способ измерения негерметичности изделий

Формула изобретения

Способ измерения негерметичности изделия, основанный на том, что изделие посредством испытательной камеры соединяют с одним концом дренажной трубки, другой конец которой погружают под уровень жидкости в пузырьковой камере, затем подают в изделие газ под испытательным давлением и судят о негерметичности изделия по интенсивности появления пузырьков испытательного газа в жидкости пузырьковой камеры, отличающийся тем, что измерение негерметичности производят в два этапа: сначала, на первом этапе, полость испытательной камеры соединяют с окружающей средой, а к дренажной трубке пузырьковой камеры подключают закрытую эталонную емкость известного объема, которую заполняют испытательным газом под давлением, открывают поток газа из эталонной емкости в дренажную трубку, при этом обеспечивают пузырьковый режим истечения, задают достаточное по точности измерения снижение давления в эталонной емкости, измеряют начальные абсолютные давление и температуру газа в эталонной емкости и одновременно начинают считать количество пузырьков газа, выходящих из дренажной трубки, а после достижения заданного снижения давления прекращают счет пузырьков и одновременно с последним сосчитанным пузырьком измеряют остаточные абсолютные давление и температуру газа в эталонной емкости, после чего по измеренным величинам и объему эталонной емкости рассчитывают массу утекшего газа из эталонной емкости, делят ее на число сосчитанных пузырьков и находят массу газа в одном пузырьке, а затем, на втором этапе, дренажную трубку пузырьковой камеры отключают от эталонной емкости и соединяют с испытательной камерой, полость испытательной камеры отключают от окружающей среды, создают и измеряют необходимое давление испытательного газа в изделии, находят в режиме установившегося истечения количество пузырьков, выходящих в единицу времени из дренажной трубки в пузырьковой камере, умножают эту величину на массу газа в одном пузырьке и определяют расход газа, вытекающий из течи испытываемого изделия, после чего по величине полученного массового расхода газа при заданном испытательном давлении количественно оценивают негерметичность контролируемого изделия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением.

Известен способ контроля негерметичности изделий, основанный на использовании испытательного газа, которым в ходе испытаний под давлением заполняют изделие, после чего газ, вытекающий из изделия, собирают в контрольную емкость (испытательную камеру) и выпускают через пузырьковую камеру, а затем судят о негерметичности изделия по интенсивности появления пузырьков газа в жидкой среде пузырьковой камеры. Такой способ описан в справочном приложении к ГОСТ 24054-80 "Методы испытаний на герметичность. Общие требования." на стр.11.

Недостатком этого известного способа является качественный характер оценки негерметичности испытываемого изделия.

Наиболее близким к предлагаемому способу измерения негерметичности изделий является способ, приведенный в изобретении, на которое выдан патент РФ № 2261422 G01M 3/06 "Способ контроля герметичности изделий и устройство для его реализации (варианты)", авторы Куршин А.П. и Чистов Ю.И., опубликовано 27.09.2005, Бюл. № 27. В приведенном патенте подключение изделия к входному концу дренажной трубки предполагает использование испытательной камеры, посредством которой изделие соединяют с одним концом дренажной трубки, другой конец которой погружают под уровень жидкости в пузырьковой камере и судят о негерметичности изделия по интенсивности появления пузырьков газа в жидкости пузырьковой камеры.

Важным достоинством прототипа по отношению к аналогам является обеспечение формирования пузырьков газа калиброванного объема за счет конструкции конца дренажной трубки и его расположения в пузырьковой камере, что позволяет определять величину течи как произведение объема пузырька газа на количество образующихся пузырьков в единицу времени. Объем пузырька газа определяют по геометрическим характеристикам дренажной трубки с помощью градуировочных зависимостей, полученных экспериментально. Геометрическими характеристиками являются внутренний и внешний диаметры конца дренажной трубки, из которого выходит газ, и угол расположения плоскости ее торца относительно поверхности жидкости.

Положительный эффект, получаемый в прототипе, состоит в том, что появляется возможность количественной оценки негерметичности испытываемого изделия величиной объемного расхода газа через дренажную трубку пузырьковой камеры.

Однако известный способ, принятый за прототип, имеет ряд существенных недостатков:

1) Объемный расход газа, определяемый известным способом, не является однозначной характеристикой величины течи испытываемого изделия, т.к. объем пузырьков газа, образующихся в пузырьковой камере, зависит не только от конструкции, глубины погружения и расположения конца дренажной трубки, но и от свойств среды, в которой формируются пузырьки. К таким свойствам относятся плотность, вязкость, коэффициент поверхностного натяжения жидкости в пузырьковой камере, зависящие от температуры жидкости, а также давление атмосферы, действующее на жидкость.

