浅议军标民标在氦检漏中的差异及虚漏

2015-03-05郑天丕

机电元件 2015年4期

郑天丕，赵慧，方珍，张耀，赵叶

(1.宁波福特继电有器限公司，浙江宁波，315012;2.杭州欧诚进出口品有限公司，浙江宁波，310012;3.陕西群力电工有限责任公司，陕西宝鸡，721300)

1 引言

近日，学习 GB/T2423.23－2013、GJB360B －2009及GJB548B－2005标准中有关氦检漏的术语、计算公式的解释等，发现他们各有千秋，使一些研发人员和用户不知用哪个标准才好。为此特地把这三个标准的差异罗列出来，作一个比较。并就虚漏的补救措施做个简介。同时解释测量漏率必须换算成等效标准(空气)漏率的原因，氦气漏率不是密封元器件正规使用的气体漏率。

2 试验的标准温度

GB/T2423.23－2013规定基准温度为25℃，允许误差为15℃ ～35℃;

GJB360B－2009规定基准温度为25℃，允许误差为15℃ ～35℃;

GJB548B－2005规定基准温度为25℃，允许误差为±5K。

2003年之前，IEC有关标准规定基准温度为23℃，允许误差 15℃ ～35℃，其后 IEC61810－1:2003改为23℃、允许误差5K，IEC6180－7:2006则改为23℃ ±5℃;MIL－PRF－39016F:2005则规定:所有的试验可在符合生产实际的环境下进行。笔者以为氦检漏最好在25℃ ±5℃下进行。可喜的是，三个标准规定的基准温度均为25℃，其漏率的温度换算的基准点即为298K。

3 术语

3.1 漏率

GB/T2423.23定义:在已知漏泄两侧压差的情况下，单位时间内流过漏泄处的给定温度的干燥气体。

注:采用国际单位制时为Pa.m3/s;在本部分中采用导出单位Pa.cm3/s和bar.cm3/s。这是因为它们与工业通用的量级较为接近的缘故。

这里 1Pa.m3/s=106Pa.cm3/s=10bar.cm3/s。

GJB360B定义:单位时间内流过已知压差的漏泄处的规定温度的干燥空气。单位:Pa.cm3/s。

GJB548B无此术语定义。

3.2 标准漏率

GB/T2423.23:在标准温度和压差下的漏率。本部分的标准温度为 25℃，标准压差是105Pa(1bar)。

GJB360B:在标准温度(25℃)和压差(高压101.325kPa和低压不大于133.322Pa)下的漏率。单位:Pa.cm3/s。

GJB548B:25℃时，高压一侧101.33kPa和低压一侧低于0.13kPa的情况下，每秒通过一条或多条漏泄通道的干燥空气量。(Pa.cm3)/s。

等效标准漏率:

GB/T2423.23:在以空气为试验气体的情况下，给定器件的标准漏率。

GJB360B:以空气为试验气体的情况下的标准漏率。单位:Pa.cm3/s。

GJB548B:具有与R1(即测量漏率)同样漏气几何结构的同一种封装，在1.1.1条(即标准漏率)标准条件下的漏率。(Pa.cm3)/s。

3.3 测量漏率

GB/T2423.23:在规定条件下，使用规定试验气体所测得的给定器件的漏率。

注1:测量漏率通常用氦气作为试验气体，在25℃，压差为105Pa(1bar)下确定。

注2:为了与其它试验方法所确定的漏率相比较，测量漏率应该换算成等效标准漏率。

GJB360B:无此术语定义。

GJB548B:在规定条件下，采用规定的试验媒质测得的给定封装的漏率。为了便于与其他测试方法测到的漏率进行比较，测量漏率必须换算成等效标准漏率。

从以上的介绍可以看出GJB548B的定义较为合理。GB/T2423.23的定义不理想不全面。其一，标准漏率被定义为25℃、压差为105Pa下的漏率。那么每种气体都有自己的标准漏率，造成标准漏率何其多?其二，测量漏率注1乃画蛇添足。用温度25℃、压差105Pa(1bar)来确定，这不成了氦气的标准漏率了吗?实际操作时，不仅25℃难以保证，这个105Pa(1bar)的压差也无法保证。因为每个被检测件的漏率是不一样的，而且都较小。几个小时的压氦不能保证一批产品中的每只产品内部的氦压都是105Pa(1bar)。同一批产品的每只产品的漏率各不相同。同时压氦后，其内部的氦压也各不相同。这是导致不同的测量结果的原因之一。

以上的介绍还可以看出，军标GJB548B和民标GB/T2423.23－2013都要求把质谱分析测得的氦气漏率(测量漏率)换算成等效标准漏率。其关键是要把细检(氦检)测得的漏率与粗检测得的漏率进行比较，以保证细检与粗检相覆盖。方可保证细检与粗检之间没有断点，使密封性检测成为一个完整的检验链。因为粗检是用冒泡法进行的，人们眼看着空气从被检件内部往外冒，形成上升的气泡(连续或断续)。那么细检测得的测量漏率(是氦气漏率)自然要换算成等效标准(空气)漏率方能进行比较，以证明细检和粗检能互相覆盖。这是密封继电器的漏率采用标准(空气)漏率的原因之一。

