測量氣動元件氣體泄漏量的試驗方法

許明中

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

測量氣動元件氣體泄漏量的試驗方法

許明中

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

氣動零部件密封性能很重要，壓降法和流量法各有優缺點，選擇合適的方法很重要。

密封性；泄漏量；壓降法；測試方法

CLC NO.:U467.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-80-02

引言

隨著汽車技術的不斷發展，整車氣動元件對密封性的測試提出了更高的要求，各廠家對不同的氣動元件，如氣閥等提出了在不同環境溫度下的密封性能要求，詳細規定了不同氣動元件氣體泄漏量的數值指標，比如要求氣閥在常溫狀態下，從進氣口通入0.8MPa氣體，開關轉換前后，要求泄漏量≤3sccm（每分鐘3毫升）。我們以往對氣動零部件的密封測試所采用的主觀泄漏評判方法和壓降法已經不能滿足規范中對氣動元件的測試要求，需要尋求一種新的測量方法。

結合現有試驗設備，通過改變測試方法并采用專用的測試儀表，我們設計了一種新的測量氣動元件泄漏量的精準測試方法，即質量流量法。采用該種方法檢測氣動元件的密封性能，可以在不同環境溫度下精確地測試出氣動元件的泄漏量。本文對壓降法測試氣體泄漏量和采用質量流量法測試氣體泄漏量的兩種試驗方法做以簡單介紹。

1、兩種試驗方法分析比較

1.1 壓降法

1.1.1 測試原理圖

1.1.2 測試原理

在一定壓力下的密閉容器中的氣體，隨著時間的推移或多或少會產生一定的泄漏，隨著泄漏量的增加，容器內的氣體質量減少，氣壓將不斷下降。

泄漏量與壓降和容積的關系可以通過如下公式(1—1)進行計算：

式中：P —標準大氣壓力；

V1——為標準儲氣罐容積；

V2——為被試件及氣路的容積；

q—為氣體流量。

P1—初始壓力值

P2—最終壓力值

t1—初始時間

t2—最終時間

1.1.3 測試過程

1.1.3.1 連接好被試件后，打開截止閥2，對儲氣罐3及被試件進行充氣；

1.1.3.2 充氣完成，壓力表4的值穩定后，關閉截止閥2，記錄壓力值P1，并開始計時t1；

1.1.3.3 等待一段時間，結束計時t2，并記錄壓力值P2；

1.1.3.4 按上述(1—1)公式計算泄漏量及速率。

1.1.4 壓降法的特點

1.1.4.1 效率低，要求測試儀器精度高。

為了穩定壓力，試驗中設置了標準儲氣罐3來進行保壓。采取這種方法測量大容積的小泄漏量時，由于泄漏速度較慢，如果采用常用的分辨率為0.01MPa普通壓力表來讀數，那么需要的測試時間會很長，試驗效率非常低。

舉例來說，標準儲氣罐容積為1升，初始壓力值為0.80MPa，假設測試件泄漏速率為5sccm（每分鐘5毫升），如果使用分辨率為0.01MPa壓力表來讀數，要使壓力表讀數從0.80MPa降至0.79MPa，通過計算，將需要200分鐘左右。而如果使用分辨率為0.001MPa高精度壓力表，要使壓力表讀數從0.800MPa降至0.799MPa，至少也需要20分鐘以上。如果泄漏速率＜5sccm，那測試時間將更長，效率非常低。如果采用更高精度的壓降測量專用設備，造價很高。

1.1.4.2 測試值不準確。

公式中容積V1、V2的值都不是很精確。V1不僅報告標準容積體積，還應加上相通的管路容積；特別是被測件的容積V2，由于其內部結構復雜，無法通過計算獲得其準確容積，導致通過(1—1)公式計算的泄漏量不準確。

