устройство контроля герметичности изделий

Формула изобретения

Устройство контроля герметичности изделий, содержащее эталонную емкость, соединенный с ней через вентиль источник давления, магистраль, состоящую из двух участков, с запорным органом, выполненным в виде герметичного сосуда, частично заполненного жидкостью, двух трубок, жестко соединенных с герметичным сосудом, открытые торцы которых погружены в жидкость на одинаковую глубину, вторые торцы трубок соединены с обращенными друг к другу концами участков магистрали, один конец магистрали соединен с эталонной емкостью, а другой с изделием, дифманометр с подвижной перегородкой, выполненный в виде трубки с каплей жидкости, первая полость которого сообщена с эталонной емкостью, вторая - с изделием, и выполненный в виде шарнира узел поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой вокруг оси, лежащей в плоскости, параллельной зеркалу жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда, отличающееся тем, что к шарниру узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой подключен вибратор для сообщения вибрации узлу поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет испытывать полые изделия газом на герметичность, например автотракторные теплообменники.

Известно устройство для контроля герметичности изделий (А.С. СССР №1552033, G 01 М 3/26, 1990), которое содержит эталонную емкость, соединенный с ней через вентиль источник давления, магистраль, состоящую из двух участков, с запорным органом, выполненным в виде герметичного сосуда, частично заполненного жидкостью, двух трубок, жестко соединенных с сосудом, открытые торцы которых погружены в жидкость на одинаковую глубину, вторые торцы трубок соединены с обращенными друг к другу концами участков магистрали, один конец магистрали, соединен с эталонной емкостью, а другой - с изделием, дифманометр с подвижной перегородкой, выполненный в виде трубки с каплей жидкости, первая полость которого сообщена с эталонной, емкостью, вторая - с изделием, и выполненный в виде шарнира узел поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда.

Однако это устройство имеет недостаточную точность контроля герметичности изделий из-за наличия силы, препятствующей перемещению подвижной перегородки дифманометра - капли жидкости в трубке, связанной с действием поверхностного натяжения жидкости подвижной перегородки дифманометра.

Технический результат изобретения - повышение точности контроля герметичности за счет уменьшения влияния силы от действия поверхностного натяжения жидкости подвижной перегородки (капли жидкости) дифманометра.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем эталонную емкость, соединенный с ней через вентиль источник давления, магистраль, состоящую из двух участков, с запорным органом, выполненным в виде герметичного сосуда, частично заполненного жидкостью, двух трубок, жестко соединенных с сосудом, открытые торцы которых погружены в жидкость на одинаковую глубину, вторые торцы трубок соединены с обращенными друг к другу концами участков магистрали, один конец магистрали соединен с эталонной емкостью, а другой - с изделием, дифманометр с подвижной перегородкой, выполненный в виде трубки с каплей жидкости, первая полость которого сообщена с эталонной емкостью, вторая - с изделием, и выполненный в виде шарнира узел поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия, сообщения открытых торцов трубок с воздушной, полостью сосуда, к шарниру узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой подключен вибратор для сообщения вибрации узлу поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой.

На чертеже изображена схема устройства контроля герметичности изделий.

Устройство содержит эталонную емкость 1, соединенный с ней через вентиль 2 источник газа 3. Магистраль, состоящая из двух участков 4 и 5, соединена с эталонной емкостью 1 и изделием 6 через вентиль 7 гибкими трубопроводами 8 и 9. Герметичный сосуд 10 частично заполнен жидкостью, например ртутью. В нее на одинаковую глубину погружены открытые торцы двух трубок 11 и 12, жестко соединенных с обращенными друг к другу концами участков 4 и 5 магистрали и с сосудом 10. Имеется узел поворота вокруг оси, лежащей в плоскости, параллельной зеркалу жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок 11 и 12 с воздушной полостью сосуда 10. Узел поворота выполнен в виде шарнира 13. С поворотной частью шарнира 13 соединен конец участка 4 магистрали. Конец участка 5 магистрали свободно опирается сверху на неподвижную опору 14. В трубке 12 выполнено отверстие 15, соединяющее ее полость с воздушной полостью сосуда 10. Дифманометр 16 с подвижной перегородкой 17, например каплей токопроводящей жидкости, одной полостью соединен с участком 4 магистрали со стороны эталонной емкости 1, а другим - с участком 5 магистрали и с изделием 6. Датчики положения 18 с вторичным прибором 19 измеряют положение подвижной перегородки 17. К шарниру узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой подключен вибратор 20 для сообщения вибрации узлу поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой.

Устройство работает следующим образом.

