基于数字压力计的气密性检漏仪研究

2013-05-14林宏杰张凡波

计量技术 2013年10期

林宏杰张凡波孟亮

(1.哈尔滨电机厂有限责任公司计量测试中心，哈尔滨 150040；2.辽阳石化分公司生产监测部，辽阳 111003； 3.新疆油田公司采气一厂，克拉玛依 834000)

0 引言

气密性检测是装备制造业领域的一项重要的技术工作。装备制造业领域有大量压力容器及压力管路需要进行气密性检测，检测试件密封性的传统方法是采用浸水(油)目视气泡法，这种方法使用的设备简单，检测结果直观，但检测精度和效率低，人为因素影响较大，无法实现自动定量测量，同时，还会给试件可能带来生锈等不良影响及繁琐的试件表面后处理工作。另外，这种方法对于大型设备和复杂部件，因场地、搬运等因素影响更是无法实施。

另一种气密性检测方法是使用机械式精密压力表或差压计、气压计和玻璃温度计等仪表进行检测，工作时，通过对被试工件充气加压或抽真空然后对其压力进行测量的气压法。由于气压法检测气密性具有方便、快捷、清洁、准确、成本低等特点，深受人们关注和广泛使用。气压法检测气密性时，仪表的稳定性和准确度成为影响检测结果的重要因素，在48h的连续检测过程中，自动记录数据或系统的自动化是传统仪表不能实现的。数字式仪表的开发是完善气密性气压法的最佳选择。

基于数字压力计的气密性检漏仪研究在氢冷电机上进行了试验，各项技术指标主要依据行业标准JB/T 6227—2005《氢冷电机气密封性检验方法及评定》而设计。

1 数字压力计的原理及主要技术指标

经过多年的应用，国内外优秀制造企业的数字压力计技术已经非常成熟。数字压力计是传感器技术与电子测量技术相结合而研制的产品，作为数字化压力仪表，数字压力计的最高准确度等级，其技术指标已经优于0.01级。

本研究采用的数字压力计主要技术指标：准确度为0.05级，温度适用范围为0～50℃，24h的稳定性优于0.001%F.S。

2 气密性检漏仪的特性

传统的气密性检漏系统主要由精密压力表、U型汞柱差压计和温度计组成。气密性检漏仪是基于数字压力计的压力测量功能，同时增加了温度测量功能，在一台仪器内完成绝压测量和温度测量。辅助分析软件可以组成自动化的测量分析系统。

气密性检漏仪是在数字压力计的基础上研发改造而成的，需要在环境条件相对恶劣的工业现场进行工作。因为工业现场环境情况复杂，现场气压及环境温度波动较大，并且被检测设备的泄漏量又非常小，所以需要气密性检漏仪长时间纪录试验压力的变化，在最后计算被检测设备的泄漏量时要综合考虑去掉环境气压的影响，同时进行温度修正。

3 研制气密性检漏仪的关键技术

为了完成对设备泄漏量的测试，需要对数字压力计的功能进行扩展，使用绝压传感器测量设备内部的压力，扩展环境温度测量的功能。另外，泄漏量分析软件设计也是本研发的关键技术。气密性检漏仪的工作原理如图1所示。

图1 气密性检漏仪工作原理

3.1 绝压测量

绝压测试是本次研究的重点，在氢冷电机气密封性检验中，有如下要求：一是气密性检漏仪测量的绝压压力超过600kPa,检漏时需要在48h内持续承受压力；二是气密性检漏仪在绝压120kPa时，测量准确度应达到0.1%；三是气密性检漏仪的24h稳定性应不超过0.02%。根据气密性检漏仪的使用特点及技术要求，本研究选用了超稳绝压压力传感器。该压力传感器采用全焊接结构，有效保证了传感器持续承压不泄露，同时该传感器在出厂前，进行了严格的交变负荷测试、温度老化测试和压力稳定性测试，这些严格的生产工艺有效地保证了压力传感器的准确度和稳定性。绝压测量相对表压测量，一个难点是没有大气零点可以参照，所以对绝压传感器的稳定性要求更高。在硬件上保证绝压传感器稳定性的同时，本研究还采用了软件的大气压比对清零方法解决绝压传感器的实漂问题。

3.2 温度测量

温度测量是本次研究的另一项关键技术点，在氢冷电机气密封性检验中，现场环境温度的变化由于季节不同超过了50℃，温度范围在10～60℃之间。在本次氢冷电机气密封性检验的设计中，为了减少温度的影响，要求温度测量的准确度应达到0.5℃，24h稳定性应不超过0.1℃。根据要求本研究选用了集成电路温度传感器。集成电路温度传感器具有体积小、响应时间短、准确度高及成本低等特点，该传感器被安装在绝压传感器的表面，这样可以直接测量氢冷电机内部的温度，更好地去处理环境温度变化的影响。

3.3 记录分析软件设计

为了提高测量的准确性和效率，研究了记录分析软件，记录分析软件可以与气密性检漏仪实时通讯，采集气密性检漏仪的压力和温度数据。记录分析软件采用C号语言编程，软件实现了实时数据或定时数据采集，曲线描绘压力和温度变化过程，自动计算气体泄漏量等功能，可以自动生成表格和报告。记录分析软件可以提供的功能如下：

1)设定仪表的存储模式，并可以启动或停止存储功能的运行；2)提供了温度传感器和大气压传感器的数值修正功能；3)数据采用表格、图形两种方式显示，可以按时间段来筛选需要分析的数据；4)可把需要分析的数据以EXCEL表格方式导出；5)提供了两种数据分析原则；指定序号方式(用户可以自行指定起始和终止数据记录的序号)和参数索引方式(用户可以采用取某项参数的最大值、最小值的方式来找到起始和终止数据记录的序号，且可以进行简单的错误数据剔除)；6)用户可自行设定计算公式中相关的参数数值；7)可自动计算出泄漏率和泄漏压降；8)当鼠标移动到表格数据某条记录后，点击鼠标右键，可以快捷地设定该条记录是起始数据项还是终止项。