1.1.4.3 不能測試穩壓條件下的泄漏測試。

上述測試過程是一個壓降過程，不能保持壓力，所以不能對被測件在某一固定壓力下的泄漏特性進行測試。

1.1.4.4 環境溫度變化對測量結果影響較大。

在個別特殊工況下，要求對被測件在不同環境溫度下進行密封性能測試，低溫要求-40℃，高溫要求+120℃。考慮到其它測試儀器的耐高低溫性能，測試時僅將被測件置于高、低溫環境倉中。這樣在進行測試時，被測件中的氣體和常溫儲氣罐中的氣體會有較大的溫度差，當儲氣罐的氣體去補充被測件中的泄漏氣體時，在熱脹冷縮的作用下，由儲氣罐進入被測件中的氣體將和被測件中泄露出去的氣體體積不同，直接導致測試值和實際泄露值產生較大差異，造成測試不準確。如低溫試驗要求-40℃，被測件中-40℃的氣體泄漏出去，必須從常溫氣罐中補充，相同質量的氣體在常溫下和在-40℃下的體積是不同的，將會使測試值偏高。

1.2 質量流量法

1.2.1 測試原理圖

1.2.2 測試原理

將被測件和氣源接通，在一定氣體壓力下，被測件產生泄漏后，氣源能夠對被測件進行氣體補充，泄漏出多少，氣源就會補充相同壓力下的氣體多少。補充的氣體均流經質量流量計，質量流量計將直接顯示出流入被測件的氣體量。

該種方法不受被測件所處的環境溫度影響，所補充進被測件的氣體先經過質量流量計計量后再送至被測件中，不受氣體隨溫度變換而產生的熱脹冷縮影響。

1.2.3 測試過程

1.2.3.1 連接好上述氣路及被測件，調節調壓閥，讀取壓力表值，使氣壓穩定至設定氣壓；

1.2.3.2 根據被測件的泄漏范圍，選擇“流量計1”或“流量計2”。（注：“流量計1”和“流量計2”是不同量程的氣體質量流量計。）例如選擇“流量計1”的量程，則關閉“開關閥2”和“開關閥3”；

1.2.3.3 穩定20秒左右，讀取“流量計1”讀數，此即為測試件狀態下的氣體泄漏流量，測試即完成。

如換向閥類，在進行測量時需要進行氣路轉換，此時則要關閉“開關閥1”和“開關閥2”，打開“開關閥3”，給被測件供氣，完成氣路轉換后，關閉“開關閥3”，再重復2.2.3.2和2.2.3.3步驟。

1.2.4 質量流量法的特點

1.2.4.1 測量精度高，操作方便，被測件的泄漏流量可直接讀取，不用計算；

1.2.4.2 測量系統直接采用質量流量計獲取泄漏流量，不用依賴體積的計算確定泄漏量，任何不規則形狀的被測件均可進行準確測試；

1.2.4.3 可以在某一穩定壓力下，在不同的溫度條件下，對氣動元件的泄漏流量進行測量，測試結果不受環境溫度影響。

2、結束語

雖然傳統的壓降法是一種重要的氣動元件密封性能的測試方法，但其在測量氣動元件泄漏量過程中存在效率低、受環境溫度變化影響大、計算復雜等缺陷，使得測試結果可能偏離真實情況，影響了測試的準確性。采用質量流量法測試氣動元件密封性能的試驗方法，是在傳統的壓降法不能滿足一些氣動元件的準確測試要求的情況下，通過改變測試方法并采用專用的測試儀表—質量流量計，開發的一種新的氣動元件泄漏量的測試方法，這種新方法很好地解決了傳統的壓降法進行氣動元件密封性能檢測時存在的效率低下、準確性不高、計算復雜的局限性，該方法可對氣動元件的氣體泄漏量進行精準測量，適用于變速器上不同用途，不同形狀，不同聯接的氣動元件的密封性檢測，并且聯接簡單、操作方便、測試精度高，試驗結果直觀準確。該方法的使用對提高氣動元件密封性能測試的準確性和效率具有重要的意義。

Test method of measure the components leakage

Xu Mingzhong
（Shaanxi Fast Gear Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710119）

Pneumatic components seal performance is very important. We must choose good ideal from the methods of differential pressure or flow, which can be used measure the components leakage。

seal performance；leakage；differential pressure method；test method

U467.3

A

1671-7988(2014)12-80-02

許明中，就職于陜西法士特齒輪有限責任公司。