基于多路阀的正负压测漏系统的设计与研究

钟丽琼，王璨，胡浩

(1.贵阳学院机电系，贵州贵阳550003;2.贵阳学院数控技术工程应用实验室，贵州贵阳550003;3.贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550003)

现今，泄漏检测技术已经大量应用于液压、气动元件及汽车、机械、医疗、和化工等领域，此外在航天、燃气设备用具、住宅设备、管道检测等领域也得到广泛应用[1－2]。因此，泄漏检测水平的高低直接影响生产效率、操作人员的劳动强度及产品的质量，选择合适的泄漏检测方法，实现快速、准确的泄漏检测具有重大的现实意义与实用价值。

气压测漏仪作为一种重要的密封件检测仪器，已经广泛应用于工业生产中，并有许多学者对其进行了研究[3－7]。而差压测漏仪又是一种工业生产中应用得最多的气压检漏仪，目前差压检测仪只有正压检测仪和负压检测仪两种单功能检测仪，对于既需要正压检测又需要负压检测的生产厂商来说，虽然可以通过同时购买两个单功能的检测仪来满足工件的检测要求，但会使检测成本增加。针对目前单功能测漏仪使检测成本提高的问题，作者提出了将正负压检测集合于一体的思想，设计了一种正负压综合测漏系统，并建立了能实现这种正负压泄漏检测系统的多路阀模型，从而使整套系统的体积合理化，便于携带，降低检测成本。利用仿真技术对此基于多路阀的正负压测漏系统进行仿真分析，得出其工作特性。

1 综合系统的设计

首先设计出一种能实现正负压综合检测的测漏系统，此系统引入了一种多路阀结构，通过多路阀的运用，使系统实现正压检测与负压检测的交替进行，同时使回路得到了简化，从而使整套系统的体积合理，便于携带。

如图1所示，即为引入多路阀结构的正负压综合测漏系统。系统主要由气源、过滤器、减压阀、差压传感器、真空发生器、消声器以及多路阀组等气动元件组成，其主控阀即为多路阀组。

图1 气动系统回路总图

该系统首先通过多路阀4 来控制其正压检测过程，然后通过多路阀8 来控制其负压检测过程。而当系统不工作时，多路阀4、8 会同时处于中位，此时气源供给的压力气体就会直接排入大气，这种设计的优点在于，系统不工作时，能防止由于系统内压力增大而对系统元器件造成损害。

2 回路工作原理

系统对被测件进行检测时分为两个步骤来实现，第一个步骤是正压检测，对被测件充入大量的压缩空气，利用容器内的压力大于外部压力，使其产生从内向外的泄漏量，从而判断出被测件的泄漏情况。在此过程中，多路换向阀4、8的电磁铁通电与断电情况如表1所示(表中“﹢”号表示通电励磁，“﹣”号表示断电)。

表1 正压检测

从表1可看出，正压检测共有4个阶，第一阶段为充气，多路换向阀4的左位工作，压缩空气经过换向阀阀4 进入到被测件和标准件中，此时由于左位单向阀的作用，压缩空气不能到达换向阀8;第二阶段为平衡，此时停止充气，多路换向阀4处于中位，由于中位单向阀的作用，压缩空气经过多路换向阀4与8的中位直接排入大气。由于各换向阀关闭后，可能存在微小泄漏，换向阀换向时产生的压力冲击与脉动，充气过程会使检测容器内温度发生变化，压缩空气由受压状态进入一个密闭容器后，将引起一系列的热力学－动力学变化，这些因素都会使压力出现波动，所以需要进行一段时间的保压平衡[8];第三阶段为检测，选择适当的差压传感器，由于被测件与标准件之间的压力差会被差压传感器感知，从而通过其示值的变化即可判断是否存在泄漏;第四阶段为排气，多路换向阀4的右位工作，排出被测件内的压缩气体。

第二个步骤是负压检测，被测件内的空气被真空发生器吸出，使被测件内产生一定的真空度，利用容器外的压力大于内部压力，使其产生从外向内的泄漏量，从而判断出被测件的泄漏情况。在此过程中，多路换向阀4、8的电磁铁通电与断电情况如表2所示。

