Способ испытания изделий на герметичность

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 17 и) Ж 3/26 51 АНИЕ ИЗОБРЕТЕ ОП К АВ к испытательпытаниям изэделий на том, что в кой емкобочей среперепада сть отсое М 3/02). ба контротоит в не- оизводичная точГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Нижегородский политехнический институт и Нижегородский конструкторско-технологический институт автомобильной промышленности(72) А,А.Видяев, С.И,федин и А.И,Юрченко (56) Авторское свидетельство СССР М 1285328, кл. О 01 М 3/02, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1322104, кл. 0 01 М 3/26, 1987,Рекламный листок фирмы "РгоеЫсЬ". Автоматический контроль герметичности воздухом проточным способом, Электронный прибор для контроля герметичности. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ГЕР 1 ЛЕТИЧНОСТЬ(57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано как при камерных, так и бескамерных испытаниях на герметичность Целью изобретения Изобрете ной технике, в делий на гермИзвестен герметичность полостях иэде сти создают и ды и после с давления тех диня ют (Авт.сНедостато ля изделий на достаточных тельости ко, заключающийся в лия и технологичес ерепад давления ра оздания заданного нолэгическую емко в. М 1285328. кл. С 0 к известного спосо герметичность сос точности и по нтроля, Недостатоявляется повышение производительности способа испытания изделий на герметичность. Через клапаны 2, 3, 4, 5 происходит заполнение изделия 6 воздухом до давления наполнения, После установления в иэделии бдавления наполнения производится через клапаны 5, 4, 3, 7 сброс давления из изделия 6 до величины испытательного и после достижения сбросовым потоком максимального значения клапаны 4 и 5 переключаются на пропускание потока через трубку 14 теплового микрорасходомера 8. С помощью индикатора 12 нуля фиксируется момент прохождения потоком, протекающим по трубке 14 нулевого значения, т,е. фиксируется момент, когда поток в трубке 14 изменяет направление, Регистрируя с помощью секундомера 13 время от начала испытания до момента изменения потоком направления, фиксируемого индикатором 12 нуля, можно судить о степени негерметичности испытываемого изделия 6, 2 ил. ность контроля объясняется тем, что во время заполнения системы сжатым газом, первоначально содержащийся в ней атмосферный воздух вытесняется неполностью, т,е, рабочая среда (сжатый воздух); поступающая в изделие, действует не кэк идеальный порыень, Более того, поступающая в изделие поддавлением, она вызывает вихри (турбулентное пе )емешивание) и происходит нагрев практически всего газа в полости изделия, происходит также нагрев и стенок изделия. Гак что даже после отсоединения технологической емкости установление давления в полости изделия иэ-за5 10 15 20 25 30 35 40 теплообмена между газом в полости иэделия и стенками изделия и последними и атмосферой происходит продолжительное время. Кроме того, так как в известном способе контроля герметичности технологическая емкость по объему должна в 3-5 раэ превышать объем испытуемого изделия, то длительность заполнения системы рабочей средой до заданного перепада становится недопустимо большой, увеличивается и расход рабочей среды.Известен также способ контроля полых изделий на герметичность, по которому испытуемое изделие заполняется сжатым газом до давления выше испытательного, а контрольная емкость до давления,. равного испытательному, снижаютдавление в испытуемом изделии до испытательного при сообщении изделия, и контрольной емкости для выравнивания в нох давления, разобщают их, измеряют перепад давления между ними через время выдержки и определяют по нему негерметичность изделия (Авт. св. М 1322104, кл, 6 01 М 3/26),Недостаток этого способа контроля на герметичность заключается также в невысокой производительности испытаний, Дело в том, что поступающий на фазе заполнения в испытуемый образец воздух сначала расширяется и при этом охлаждается, находящийся в испытуемом образце воздух сжимается и поэтому нагревается, причем нагревание происходит интенсивнее. Возникающие во время заполнения изделия потоки и завихрения успокаиваются и происходящие при этом изменения температуры испытательного воздуха должны быть компенсированы настолько, чтобы не исказить результаты измерения, А время для достижения этого "полноговыравнивания" во многих случаях слишком продолжительно, чтобы этот способ можно было включить в сложный технологический прочесс.