手持式電子設(shè)備氣密性檢測方法

劉軍水 趙 奎 林蘭修 張騰洋

（同方電子科技有限公司，江西 九江 332002）

0 引言

為了滿足各種場合的使用要求，手持式電子設(shè)備采用密封結(jié)構(gòu)對提高設(shè)備的技術(shù)性能指標(biāo)以及設(shè)備適應(yīng)各種環(huán)境的防護(hù)能力都有很重要的影響。目前，國軍標(biāo)規(guī)定的防水試驗(yàn)包括淋雨試驗(yàn)或浸漬試驗(yàn)都存在生產(chǎn)效率低、成本高、安全系數(shù)低的問題，滿足不了大規(guī)模生產(chǎn)需求，因此，研究一種能夠更全面、快速、有效的、能夠提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升安全系數(shù)的新方法，具有現(xiàn)實(shí)意義[1]。在標(biāo)準(zhǔn)GJB150.14A—2009中的4.3條說明1 m水深浸漬也可以外加等效壓力來替代，所以利用氣密檢測儀來等效防水是一個解決方法。

1 氣密性檢測技術(shù)原理

從微觀角度分析，分別對空氣與水分子直徑及表面黏度進(jìn)行對比，來比較空氣和水通過微小間隙的能力。

1.1 分子直徑

水分子的直徑是D水=4×10-10m，即0.4 nm。空氣成分：氮?dú)猓∟2）約占78%，氧氣約占21%，稀有氣體約占0.94%，還有0.03%的二氧化碳、0.03%的其他氣體和雜質(zhì)。空氣平均分子直徑D空≈78%×D氮+21%×D氧≈3.56×10-10m，所以分子平均直徑為D水＞D空。

1.2 分子間黏度

分子間黏度大小與溫度關(guān)系密切。0 ℃情況下，空氣黏度為1.71×10-4P，50 ℃時空氣黏度黏度值為1.95×10-4P。在0 ℃情況下，水的黏度為1.79×10-2P，當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時黏度值為5.5×10-3P。具體詳見表1。因此，在相同條件下空氣的黏度低于水，對于流體，黏度越低，越容易泄漏。

表1 流體在不同溫度下黏度

經(jīng)過以上比較可知，在標(biāo)準(zhǔn)情況下分子平均直徑為D水＞D空，相同條件下水表面黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于空氣的表面黏度，這一特性意味著水不能通過的細(xì)小縫隙，空氣可能通過，如果空氣也不能通過，那水一定不能通過。因此密封設(shè)備可以使用氣密檢測代替沉水檢測，這也是行業(yè)內(nèi)通常利用氣密檢測代替沉水檢測的理論依據(jù)。

2 常用氣密性檢測方法比較

氣密性檢測方法大致有以下5種：正壓水檢法、流量測量法、差壓檢測法、壓力衰減法以及負(fù)壓水檢法[2]。

2.1 正壓水檢法

正壓水檢法具體過程為從產(chǎn)品的充氣孔里充入氣體，然后把產(chǎn)品直接放入水中，觀測產(chǎn)品是否有氣泡冒出，如果氣泡冒出，就說明產(chǎn)品有泄漏。這種水檢法檢測密封性比較直觀，設(shè)備簡單，但是檢測精度和效率低，人為因素影響較大。

2.2 流量測試法

主要原理就是傳感器直接檢測產(chǎn)品的泄漏速率，并實(shí)時顯示出來，直接顯示泄漏單位。由于流量與噴管面積成正比，如果要求精度高，則噴管面積要求相對較小，而噴管面積與氣阻成反比，噴管面積小則氣阻大，因此導(dǎo)致氣密測試效率低。

2.3 差壓檢測法

差壓檢測法系統(tǒng)原理如圖1所示。差壓式氣密性檢漏方法是將介質(zhì)氣體同時充入被測工件與標(biāo)準(zhǔn)工件內(nèi)，然后在設(shè)定時間內(nèi)比較被測件和標(biāo)準(zhǔn)件之間的壓力的差值，進(jìn)而判斷出被測件是否有泄漏[3]。采用差壓測量法的測漏儀組成較為復(fù)雜，價格較高。

圖1 差壓檢測法原理框圖

2.4 壓力衰減法

壓力衰減法系統(tǒng)原理如圖2所示。首先氣路接通，壓縮空氣進(jìn)入被測試產(chǎn)品內(nèi)部，當(dāng)壓力達(dá)到測試設(shè)定值時，氣密儀開始保壓檢測，上排顯示器將鎖定顯示此次檢測最大的壓強(qiáng)，下排顯示器將實(shí)時顯示被測部件內(nèi)部的壓強(qiáng)，通過指示燈的變化對被測產(chǎn)品做出合格或不合格的判定。

圖2 壓力衰減法原理框圖

2.5 負(fù)壓水檢法

負(fù)壓水檢法具體過程為：首先將設(shè)備放入檢測儀（圖3）腔體的托盤上固定，并且腔體底部裝有部分水，再給檢測儀腔體內(nèi)加壓，然后使設(shè)備沉入水中，同時進(jìn)行排氣，使設(shè)備內(nèi)外形成負(fù)壓，此時漏氣的產(chǎn)品在水中就會有源源不斷的氣泡出現(xiàn)，什么部位漏都看得很清楚。該檢測方法速度快，可以同時對多部設(shè)備進(jìn)行檢測。