Герметичную емкость 10, частично заполненную жидкостью, две трубки 5 и 4, дифманометр 16 с подвижной перегородкой 17 наклоняют путем поворота вокруг шарнира 13 на угол, при котором трубки 4 и 5 полностью выходят из жидкости, находящейся в сосуде 10. Подсоединяют к магистрали эталонную емкость 1 и изделие 6 с помощью гибких трубопроводов 8 и 9. Открывают запорные вентили 2 и 7 и заполняют устройство контрольным газом от источника 3 до необходимого давления. Прекращают подвод контрольного газа путем перекрытия вентиля 2 и устанавливают сосуд 10, магистраль, состоящую из двух участков 4 и 5, и дифманометр 16 в горизонтальное положение на опору 14. При этом открытые торцы трубок 4 и 5 погружаются в жидкость и рассоединяют эталонную емкость 1 от изделия 6. Во время погружения трубок 4 и 5 в жидкость из них вытесняются равные объемы контрольного газа, в результате чего давления в эталонной емкости 1 и изделии 6 остаются равными. Включают в работу вибратор 20, сообщая вибрацию шарниру 13 узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра 16 с подвижной перегородкой 17, и берут отсчет по вторичному прибору 19. Испытывают изделие на герметичность в течение заданного промежутка времени и берут второй отсчет по вторичному прибору 19 о положении подвижной перегородки 17 при вибрации шарнира узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой. О негерметичности изделия 6 судят по перемещению подвижной перегородки 17 дифманометра 16 за время испытаний. Перемещение подвижной перегородки 17 измеряют датчиками положения 18 и вторичным прибором 19.

Отверстие 15 в нижней части трубки 12 предназначено для аварийного выравнивания давлений между эталонной емкостью 1 и изделием 6 при контроле герметичности изделия, когда фактические утечки контрольного газа из изделия 6 существенно превышают допустимые значения утечек газа из изделия.

По сравнению с прототипом изобретение позволяет повысить точность контроля герметичности изделия за счет уменьшения влияния силы от действия поверхностного натяжения жидкости капли в трубке - подвижной перегородки дифманометра путем сообщения вибрации шарниру узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой в процессе контроля герметичности изделий.

Дифманометр с подвижной перегородкой обычно представляет собой трубку (стеклянную, пластмассовую), внутри которой расположен небольшой объем жидкости - капля жидкости. На жидкость действует поверхностное натяжение , Н/м, на границе жидкой и газообразной сред и создается капиллярное давление Р_К, Па. Это давление определяется по формуле Лапласа (Физический энциклопедический словарь / Под редакцией А.М.Прохорова. - М.: Советская энциклопедия, 1983, стр.243 - Капиллярные явления):

где d_m - диаметр трубки (капилляра), м.

Перемещению жидкостной перегородки в трубке противодействует капиллярная сила F_K, Н, связанная с действием поверхностного натяжения жидкости, которая равна площади сечения трубки ( d² _m/4), м², умноженной на капиллярное давление P_K, Па, то есть:

Капиллярная сила F_K препятствует перемещению капли жидкости в трубке при приложении к капле жидкости движущей силы F_Д, создаваемой разностью давлений в эталонной емкости и изделии, контролируемом на герметичность. Сила F_K и является причиной, не позволяющей повысить точность контроля герметичности изделий с использованием устройства по прототипу. Чтобы подвижная перегородка в трубке дифманометра начала движение, необходимо к ней приложить движущую силу F _Д большую, чем капиллярная сила F_K, то есть F_Д>F_K. Движущая сила F_Д, Н, приложенная к подвижной перегородке дифманометра, определяется по выражению:

где ( d² _m/4) - площадь поперечного сечения трубки дифманометра с подвижной перегородкой, м²; Р₁; Р₂ - давление контрольного газа в эталонной емкости и в изделии, Па.

Предполагается, что по физической сущности перемещение подвижной жидкостной перегородки в дифманометре аналогично эффекту сухого трения между двумя телами, контактирующими между собою, одно из которых перемещается относительно другого.

В книге Теория автоматического управления. Под ред. А.С. Шаталова. - М.: Высшая школа, - 1977, стр.378 отмечается: «Осциллограммы (рис.5.58, б) показывают, что среднее за период значение сил сухого трения при указанном вибрационном сигнале равно нулю».

Из этого следует, что если дифманометру с подвижной перегородкой (каплей жидкости) сообщить вибрации, тогда сила F_K от действия поверхпостного натяжения жидкости подвижной перегородки дифманометра «равно нулю» и перемещение подвижной перегородкой зависит только движущей силы F_Д, создаваемой разностью давлений в эталонной емкости и изделии, контролируемом на герметичность.

Таким образом, чтобы подвижная перегородка дифманометра начала движение при отсутствии вибрации дифманометра, необходимо к подвижной перегородке приложить силу F_Д, большую, чем сила F _K, то есть F_Д>F_K. Подвижная перегородка дифманометра при сообщении вибрации дифманометру начинает перемещаться при подведении к подвижной перегородке движущей силы F_Д >0 потому, что F_К=0. Движущая сила F_Д при начальных значениях перемещения подвижной перегородки может быть существенно меньше, чем капиллярная сила F_K без подведения вибрации к дифманометру с подвижной перегородкой.

Сила F_Д в соответствии с формулой (3) пропорциональна разности давлений, приложенной к жидкостной перегородке со стороны эталонной емкости Р₁ и со стороны изделия Р₂ , и поэтому контроль герметичности изделий проводится, начиная с движущей силы F_Д>0, что соответствует разности давлений (Р₁-Р₂)>0. То есть контроль герметичности изделия начинается с утечек газа с изделия, равных нулю. Это существенное повышение точности контроля герметичности изделий связано с подключением вибратора к шарниру узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой для сообщения вибрации узлу поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой.

Повышение точности контроля герметичности достигается за счет снижения до нулевого значения силы от действия поверхностного натяжения жидкости подвижной перегородки дифманометра при сообщении вибрации шарниру узла поворота магистрали с запорным органом и дифманометра с подвижной перегородкой.