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому авторами техническому решению является способ испытания изделия на герметичность, заключающийся в том, что изделия включают в контрольную систему и заполняют от источника сжатого газа до давления наполнения, по величине выше испытательного, снижают давление в контрольной системе до испытательного и о степени негерметичности изделия на фазе контроля судят по величине потока подпитки в контрольной системе рекламный листок фирмы "Егоей ОСЬ").Недостаток известного способа испытаний состоит в недостаточной производительности. В известном способе контроля сокращено время установления испытательного давления в контрольной системе за счет уменьшения времени выравнивания температуры контрольной системы благодаря сбросу давления наполнения до испытательного, Но это сокращение незначительно. Дело в том, что при заполнении полости контрольной системы до давления наполнения, значение которого вышеиспытательного, происходит нагрев как содержащегося незначительно в системе атмосферного воздуха, так и стенок изделия. При резком снижении давления в системе до испытательного происходит быстрое уменьшение температуры содержащегося в изделии воздуха, но температура стенок изделия быстро снизиться не может. Поэтому после снижения давления стенки иэделия еще долго отдают свою энергию (тепло) содержащемуся в изделии воздуху, а поэтому происходит сначала нагрев воздуха в системе за счет стенок, затем воздух начинает отдавать энергию опять стенкам, которые одновременно отдают энергию и окружающему атмосферному воздуху и становятся холоднее газа в иэделии. Так, что температурные колебания в системе все равно имеют место, и сокращение времени достижения в ней стабильного давления получается незначительным, Так как в известном способе испытаний остается фаза контроля или измерения, то для ее реализации требуется предварительная стабилизация давления в системе. И чем больше объем испытываемых изделий, тем больше время стабилизации давления в системе, А потому известный по прототипу способ контроля на герметичность практически используется для испытания изделий не более 2 - 3 л. Также ограничен диапазон контролируемых иэделий по толщине или массивности стенок, что также значительноудлиняет время установления давления. Известным способом затруднено испытание изделий из материалов с низким коэффициентом теплопроводности, через стенки которых теплообмен затруднен и происходит за длительное время,Цель изобретения - повышение производительности испытаний на герметичность.Поставленная цель в предлагаемом способе, заключающемся в том, что изделия включают в контрольную систему, заполняют контрольную систему от источника сжатого газа до давления заполнения, выше испытательного, снижают давление в контрольной системе до испытательного путем соединения с линией испытательного давления и регистрируют газовый поток в контрольной системе, достигается тем, что после снижения давления до испытательного измеряют время, прошедшее до момента изменения направления газового потока в контрольной системе в сторону изделия, и по нему судят о степени негерметичности изделия,На фиг.1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ, на.фиг.2 - графики изменения направления и величины потоков в контрольной системе,Установка содержит источник 1 сжатогогаза, подключаемый через клапаны 2; 3, 4, 5 к испытываемому изделию 6 для заполнения его до давления заполнения, величина которого выше испытательного, клапан 7,через который осуществляется соединение контрольной системы с линией испытательного давления для снижения давления в изделии 6 до величины испытательного, тепловой микрорасходомер 8, чувствительные элементы 9 и 10 которого включены в схему моста 11, индикатор 12 нуля, подключенный к выходу моста 11, и секундомер 13Чувствительные элементы 9 и 10 расположены на трубке 14, включенной между клапанами 4 и 5, Полости коммуникаций изделия 6, клапанов 2, 3, 4, 5 и 7 и трубки 14составляют контрольную систему 15, С помощью прибора 16 контролируются величина и направление газового потока через контрольную систему 15, Клапаны 2 и 7 выбраны редукционными, то есть они поддерживают установленное давление,Работа на установке проводилась следующим образом,Изделие 6 включалось в контролируемую систему 15, От источника 1 сжатого газа через клапаны 2, 3, 4 и 5 проводилось заполнение контрольной системы 15 до давления заполнения. При установлении в контрольной системе 15 давления заполнения клапан 3 переключался, соединяя контрольнуюсистему 15 с линией испытательного давления, и через клапан 7 производилось снижение давления в контрольной системе 15 до величины испытательного, после чего переключались клапаны 4 и 5 и газовые потоки в контрольной системе 15 регистрировались с помощью тепловоо расходомера 8.