基于數(shù)字壓力計的氣密性檢漏儀研究

林宏杰 張凡波 孟 亮

(1.哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司計量測試中心，哈爾濱 150040；2.遼陽石化分公司生產(chǎn)監(jiān)測部，遼陽 111003； 3.新疆油田公司采氣一廠，克拉瑪依 834000)

0 引言

氣密性檢測是裝備制造業(yè)領(lǐng)域的一項重要的技術(shù)工作。裝備制造業(yè)領(lǐng)域有大量壓力容器及壓力管路需要進行氣密性檢測，檢測試件密封性的傳統(tǒng)方法是采用浸水(油)目視氣泡法，這種方法使用的設(shè)備簡單，檢測結(jié)果直觀，但檢測精度和效率低，人為因素影響較大，無法實現(xiàn)自動定量測量，同時，還會給試件可能帶來生銹等不良影響及繁瑣的試件表面后處理工作。另外，這種方法對于大型設(shè)備和復(fù)雜部件，因場地、搬運等因素影響更是無法實施。

另一種氣密性檢測方法是使用機械式精密壓力表或差壓計、氣壓計和玻璃溫度計等儀表進行檢測，工作時，通過對被試工件充氣加壓或抽真空然后對其壓力進行測量的氣壓法。由于氣壓法檢測氣密性具有方便、快捷、清潔、準(zhǔn)確、成本低等特點，深受人們關(guān)注和廣泛使用。氣壓法檢測氣密性時，儀表的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度成為影響檢測結(jié)果的重要因素，在48h的連續(xù)檢測過程中，自動記錄數(shù)據(jù)或系統(tǒng)的自動化是傳統(tǒng)儀表不能實現(xiàn)的。數(shù)字式儀表的開發(fā)是完善氣密性氣壓法的最佳選擇。

基于數(shù)字壓力計的氣密性檢漏儀研究在氫冷電機上進行了試驗，各項技術(shù)指標(biāo)主要依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6227—2005《氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定》而設(shè)計。

1 數(shù)字壓力計的原理及主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)過多年的應(yīng)用，國內(nèi)外優(yōu)秀制造企業(yè)的數(shù)字壓力計技術(shù)已經(jīng)非常成熟。數(shù)字壓力計是傳感器技術(shù)與電子測量技術(shù)相結(jié)合而研制的產(chǎn)品，作為數(shù)字化壓力儀表，數(shù)字壓力計的最高準(zhǔn)確度等級，其技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于0.01級。

本研究采用的數(shù)字壓力計主要技術(shù)指標(biāo)：準(zhǔn)確度為0.05級，溫度適用范圍為0～50℃，24h的穩(wěn)定性優(yōu)于0.001%F.S。

2 氣密性檢漏儀的特性

傳統(tǒng)的氣密性檢漏系統(tǒng)主要由精密壓力表、U型汞柱差壓計和溫度計組成。氣密性檢漏儀是基于數(shù)字壓力計的壓力測量功能，同時增加了溫度測量功能，在一臺儀器內(nèi)完成絕壓測量和溫度測量。輔助分析軟件可以組成自動化的測量分析系統(tǒng)。

氣密性檢漏儀是在數(shù)字壓力計的基礎(chǔ)上研發(fā)改造而成的，需要在環(huán)境條件相對惡劣的工業(yè)現(xiàn)場進行工作。因為工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境情況復(fù)雜，現(xiàn)場氣壓及環(huán)境溫度波動較大，并且被檢測設(shè)備的泄漏量又非常小，所以需要氣密性檢漏儀長時間紀(jì)錄試驗壓力的變化，在最后計算被檢測設(shè)備的泄漏量時要綜合考慮去掉環(huán)境氣壓的影響，同時進行溫度修正。

3 研制氣密性檢漏儀的關(guān)鍵技術(shù)

為了完成對設(shè)備泄漏量的測試，需要對數(shù)字壓力計的功能進行擴展，使用絕壓傳感器測量設(shè)備內(nèi)部的壓力，擴展環(huán)境溫度測量的功能。另外，泄漏量分析軟件設(shè)計也是本研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。氣密性檢漏儀的工作原理如圖1所示。

