泄漏检测技术 - 文章

泄漏检测技术

作者：Jacques Hoffmann

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从割草机到咖啡机，任何的流体处理设备都需要进行泄漏检测，从而为其投入市场做论证准备。通常，应用在样机设计阶段的泄漏检测方法也是在大批量生产中用于检测的最好方法。目前，共有四种最基本的泄漏检测方法：气泡渗漏检测，压力下降泄漏检测，质量流量传感器检测，氦气质量光谱分析检测。对于不同的设备来说，每一种方法对产品的上市时间及产品质量都有其各自的优点与缺点。

气泡渗漏检测

当某种设备需要进行防漏检测时，此种设备对于可接受的泄漏速度标准是不同的。然而，作为一个普遍意义的准则，目前，我们所期望的用户产品泄漏标准要比过去几十年高得多。正是因为这个原因，所谓的气泡渗漏检测作为一种检测方法或多或少有些陈旧，因为它是一种较为原始的泄漏检测方法。

在气泡泄漏检测方法中，产品将会被加压并放置在水中。若有气泡从水中冒出则意味着泄漏。通过此方法，即使轻微的泄漏也可以检测得到。但是，无论是样品抑或是批量产品的检测，这种方法都是不切合实际的。首先，产品需要保持干燥，这是相当困难的，尤其在生产的层面上。同时，气泡渗漏检测也是一个缓慢的过程，并且需要掌握相当技能的操作者进行操作。在样机开发阶段，其最大的缺点可能在于这种浸湿的泄漏检测方法不能提供泄漏的量化标准，并导致开发过程的反复，而不能从检测中受益。

压力下降泄漏检测

泄漏检测的一种干式检测方法是压力下降检测（图1)。在此方法中，设备将会被加压，然后将压力源移走，随着时间的流逝，压力的变化同时被监测。然后，压力改变的数据将会被转化为对泄漏速率的测量。

图1 压力下降泄漏检测方法

微分压差检测是由压力下降检测方法转变而来的一种更为精确的检测方法（图2)。这种检测方法是将一个参考容积与被测设备同时加压，随着时间的流逝，通过传感器测量参考容积与被测设备的压差微分。由于时间与压力数据要首先转化为泄漏速率，因此，这种方法同样是一种间接检测泄漏速率的方法。

图2 微分压差泄漏检测方法

一些人错误地认为，压力下降检测是迄今为止最为廉价的干式泄漏检测方式。实际上，为得到所要求的检测精度，从打样、密封、以及对环境温度的变化的控制难度上，或者是检测设备的破损等，都会转化为检测成本的增加。

而且，间接检测的本质以及跟踪压力变化所需的时间自然会增加检测的次数。这个过程需要两次检测过程，而不仅仅是一个过程，并且两个检测之间要有足够的时间。如果某个样机开发项目需要很多检测条目，必将产生相当长的时间耽搁。

质量流量检测

一种干式的直接泄漏检测方法仅需要读取一次数据，并且不易受到绝热的影响，这种方法被称之为质量流量检测（图3)。在这种检测方法中，设备将会与参考体积同时被加压（或需要一个带有校正器的气体供应线路），取代泄漏液体的流入气体数量可以以标准的每分钟多少立方厘米测量到。因此，质量流量检测是一种直接的检测方法，它需要相对较少的时间，同时，可以比由时间分离的两次检测精度更高。

图3 质量流量泄漏检测方法

质量流量传感器使用温度传感器（图4)。泄漏的流体直接通过加热元件转移到流动的气体中，温敏电阻测量流入与流出的流体温度。当两个电阻显示同样温度时，温度传感器桥是平衡的。当它失去平衡时，将会产生与质量流量呈比例的输出电压，从而提供一个直接的泄漏速率检测。

图4 质量流量传感器工作过程

同时，我们要注意到一个简单的压力下降泄漏检测设备相对成本低，并且时间缓慢而不精确，这一点相当重要。压差检测与质量流量检测花费同样多的成本，但却具有更快速、更精确的优点。

氦气泄漏检测

在其他对泄漏检测精度要求低于0.001立方厘米/秒的行业中，氦气质量光谱分析检测方法被广泛应用。在大多数的设备的样机应用中，精度的要求是不必要的，它们更关注于检测时间与成本。在氦气质量检测方法中（图5)，被检测设备用氦气加压，质量流量由检测室的质量光谱采样分析仪检测出来。这种方法的设备成本、维护与氦气成本，相对于没必要对低于103 SCCS的泄漏速度进行监测的应用更加昂贵，因此，该方法仅仅被典型地应用在要求最苛刻的设备的泄漏检测中。

图5 氦气质量光谱分析检测方法

优化方法

对于任何关注于泄漏检测的样机开发项目来说，需要注意的一点是，如果按客户定制的质量流量检测方法应用到生产上，将会延迟产品的上市时间。例如，如一个刚刚检测过的浇铸模型，从浇铸工艺取出时还有点温热。一种方法是必须采取自动补偿措施弥补温度变化；另一种方法是一直等到它冷却至正常室温。后者注定要有一定的误差，因为检测环境是根据当前条件不断改变的。这就是为什么最低成本的质量流量泄漏检测装置其成本会相对低一些的原因 — 它们没有自动补偿温度的能力。

同样地，成本稍高一些的质量流量检测装置使用较差的校准方法，也会增加引入误差的机会。应用机械装置校准的设备相比于应用固态技术校准的设备更容易变化，而后者损坏或需要维修的可能性也大大降低。

需要关注的另外一点是客户定制的质量流量传感器对于设备来说，在至关重要的区域功能必须是优良的。成本相对较低的则仅有一种类型的传感器，这样会缺少对所需检测要求进行缩放的功能。

样机设计速度与最终产品上市时间同时会被质量流量系统的处理能力所影响。典型地，在较高的泄漏敏感度的部件与产品中，需要在不同温度、不同真空水平或其他的变化条件下检测样机成千上万次。检测仪器需要有记忆所有检测数据点并将其放入离线数据库与分析软件的能力。应用较好的质量流量仪器的PC机将数百万的△点实时检测记录连接成一个连续的曲线图。同时允许一组数据存储后，可供后来重新调出，以便更深入地统计分析。如果某种系统不允许检测结果的实时处理，这样的结果不仅仅是引起工作的麻烦，而且也将引起产品上市时间的推迟，因为工程师手中没有足够的数据进行分析。

检测专业技术

精确地确定泄漏位置是一件简单的事情，无需很多的专业技术知识。我们可以通过将设备浸入水下，或将其用氦气加压，或直接找出其泄漏位置。对于涉及泄漏检测的样机开发来说，更多的挑战是确定泄漏点的数量以避免设计的反复。对开发带有罐、管路、阀门、过滤器或其他需作泄漏检测的产品开发者来说，咨询有此方面经验的专家是一个很好的办法。这样的咨询将会为设计者节省百分之十的产品开发成本，同样也可以缩短百分之十五的产品上市时间。

目前的争论在于如何设计检测固件，以及如何在系统的意义上集成软件与硬件。硬件的设计能力导致固件需防密封，设法减少温度影响，减小快速响应的检测数量，避免检测过程中的部件变形。客户定制软件实时工作及处理模拟故障，可能会导致最终样机泄漏检测的成败。

针对样机开发而优化的泄漏检测工艺应该更关注于整机批量装配操作，并同时建立一个以检测为中心的有竞争力的最好的检测方法。

该文摘自美国Appliance Design杂志
原载国际电器制造商情(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/18/2006)


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