П р и м е р, Испытания проводились сгерметичным изделием б обьемом 2 л, Изделие 6 испытывалось давлением Рисп = 1 кгс/см . При открытии клапанов 3, 4, 5 производилось заполнение иэделия 6 д 2 о давления заполнения Рзап = 1,15 кгс/см .,. После установления давления заполнения (через 20 с) производилось переключение клапана 3 и давление иэ иэделия 6 через5 10 15 25 30 35 40 45 50 55 клапан 7 сбрасывалось (уменьшалось) до давления испытательного Рисп Через 5 с после сброса давления из иэделия 6 переключались клапаны 4 и 5 и через 67,2 с от момента начала испытания поток через трубку 14 теплового расходомера 8 имел нулевое значение, что регистрировалось прибором 16, При повторениях эксперимента момент перехода потоком газа через трубку 14 нулевого значения не отличался от указанного выше значения более, чем на .0,1 с,При встраивании в испытательное изделие о "течей с потоками 121,33 еммин, 50,8 В см /мин; 10,16 См /мин, 1,0 см /мин соответственно время перехода потоком через трубу 14 нулевого значения от начала - испытания.составило 36 с; 43,5 с. 55 с; 65,5 с соответственно,О Таким образом, фиксируя прибором 16время перехода его выходным сигналом нулевого значения, можно судить о степени негерметичности испытываемого изделия 6.Рассмотрим физический смысл полученных результатов. При заполнении испытываемого герметичного изделия 6 до давления заполнения Рзп. совершается работа над атмосферным воздухом, первоначально находящимся в испытываемом изделии 6 газа за счет энергии источника 1 сжатого газа, увеличивается температура газа в изделии б, а следовательно, эа время заполнения изделия 6 начинает увеличиваться и температура его стенок, Изменение потока заполнения на графике фиг,2 показано участком Ао, сначала скорость заполнения велика, достигает максимума, затем скорость изменения потока заполнения падает и спадает (показано пунктиром) до нуля. Медленный спад потока заполнения обьясняется следующим образом, При заполнении иэделия сжатым газом происходит нагрев газа в изделии и его стенок, но нагрев стенок происходит за счет энергии газа или охлаждения газа, что ведет к уменьшению давления.Значит, если иэделие долго выдерживать под давлением заполнения, то вышеуказанное падение давления будет восполняться уменьшающимся во времени потоком газа от источника 1 сжатого газа (пунктирный участок). Но авторы не ждут уменьшения потока заполнения до нуля. Через 20 с после начала испытания они сбрасывают (резко уменьшают) давление в изделии 6 до давления испытательного, при этом температура газа в изделии и в системе 15 в целом уменьшается, так как при сбросе части газа уменьшается потенциальная энергия газа в изделии. Теперь температура стенок изделия оказывается выше температуры газа внем, начинается нагрев газа в изделии 6 эа счет энергии стенок, повышается давление гаэа в изделии и устанавливается в контрольной системе 15 поток газа в направлении из изделия 6, Так как поток сбрасываемого газа велик, то клапаны 4 и 5 переключаются на перепускание потока чреез трубку 14 не сразу после сброса, а через 5 с, Но так как тепловой расходомер имеет инерционность и поток через трубку 14 устанавливается не мгновенно, то этот поток через трубку 14, а соответственно и показания прибора 16 устанавливаются не сразу, а затем этот поток, установившись, через трубу 14 сливается с уравнительным потоком и характеризует поток газа из изделия 6 в сторону редукционного клапана 7. На графике фиг,2 характер изменения потока через контрольную систему 15 после переключения клапана 3 на линию сброса показан участком Бо, Штрих-пунктирнойлинией на этом участке показано изменение сбрасываемого потока; очень быстро скорость изменения сбрасываемого потоа, до- стигнув максимума, начинает уменьшаться. Как уже отмечалось, при переключении чеОез 5 с после сброса клапанов 4 и 5 поток (на фиг,2 - графики В) через трубку 14 теплового расходомера 8 очень быстро устанавлиавется и спадающий участок его на графике.