(jié)果的上選定點(diǎn)值。檢測評估是檢測結(jié)果與兩個(gè)選定點(diǎn)進(jìn)行比較來決定其是否為合格或失敗。結(jié)果的3 個(gè)地方需要進(jìn)行評估：高限之上、限度之間、低限之下。最大標(biāo)準(zhǔn)件流量是允許采用標(biāo)準(zhǔn)件流量偏移參數(shù)的最大值。最小標(biāo)準(zhǔn)件流量是允許采用標(biāo)準(zhǔn)件流量偏移參數(shù)的最小值。質(zhì)量流量檢測與壓力衰減檢測還多了一個(gè)啟動(dòng)校準(zhǔn)功能，一般用于低泄漏情況。啟動(dòng)程序校準(zhǔn)功能，以允許非泄漏標(biāo)準(zhǔn)件可產(chǎn)生零偏移。 根據(jù)非泄漏標(biāo)準(zhǔn)件的檢測生成低偏移會(huì)帶來很多方便。進(jìn)入主菜單后選擇程序校準(zhǔn)圖標(biāo)可啟動(dòng)程序校準(zhǔn)，出現(xiàn)的程序校準(zhǔn)向?qū)?huì)提示連接非泄漏標(biāo)準(zhǔn)件。將非泄漏標(biāo)準(zhǔn)件連接至儀器啟動(dòng)程序校準(zhǔn)，系統(tǒng)會(huì)對非泄漏標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行檢測，并測量與非泄漏工件相關(guān)聯(lián)的流量。這種損失表達(dá)的是在檢測系統(tǒng)環(huán)境中與受檢工件相關(guān)聯(lián)的典型偏移，流量值將被作為標(biāo)準(zhǔn)件偏移進(jìn)行保存[5]。

質(zhì)量流量泄漏檢測中還包括漏孔測試，質(zhì)量流量檢測泄漏檢測儀的基本工作原理是將工件充氣至特定壓力，并利用壓力調(diào)節(jié)器使工件內(nèi)部保持住恰當(dāng)?shù)膲毫?。該儀器將測量維持工件在目標(biāo)壓力下所需要的空氣流量。漏孔檢測利用一個(gè)帶有非泄漏標(biāo)準(zhǔn)件的兩點(diǎn)校準(zhǔn)序列來設(shè)置零流量值和漏孔數(shù)值對應(yīng)的流量值。需要引起注意的是，根據(jù)這兩個(gè)點(diǎn)，校準(zhǔn)過程生成了一個(gè)流量讀數(shù)的線性偏移量[6]。

3 儀器校準(zhǔn)

針對泄漏檢測儀浙江省曾起草地方計(jì)量技術(shù)規(guī)范《JJF1074（浙）-2012 空氣微泄漏檢測儀校準(zhǔn)規(guī)范》。精密泄漏檢測儀需要對壓力和流量傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)，儀器可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)校準(zhǔn)，最多支持32 個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。相關(guān)的設(shè)置包括點(diǎn)位數(shù)量即傳感器校準(zhǔn)過程所使用的選點(diǎn)數(shù)量。數(shù)值范圍必須為從2 ～32。逐個(gè)選點(diǎn)，用戶可在校準(zhǔn)發(fā)生的位置對選點(diǎn)進(jìn)行定義。所顯示出的選點(diǎn)數(shù)量是根據(jù)在上方參數(shù)中選擇的點(diǎn)的數(shù)量確定的。線性界限是校準(zhǔn)的限值條件，其含義是成功校準(zhǔn)最大允許線性偏差。由于精密泄漏檢測儀檢測的核心儀表就是壓力傳感器和流量傳感器，因而必須保證兩個(gè)傳感器的測量精度，壓力傳感器的校準(zhǔn)盡可能多地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)校準(zhǔn)以更準(zhǔn)確地覆蓋傳感器的壓力量程范圍，測試時(shí)將儀器壓力傳感器與標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器連接，逐個(gè)記錄被檢壓力傳感器與標(biāo)準(zhǔn)壓力源的示值對應(yīng)表，并保存至儀器存儲(chǔ)。流量傳感器由于是采用熱式質(zhì)量流量傳感器，其瞬時(shí)流量（流速）與采集值存在線性關(guān)系。

4 結(jié)論

從定時(shí)器參數(shù)、壓力參數(shù)和檢測參數(shù)3 個(gè)方面調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)精密泄漏檢測儀的壓力衰減測量。應(yīng)用漏孔校正可以有效地提升質(zhì)量流量測量的精度，結(jié)合精密泄漏檢測儀自身特點(diǎn)進(jìn)行壓力和流量多點(diǎn)校準(zhǔn)，以滿足現(xiàn)場測試要求。經(jīng)測試精密泄漏檢測儀操作簡單，測量穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果，可以提升產(chǎn)品的生產(chǎn)和測試效率。