2) Получение зависимостей, позволяющих определять объемы калиброванных пузырьков газа по наружным и внутренним диаметрам и по углу расположения плоскости торца дренажной трубки, связано с проведением обширных градуировочных работ, которые должны выполняться в одинаковых условиях окружающей среды, например, по давлению и температуре. К факторам, влияющим на результаты градуировки могут быть отнесены также сила земного притяжения (зависимость от географического места проведения градуировочных работ), химический состав жидкости, заливаемой в пузырьковую камеру, материал дренажной трубки и т.п.

3) Каждый процесс измерения при помощи градуированной дренажной трубки с количественной оценкой негерметичности испытываемого изделия должен проводиться в условиях, идентичных процессу градуировки как по расположению трубки и по свойствам жидкости в пузырьковой камере, так и по условиям окружающей среды. На практике соблюдение условий идентичности труднодостижимо.

Таким образом, отмеченные выше недостатки говорят о невысокой точности известного способа в количественной оценке величины течи при контроле негерметичности испытываемых изделий.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения негерметичности изделия путем создания последовательности операций, позволяющих однозначно определять негрметичность испытываемых изделий при заданном испытательном давлении в разных условиях окружающей среды, при неодинаковых свойствах жидкости в пузырьковой камере и независимо от конструкции дренажной трубки.

Данный технический результат достигается тем, что поверяемое изделие посредством испытательной камеры соединяют с одним концом дренажной трубки, другой конец которой погружают под уровень жидкости в пузырьковой камере и формируют калиброванные по массе пузырьки при истечении газа, затем подают в изделие испытательный газ под давлением и судят о негерметичности изделия по интенсивности появления пузырьков испытательного газа в жидкости пузырьковой камеры. При этом измерение негерметичности производят в два этапа: сначала - на первом этапе - полость испытательной камеры соединяют с окружающей средой, а к дренажной трубке пузырьковой камеры подключают закрытую эталонную емкость известного объема, которую заполняют испытательным газом под давлением, открывают поток газа из эталонной емкости в дренажную трубку, обеспечивают пузырьковый режим истечения, назначают достаточное по точности измерения снижение давления в эталонной емкости, измеряют начальные абсолютные давление и температуру газа в эталонной емкости и одновременно начинают считать количество пузырьков газа, выходящих из дренажной трубки, а после достижения заданного снижения давления прекращают счет пузырьков и одновременно с последним сосчитанным пузырьком измеряют остаточные абсолютные давление и температуру газа в эталонной емкости, после чего по измеренным величинам и объему эталонной емкости рассчитывают массу утекшего газа из эталонной емкости, делят ее на число сосчитанных пузырьков и находят массу газа в одном пузырьке, а затем - на втором этапе - дренажную трубку пузырьковой камеры отключают от эталонной емкости и соединяют с испытательной камерой, полость испытательной камеры отключают от окружающей среды, создают и измеряют необходимое давление испытательного газа в изделии, находят в режиме установившегося истечения количество пузырьков, выходящих в единицу времени из дренажной трубки в пузырьковой камере, умножают эту величину на массу газа в одном пузырьке и определяют расход газа, вытекающий из течи испытываемого изделия, после чего величиной полученного массового расхода газа при заданном испытательном давлении количественно оценивают негерметичность контролируемого изделия.

Основные отличия предлагаемого способа от способа-прототипа состоят в том, что для характеристики негерметичности использован массовый расход газа через течь в изделии и применена эталонная емкость со сжатым испытательным газом для определения массы газа в пузырьках, образующихся на конце дренажной трубки, опущенном в жидкость пузырьковой камеры. Массовым расходом газа из течи при заданном испытательном давлении предлагается измерять величину негерметичности испытываемого изделия. Применение эталонной емкости позволяет в конкретных условиях испытаний на негерметичность калибровать массу газа в образующихся пузырьках. При этом следует отметить, что масса газа в отдельных пузырьках не зависит от давления в источнике газа, подающего газ в дренажную трубку. На эту массу влияют конструкция конца применяемой дренажной трубки, его расположение в пузырьковой камере и условия среды, в которой образуется пузырек газа, вытекающий из трубки. Давление газа, поступающего в дренажную трубку, влияет на количество пузырьков, выходящих в единицу времени из дренажной трубки в пузырьковой камере, т.е. на частоту образования пузырьков, которая пропорциональна расходу газа через трубку.