表2 负压检测

从表2可看出，负压检测共有4个阶段，第一阶段是吸气，多路换向阀4处于中位，多路换向阀8的左位工作，压缩空气经过换向阀阀4与8 进入到真空发生器中，真空发生器的工作原理是当供气口的供气压力高于一定值后，喷管射出超声速射流，由于气体的黏性，高速射流卷吸走负压腔内的气体，使该腔形成很低的真空度[9]，这样就能使被测件与标准件内的部分空气被吸出，形成一定的真空度;第二阶段为平衡，此时停止吸气，多路换向阀4、8处于中位，此时压缩空气直接排入大气;第三阶段为检测，同样是通过差压传感器的示值变化来判断是否存在泄漏;第四阶段为回复，多路换向阀4 仍然处于中位，多路换向阀8的右位工作，使得外部空气进入到被测件与标准件中。

3 系统仿真实验及分析

为了得到多路换向阀对正负压测漏系统工作特性的影响，应用AMESim仿真软件建立出系统的仿真模型并进行仿真实验，最后对实验结果进行分析。对系统正压检测状态进行实验，实验中压缩空气压力为0.6 MPa，减压阀调定后的压力为0.4 MPa，当多路阀的开口面积为10 mm2，30 mm2，50 mm2，100 mm2，150 mm2，200 mm2时，分别对被测件(容积为1 L，2 L)进行检测，其压力的动态变化特征如表3、4 和图2、3所示。

表3 被测件容积为1 L时的实验结果

表4 被测件容积为2 L时的实验结果

图2 加压时间比较图

图3 压力增速比较图

表3、表4即为多路阀的开口面积发生变化时，不同容积的被测件内压力的动态变化特性。从表中可看出，多路阀的开口面积越小，被测件的加压时间就越大，容器内的压力变化就越缓慢。这是因为开口较小时，阀口对气体形成了一定的节流作用，从而使出口气体流量减小。而当阀口开口较大时，加压所需要的时间就很短暂，此时阀口对气体不会产生阻碍，从而节约了检测时间。但阀口开度较大时，气体流量过大，会对容器内的压力平衡造成负面影响，使其平衡时间增加。所以，在设计阀口开度时，可依据上述仿真实验，得到一个较佳的值域，即多路阀开口面积可在50～100 mm2之间。

图2、图3为多路阀的开口面积不同时，被测件容积为1 L、2 L的加压时间和压力增速动态变化的对比图。从图中不难看出，开口面积较小时加压时间随容积的增大而急剧增加，而开口面积较大时加压时间受容积变化的影响不大，甚至可以达到相同的加压时间。容器内的压力增速，随着容积的增大而减小。

4 结论

在现有单功能差压气体泄漏检测仪的基础上，设计了一种基于多路阀结构的正负压综合测漏系统，对此系统的工作原理进行了阐述。应用AMESim仿真软件建立了系统的仿真模型，并进行仿真实验，最后对实验结果进行分析。根据实验结果得出:在检测容积不太大的密封件时，可依据上述仿真实验，得出开口面积对检测时的加压时间与平衡时间均有影响(即开口面积越大，加压时间就越短，平衡时间就会越长)，且能分析出一个较佳的开口度值域，即多路阀开口面积可在50～100 mm2之间。实验得出的结果对设计多路阀阀口开度具有参考价值。

【1】唐月生，伍先达，李锋，等.一种高精度微量气体泄漏检测仪的设计与研究[J].仪器仪表学报，2002，23(Z3):59－62.

【2】吴孝俭，闫荣鑫.泄漏检测[M].北京:机械工业出版社，2005.

【3】胡浩，钟丽琼.差压测漏仪微泄漏的建模与仿真[J].自动化仪表，2011，32(7):18－20.

【4】王金玲，张迎春，石全伟，等.燃油系统检漏仪的研制[J].液压与气动，2006(10):35－27.

【5】詹长书，李军，杨庆俊，等.汽车燃油系统测漏仪的研制及其应用[J].机床与液压，2004(2):105－106.

【6】朱小明.气压检漏仪的工作原理及其适用范围[J].流体传动与控制，2006(6):33－37.

【7】薛文宝，刘福萍.泄漏检测仪原理分析[J].内燃机，2009(5):35－36.

【8】胡浩，钟丽琼，郑瑜，等.一种正负压综合测漏系统的设计与研究[J].机械设计与制造，2011(10):33－35.

【9】SMC(中国)有限公司.现代实用气动技术[M].北京:机械工业出版社，2004:409－416.