В будет определять уравнительный газовый поток в контрольной системе, протекающий в ней в направлении от изделия 6, Теперь величина потока в центральной системе 15 контролируется тепловым расходомером 8. В момент перехода этим потоком нуля температура газа в изделии и его стенок уравниваются, Затем поток переходит нулевое значение, т,е, меняет направление, так как температура стенок изделия оказывается ниже температуры газа в изделии. начинается охлаждение и падение давления газа в изделии. Для поддержания давления в нем теперь устанавливается поток газа в направлении к изделию от источника постоянного давления, т,е, от редукционного клапана 7, После перехода нуля в системе имеет место затухающий колебательнцй процесс установления температуры и давления Через 5 мин вышеописанных колебаний температуры и давления поток в контрольной системе 15 устанавливается близким к нулю, а давление стабилизируется на величине испытательного Рисп Если судить по показаниям манометра (пределы измерения манометра О - 1,6 кгс/см, класс точности - 0,4), то можно считать, что давление стабилизировалось, но если судить по показаниям расходомера 8, то видно, что через 5 мин уменьшиласьтолько амплитуда колебаний, колебания же потока продолжаются. Амплитуда колебаний потока достигает иногда 1 см /мин). Продолжение колебаний потока и после 5 мин можно обьяснить зависимостью потока газа в контрольной системе 15 как от колебаний давления, источника, так и температуры газа источника и окружающей контрольную систему среды. При испытании изделия 6 со встроенной 10 течью сама экспериментальная установка, операции, время их проведения Остаются неизменными, изменяется только величина газового потока в контрольной системе по.15 сле операции сброса давления иэ издлия,так как уравнительный поток направлен ы, изделия, а пото для восполнения,течки -. в изделие,Это приводит к тому, что несколько уменьшаются сбрасываемый поо газа и 20 поток газа через трубку 14 расходомера 8, а значит уменьшается и время от начала испытания до момента перехода потока газа через нуль. На фиг,2 графики, обозначенные ВО, 81, В 10, В 50, 8122, соответствуют зависи" мостям ооко в отрольной системе 15со встроенными течами в иэделии 6, потокичерез которые соответственно равны 0: 1,0;10,16; 50,88; 122,33 см /мин, По оси Орди 30 нат отложены показания прибора 16 в мВ,причем 1000 мВ соответствуют потоку 100зсм /мин, Нелинейность характеристикирасходомера 8 в диапазоне 0100 см непревышает 2;. Колебательный процесс ус 35 тановления давления и потока в контрольной системе в пределах до 5-6 мин непоказан, Авторы ограничили график временем 5 мин, На фиг,2 кривая (Ао, Бо, Во) изменения потока через контрольную систему40 представлена полностью только для герметичного изделия 6, для негерметичных иэделий показаны кривыми В изл 1 ененияпотоков через трубку 14 через 5 с послесброса,45 Регистрация степени негерметичностипроизводится по моменту прохождения потока через ноль, что Отличается хорошейповторяемостью результатов. В этот момент превалирующими потоками в системе50 является уравнительный и подпитки утечки,если изделие имеет сквозной дефект, вседругие дестабилизирующие факторы илизначительно меньше по величине, или ещене проявились, как например, неустановив 55 шиеся потоки, связанные с температурными возмущениями,Формула изобретенияСпособ испытания иэделий на герметичность, заключающийся в том, что изделие включают в контрольную систему,запглняют контрольную систему от источник з сжатого газа до давления заполнения выше испытательного, снижают давление в контрольной системе до испытательного путем соединения с линией испытательного давления и регистрируют газовый поток в контрольной системе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности после снижения давления до испытательного, измеряют время, прошедшее до момента изменения направления газово го потока в контрольной системе в сторонуизделия, и по нему судят о степени негерметичности изделия,1753317 10Составитель А,Видяеведэктоц А.Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Л,Ливри Заказ 2761 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101