IEC61810－7:2006 在 4.20.2.2 条中特地提醒:“注意氦气漏率不是密封继电器正规使用的气体漏率”。IEC61810－7在这里卖了个关子，不说是什么气体的漏率。实际上这个“气体漏率”就是上面说的标准(空气)漏率。电子元器件采用标准(空气)漏率的另一原因是:它们都是在空气中制造、检测、运输、储存和使用。密封元器件内外的空气交换无时不在。

4 氦检漏的基本计算公式及其注释

4.1 氦检漏基本计算公式

此公式三个标准都一样，但注释各不相同。

4.2 计算公式的注释

R:氦气的测量漏率，单位:Pa.cm3/s;L:等效标准漏率，单位:Pa.cm3/s。三个标准一样。

P:GB/T为绝对压力，单位:Pa;GJB360B为加压压力，单位:Pa;GJB548B为绝对作用压力，单位:Pa。

笔者以为应该称氦气加压时压强，单位:Pa。

P0:GB/T称大气压力，单位:Pa;GJB360B称大气压力，101.33kPa;GJB548B称大气压力，单位:Pa。

P0在(1)式的推导过程中为漏孔两边的压差。GJB都定高压一侧为101.33kPa，低压一侧低于0.13kPa(气压测量时允许误差)，故两边压差取101.33kPa(即标准大气压)。而GB/T定义两边压差为105Pa(1bar)，这里就应该标明标准大气压为105Pa，但误差有点大。

M0GB/T称为单位体积的空气质量(1.29g/L);GJB360B称作空气的摩尔分子量(28.7);GJB548B称为空气分子量(28.7g)。

MHGB/T称为单位体积的氦气质量(0.18g/L);GJB360B称作氦气的摩尔分子量(4);GJB548B称为氦气分子量(4g)。

这里，GB/T2423.23的注释值得讨论，虽然它们对(1)式的计算没影响。因为这里LH。LH为氦气漏率。或写为。若按GB/T2423.23这里的注释，漏率就与气体密度平方根成反比。但GB/T2423.23在E.2中却明确写着"漏率与气体分子量的平方根成反比"，显然前后矛盾，而且后者才是正确的。

这里，GJB360B的注释是正确的，即气体的摩尔分子量。

V，GB/T为试验样品的内部体积，单位cm3;GJB360B称试验样品的内腔体积，单位 cm3;GJB548B称为试验样品的内部容积(cm3)。

这个 V，IEC61810－7:2006 中 4.20.2.2C 条称作试验样品的内部空腔容积(cm3)。IEC61810－7是对的。它是(1)式的导出单位。

t1压氦时间，单位s;t2待检时间，单位s。

三个标准基本一样。

4.3 简化的计算公式

很明显，GB/T和GJB360B的简化公式是错误的，两边量纲不等。当 R的单位用 Pa.cm3/s时，GB/T的简化公式不影响计算结果，但当R的单位用bar.cm3/s时，就影响计算结果。GJB360B则刚好相反，R的单位用Pa.cm3/s时就影响计算结果。因为GJB360B是等同采用MIL－STD－202的，故简化公式也等同过来。然MIL的漏率单位是atm.cm3/s，它不影响计算结果。而GJB360B的漏率单位是Pa.cm3/s，简化公式就不能照抄了。其实只要把(1)式按泰勒级数展开，就可得这才是正确的简化公式。

5 漏泄时间常数

这是GB/T2423.23特有的相关参数，它被定义为:"假设保持漏泄处两侧的压差变化不变的情况下，使其两侧压力均衡所需的时间。对本部分来说，时间常数等于样品内腔体积与等效标准漏率之比"。这个定义与E(1)式有悖，漏了一个P0。结果这个定义会导致等式两边量纲不等的错误。

时间常数的优点一是用户一看便知何时产品内部的气体会漏光;二是不同体积的产品、不同漏率的产品可直接比较耐储存时间。但用户进厂检验时仍需检测每只产品的漏率，仍要求生产厂家提供产品内部空腔容积，方可求得漏泄时间常数，换汤不换药。

6 虚漏

GB/T2423.23－2013把虚漏定义为:“由于试验样品的吸附、吸收或夹藏气体的缓慢释放所引起的漏泄现象”。虚漏一直困扰试验人员，粗检漏和细检漏都存在。特别是氦检。由于玻璃封装中的气泡数或涂料(如整体镀锡、附加密封胶等)质量的差异，导致氦吸附、吸收的变化，从而产生虚漏。为此GB/T2423.23－2013 E5及B6建议:检漏时用同样材料做成实心的固体块(外形形状同产品一样)同时进行检测比较，以扣除表面吸附的影响。这一点两个GJB都没有提到。