圖3 SL-800A負(fù)壓氣密檢測儀

3 氣密等效試驗(yàn)

通過上面對當(dāng)前各種氣密性檢測方法的介紹和比較，我們發(fā)現(xiàn)壓力衰減法和負(fù)壓水檢法在生產(chǎn)中更有優(yōu)勢，于是對這2種氣密測試儀進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)比較，分別用壓力衰減法等效浸漬防水試驗(yàn)，用負(fù)壓水檢法等效淋雨防水試驗(yàn)，找出最優(yōu)的氣密性測試方法。

3.1 浸漬試驗(yàn)的氣密等效檢測

該試驗(yàn)是對2臺手持通信電臺做氣密性測試，檢測設(shè)備為XT76系列氣密性測試儀用的是壓力衰減測試法。試驗(yàn)過程為對于在不同氣壓、不同時間下做氣密性合格的手持電臺，分別做浸漬試驗(yàn)（試驗(yàn)條件：1 m深水箱中放置2 h），試驗(yàn)完畢后將試驗(yàn)件表面擦干，最后打開蓋板，查看內(nèi)部是否有漏水現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在保壓時間設(shè)定為60 s的情況下，當(dāng)檢測壓力30 kPa、檢測時間為5 min30 s，檢測壓力30 kPa、檢測時間為6分30秒，檢測壓力20 kPa、檢測時間為6 min30 s，在這3種情況下，士兵電臺氣密性合格的同時浸漬試驗(yàn)也合格。

這種壓力衰減氣密檢測法，相對于普通正壓水檢法方便了很多，但是也暴露了一些不足，具體特點(diǎn)如下。1）時間相對較長，每次試驗(yàn)耗時5 min以上。2）每臺設(shè)備一次只能做一臺產(chǎn)品。3）只能顯示氣密泄漏結(jié)果，不能顯示泄露點(diǎn)。4）需要從打氣孔連接進(jìn)氣管，打氣孔和氣嘴都有滑牙風(fēng)險。

3.2 淋雨試驗(yàn)的氣密等效檢測

為了獲得不同密封參數(shù)及提高試驗(yàn)效率，準(zhǔn)備9個相同的具備密封防水功能的測試盒（試驗(yàn)件），分成A、B、C三組，每一組分別安裝一種密封圈，各代表一種測試狀態(tài)，對試驗(yàn)件做氣密性測試與淋雨的對比試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置從嚴(yán)到松進(jìn)行，將時間分別設(shè)為50 s、30 s、15 s 3組、壓力值分別設(shè)為30 kPa、20 kPa、10 kPa 3組。目標(biāo)是找到能夠通過淋雨試驗(yàn)的最合理的測試儀設(shè)置參數(shù)。先對試驗(yàn)件做氣密性試驗(yàn)，合格后再做淋雨試驗(yàn)（帶風(fēng)源，風(fēng)速18 m/s，0.5 h），試驗(yàn)完畢后將試驗(yàn)件表面擦干，最后打開蓋板，查看內(nèi)部是否有漏水。

A組由3臺設(shè)備（A1、A2、A3）組成，密封圈直徑為φ1.8 mm，試驗(yàn)結(jié)果見表2。其他組類似，最后試驗(yàn)結(jié)果表明：該防水測試儀參數(shù)設(shè)置為壓力值10 kPa、時間30 s時，設(shè)備氣密測試合格的同時做有風(fēng)源的淋雨試驗(yàn)也合格。

表2 A組試驗(yàn)結(jié)果匯總

3.3 氣密等效試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過對壓力衰減法和負(fù)壓水檢法2種氣密性檢測方法的比較，可以得出負(fù)壓水檢法氣密檢測更有優(yōu)勢，具有如下特點(diǎn)。1）氣密試驗(yàn)所需時間很短。時間參數(shù)經(jīng)過摸索驗(yàn)證，每次試驗(yàn)耗時僅需半分鐘。2）對于一般手持電子設(shè)備，可以對3～4臺同時做試驗(yàn)。3）不但能顯示氣密泄漏結(jié)果，還能顯示泄露點(diǎn)，為快速維修提供極大便利。4）設(shè)備殼體不需要開打氣孔，避免了拆裝時的滑牙風(fēng)險。5）對于帶有顯示屏的電子設(shè)備，可以避免另外充氣查漏時把屏打爆。

4 結(jié)語

對于有防水要求的手持式電子設(shè)備的生產(chǎn)，根據(jù)氣密性檢測原理，可以利用外加等效壓力來替代防水檢測，氣密性檢測可以解決產(chǎn)品量產(chǎn)的密封質(zhì)量問題。通過對幾種氣密性檢測方法的試驗(yàn)分析，挑選一種最優(yōu)的氣密性檢測方法，可以有效節(jié)省生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。