Кроме того, предлагаемый способ отличается от прототипа составом и последовательностью операций, применяемых для определения негерметичности испытываемого изделия.

Для пояснения реализации изобретения на чертеже приведена схема устройства, в котором для измерения негерметичности испытываемого изделия осуществляются операции предлагаемого способа.

Устройство содержит пузырьковую камеру, состоящую из сосуда 1 с жидкостью и дренажной трубки 2, испытательную камеру 3, в которую помещают испытываемое изделие 4, и эталонную емкость 5, заполненную испытательным газом под давлением. Эти части устройства соединены трубопроводами, на которых установлены переключающий 6 и запорно-регулирующий 7 краны. Для измерения давления и температуры газа в емкости 5 установлены манометр абсолютного давления 8 и термометр 9. Как показано на схеме, один конец дренажной трубки опущен в жидкость пузырьковой камеры, а другой можно соединять либо с испытательной камерой 3 через кран 6, либо с эталонной емкостью 5 через кран 7, который позволяет плавно изменять расход газа из эталонной емкости и заранее настраивать пузырьковый режим истечения газа из дренажной трубки 2. Испытательный газ подают в изделие через кран 10. Давление испытательного газа Р_исп измеряют манометром 11. Переключающий кран 6 служит для соединения полости испытательной камеры 3 либо с дренажной трубкой 2, либо с атмосферой.

Работает устройство следующим образом.

Перед проведением процедуры измерения негерметичности испытываемого изделия 4 эталонную емкость 5 заполняют испытательным газом. Кран 7 закрывают. На первом этапе способа переключающим краном 6 полость испытательной камеры 3 соединяют с окружающей средой (атмосферой) и одновременно этим же краном перекрывают трубопровод, связывающий испытательную камеру 3 с дренажной трубкой 2. Затем эталонную емкость 5 с помощью запорно-регулирующего крана 7 соединяют с дренажной трубкой 2, при этом устанавливают пузырьковый режим истечения газа в пузырьковой камере 1. Назначают достаточное для желаемой точности измерения массы вытекающего газа снижение давления в эталонной емкости. После этого приборами 8 и 9 измеряют начальные абсолютные давление и температуру газа в эталонной емкости 5 и одновременно начинают считать количество пузырьков газа, выходящих из дренажной трубки 2, а после достижения заданного снижения давления останавливают счет пузырьков и одновременно с этим снова измеряют абсолютные давление и температуру газа в эталонной емкости 5. По измеренным величинам давления и температуры в начале и в конце описанной процедуры и объему эталонной камеры рассчитывают массу утекшего газа из эталонной емкости, делят ее на число сосчитанных пузырьков и находят массу газа в одном пузырьке.

На втором этапе способа дренажную трубку 2 отключают от эталонной емкости 5 краном 7 и соединяют краном 6 с испытательной камерой 3. При этом краном 6 перекрывают также связь испытательной камеры с атмосферой. Открывают кран 10 и создают необходимое давление Р_исп испытательного газа в изделии 4. Давление газа в испытываемом изделии измеряют манометром 11. При этом из течи изделия начнет поступать газ, и требуется выдержка во времени до завершения переходного процесса по давлению в испытательной камере 3, которое влияет на интенсивность образования пузырьков, выходящих из дренажной трубки. В режиме установившегося истечения находят количество пузырьков, выходящих в единицу времени из дренажной трубки 2, т.е. частоту их образования. Затем умножают эту величину на массу газа в одном пузырьке и определяют расход газа, вытекающий из течи контролируемого изделия. Величиной полученного массового расхода газа количественно оценивают, т.е. измеряют, негерметичность испытываемого изделия при заданном испытательном давлении в изделии.

Технический эффект предлагаемого изобретения состоит в увеличениии точности измерения величины течи и в том, что при его реализации обеспечивается сопоставимость результатов определения негерметичности изделий, испытанных в различных условиях окружающей среды с использованием разных дренажных трубок и пузырьковых камер. Повышенная точность и стабильность способа измерения негерметичности позволяют применять его для контроля развития негерметичности изделий в процессе их эксплуатации или при проведении ресурсных испытаний.

Данный способ был опробован на действующем макете при измерении искусственно создаваемых негерметичностей экспериментальной емкости. Сравнение результатов измерения утечек газа при одинаковой степени негерметичности экспериментальной емкости не отличались более чем на 0,2%, что соответствовало точности измерительных приборов, используемых при испытании.