一種自動化密封檢測裝置的設計與試驗研究

薛汝東 梅景放 胡方義

摘要：為解決低壓密封儀器設備密封性能的室內快速檢測問題，基于壓降法，給出了低壓密封儀器的檢測原理、判定方法，并通過實驗進行了驗證?；谠摲椒?，設計了一款自動化密封檢測裝置，可實現多通道并行實時檢測，便于室內操作，方便可靠。

關鍵詞：防水;密封檢測;壓降法;體積泄漏率

0 ? ?引言

當前防水密封性能的檢測多采用氣泡觀察法和浸泡法。液下氣泡觀察法具有檢測速度快、泄漏點判斷直觀等優點;但對于形狀復雜的低壓密封儀器，氣泡形成緩慢，不易觀察。浸泡法通過浸泡后拆開產品的方式直接觀察內部是否滲水，具有直接準確等優點，但儀器重新安裝后的狀態得不到保障，且無法判斷出具體漏點，經濟性和時間成本高。

本文基于壓降法[1-2]，通過測量待測產品的氣體泄漏率來判定其防水密封性能，具有操作簡單、檢測可靠、準確度高等優點。基于該方法設計了一款自動化密封檢測裝置，實現多通道并行實時檢測。

1 ? ?檢漏原理

壓降法檢漏是通過對待測產品加壓到某一值，放置一段時間后，觀察待測產品內部的壓力值變化來判斷產品密封性能?？山Y合壓力下降的具體值，定量判定產品的密封性能。該方法簡便直觀、易操作、可定量判定[3]。

設待測容器的容積為V，停止加壓時的壓力為p1，放置一段時間t后的壓力值下降為p2，假定當時的氣體溫度為T，放置t時間后容器中漏出的氣體量用ΔV表示。在測量時間間隔t內，容器內漏出的氣體質量為：

Δm=m1-m2=M ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

氣體的體積泄漏率為：

LV=== ? ? ? ?（2）

折算到標準狀態下氣體的泄漏率為：

LSV=LV== ? ? ? （3）

式中：Δm為氣體質量差;m1為開始放置時容器中的氣體質量;m2為放置結束時容器中的氣體質量;M為氣體分子量;R為通用氣體常數（8.314 Pa·m3/mol）;Δp=p1-p2;ps為標準大氣壓;Ts為標準狀態下大氣的絕對溫度。

實際測試泄漏時溫度變化不明顯，Ts/T≈1，ps≈101 kPa，體積泄漏率可近似為：

LV= ? ? ? ? （4）

式中：pv為壓力下降速率;V為系統總容積，V=V系統+V部件。

《纏繞式墊片 技術條件》（GB/T 4622.3—1993）中規定了密封容器防水性能最大體積泄漏率Lv的四個泄漏等級。對于一般的淺水層浸泡使用的密封容器，其耐水壓力小，屬于低壓密封容器，密封檢驗時可選用第四級泄漏指標Lv=1.0×10-2 cm3/s。此時對應每分鐘理論最大壓降速率為：

pvmin=×60= ? ? ? ? ?（5）

要確保密封容器保持良好的防水密封性能，實際最大壓降變化速率pvr需滿足以下條件：

pvr

2 ? ?密封檢測試驗研究

為驗證上述檢測方法的可靠性和準確性，依據上述檢測原理及方法制作了一款簡易的手動檢測裝置，如圖1所示。

該裝置使用打氣筒為充氣設備，壓力表量程為-90～100 kPa，分辨率為0.01 kPa。三件被檢測密封容器分別編號為A1、A2、A3，被檢測系統總容積分別為69 mL、72 mL、882 mL。首先根據公式（5）計算得到三個待測件的理論最大壓降速率，通過文中的測試方法檢測待測件在試驗過程中的最大壓降速率，與理論最大壓降速率進行對比，通過式（6）判斷待測件的密封性能。試驗結果如表1所示。

由表1中的試驗結果可以看出，三個待測件的實際最大壓降速率均小于其理論最大壓降速率，具備較好的密封性能。進一步對三個待測件進行1 m水深0.5 h的浸泡試驗。經驗證，在進行過浸泡試驗后，三個待測容器均沒有出現滲漏，與壓降法檢測結果一致。

3 ? ?自動化密封檢測裝置設計

根據上述測量原理，設計如圖2所示的密封檢測裝置。分流閥將空壓機的氣源分配給不同檢測線路，以便多條線路同時進行檢測;單向閥防止充氣時氣體發生倒流;安全閥防止過充;檢測控制盒實現密封防水性能檢測，可設置和保存檢測方案;壓力傳感器檢測系統壓力;電磁閘閥控制檢測時氣源通斷;快速排氣閥實現檢測完畢后快速泄壓。

檢測前，需向檢測控制盒輸入檢測方案（如充氣檢驗容積、穩壓時間、檢測時間等參數），系統自動計算每分鐘壓力最大下降速率的理論值pvmin。由控制盒控制電磁閘閥常開，壓縮機開始工作。當氣體壓力達到安全閥設定壓力值時，電磁安全閥開啟，檢測控制盒切斷空壓機電源，開始計時，進入穩壓階段;穩壓階段結束后系統開始進行檢測，并自動計算出每分鐘壓力下降速率pvr，然后根據式（6）自動判斷測量工件是否防水。該裝置可實現室內多路密封儀器設備同時在線檢測。

4 ? ?結語

本文對壓降法檢測密封性能的原理進行了詳細闡述，基于該原理制作了一款手動密封檢測裝置，對三個體積不同的待測樣品進行了實際壓降法檢測及浸泡試驗。經驗證，浸泡試驗的結果與壓降法檢測的結果一致，壓降法用于低壓密封設備檢測的合理性和準確性得到了有效驗證。進一步，本文基于壓降法設計了一種自動化密封檢測裝置，可有效解決儀器設備密封性能的室內快速檢測問題。

[參考文獻]

[1] 中川洋.防止泄漏的理論和實際應用[M].北京：化學工業出版社，1978.

[2] 顧伯勤.液下氣泡檢漏方法研究[J].南京化工大學學報（自然科學版），2001，23（2）：1-4.

[3] 顧伯勤，李新華，田爭.靜密封設計技術[M].北京：中國標準出版社，2004.

收稿日期：2020-08-05

作者簡介：薛汝東（1985—），男，江蘇豐縣人，工程師，研究方向：光學機械及通用結構設計。