圖1 氣密性檢漏儀工作原理

3.1 絕壓測量

絕壓測試是本次研究的重點，在氫冷電機氣密封性檢驗中，有如下要求：一是氣密性檢漏儀測量的絕壓壓力超過600kPa,檢漏時需要在48h內(nèi)持續(xù)承受壓力；二是氣密性檢漏儀在絕壓120kPa時，測量準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到0.1%；三是氣密性檢漏儀的24h穩(wěn)定性應(yīng)不超過0.02%。 根據(jù)氣密性檢漏儀的使用特點及技術(shù)要求，本研究選用了超穩(wěn)絕壓壓力傳感器。該壓力傳感器采用全焊接結(jié)構(gòu)，有效保證了傳感器持續(xù)承壓不泄露，同時該傳感器在出廠前，進行了嚴(yán)格的交變負(fù)荷測試、溫度老化測試和壓力穩(wěn)定性測試，這些嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝有效地保證了壓力傳感器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。絕壓測量相對表壓測量，一個難點是沒有大氣零點可以參照，所以對絕壓傳感器的穩(wěn)定性要求更高。在硬件上保證絕壓傳感器穩(wěn)定性的同時，本研究還采用了軟件的大氣壓比對清零方法解決絕壓傳感器的實漂問題。

3.2 溫度測量

溫度測量是本次研究的另一項關(guān)鍵技術(shù)點，在氫冷電機氣密封性檢驗中，現(xiàn)場環(huán)境溫度的變化由于季節(jié)不同超過了50℃，溫度范圍在10～60℃之間。在本次氫冷電機氣密封性檢驗的設(shè)計中，為了減少溫度的影響，要求溫度測量的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到0.5℃，24h穩(wěn)定性應(yīng)不超過0.1℃。根據(jù)要求本研究選用了集成電路溫度傳感器。集成電路溫度傳感器具有體積小、響應(yīng)時間短、準(zhǔn)確度高及成本低等特點，該傳感器被安裝在絕壓傳感器的表面，這樣可以直接測量氫冷電機內(nèi)部的溫度，更好地去處理環(huán)境溫度變化的影響。

3.3 記錄分析軟件設(shè)計

為了提高測量的準(zhǔn)確性和效率，研究了記錄分析軟件，記錄分析軟件可以與氣密性檢漏儀實時通訊，采集氣密性檢漏儀的壓力和溫度數(shù)據(jù)。記錄分析軟件采用C號語言編程，軟件實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)或定時數(shù)據(jù)采集，曲線描繪壓力和溫度變化過程，自動計算氣體泄漏量等功能，可以自動生成表格和報告。記錄分析軟件可以提供的功能如下：

1)設(shè)定儀表的存儲模式，并可以啟動或停止存儲功能的運行；2)提供了溫度傳感器和大氣壓傳感器的數(shù)值修正功能；3)數(shù)據(jù)采用表格、圖形兩種方式顯示，可以按時間段來篩選需要分析的數(shù)據(jù)；4)可把需要分析的數(shù)據(jù)以EXCEL表格方式導(dǎo)出；5)提供了兩種數(shù)據(jù)分析原則；指定序號方式(用戶可以自行指定起始和終止數(shù)據(jù)記錄的序號)和參數(shù)索引方式(用戶可以采用取某項參數(shù)的最大值、最小值的方式來找到起始和終止數(shù)據(jù)記錄的序號，且可以進行簡單的錯誤數(shù)據(jù)剔除)；6)用戶可自行設(shè)定計算公式中相關(guān)的參數(shù)數(shù)值；7)可自動計算出泄漏率和泄漏壓降；8)當(dāng)鼠標(biāo)移動到表格數(shù)據(jù)某條記錄后，點擊鼠標(biāo)右鍵，可以快捷地設(shè)定該條記錄是起始數(shù)據(jù)項還是終止項。

4 結(jié)論

氣壓法檢測氣密性時，數(shù)字化設(shè)備的先進性應(yīng)用大大優(yōu)于傳統(tǒng)壓力、溫度儀表的測量方式。數(shù)字化設(shè)備的應(yīng)用，無論在測量的準(zhǔn)確度還是自動化程度方面都是傳統(tǒng)方法不可比擬的?；跀?shù)字壓力計的氣密性檢漏儀研究不僅方案可行，而且可以大大縮短研究時間，完全滿足氣密性檢驗。

[1] JB/T 6227—2005氫冷電機氣密封性檢驗方法及評定

[2] JB/T 7392—2006數(shù)字壓力計

[3] 徐聰恩.C號語言在玻璃材料折射率計量技術(shù)研究中的應(yīng)用.計量技術(shù)，2011(3)