光学气体成像在汽车行业的应用

2018-07-26

电子元器件与信息技术 2018年5期

据麦姆斯咨询报道，光学气体成像是探测危险且昂贵气体泄漏的成熟技术。光学气体成像技术已成功应用于炼油、化工、石油石化等众多行业，有助于提高施工环境的安全性并防止因生产停工产生高昂损失。在汽车制造等其他行业，用光学气体成像仪对泄漏进行探测仍然是一个相对未知的方法。这是不公平的，因为这个行业也使用同样的气体，也面临着同样的安全和效率问题。

就像上述行业一样，汽车行业经常使用肉眼不可见的化合物和气体。当挥发性气体化合物发生泄漏时，企业往往会采用传统的探测方法，如嗅探器和探针。这些方法的局限性在于耗时长并有不能及时探测到气体泄漏的风险，甚至会将检查人员暴露在看不到的、潜在有害的化学物质环境之中。

尽管在汽车行业还不是很常见，但气体探测成像仪是一种通过利用泄漏气体的物理原理来可视化气体的好方法。成像仪会拍摄到扫描区域的全景图，而在其取景器或液晶屏上以烟雾的形式表示有泄漏发生。目前光学气体成像仪成功的关键因素是安全性、效率和收益性。

安全性

首先，气体探测成像仪是一种快速、非接触式测量仪器，可用于难以接近的地方。可以探测几米外的小泄漏和几百米外的大泄漏。这样，操作人员就不需要接近泄漏处，这显著地提高了安全性。

成本-效率性

使用嗅探器或探针是非常耗时的，很多时间都浪费在检查安全无泄漏的装置上。气体探测成像仪可以提供完整的图像，并立即排除那些不需要任何操作的区域。这意味着在时间和人力方面产生巨大的节省。

另一个优点是系统在检查过程中不需要关闭设备，这可以节省大量的费用（有时高达每天或每台设备30，000欧元）。

提高工作场所的安全性

气体成像仪是探测工作场所是否有泄漏的有效方式。这在汽车零部件（如变速箱或刹车盘）铸造厂尤其有用。在许多金属铸造和金属硬化过程中，会产生大量的一氧化碳（CO）。一氧化碳是一种无色无味的气体，通常在燃烧过程中形成。在充电台或狭窄过道的工人会在不知不觉中大量吸入这种无色无味的气体，导致工人突然失去意识。浓度较高时，在没有任何征兆的情况下甚至可能会致命。

Itema GmbH是一家专门从事热成像探测的德国服务公司，该公司的首席执行官Frank Zahorski在车间里经历了一氧化碳泄漏的危险：“我们公司被一家大型汽车制造商请去检查金属铸造的工作场所。我们使用FLIR GF346光学气体成像仪来检查该区域，很快注意到一氧化碳浓度远高于允许的水平。在仅仅30分钟的时间内，我们就在一个被腐蚀的装置中发现一个硬币大小的泄漏处。我们能够在很短的时间内给公司提供完整的维修清单。”

监测氮化设备

氮化是一种热处理工艺，它将氮扩散到金属表面，形成硬化的表面。该工艺在汽车行业中大量使用，如齿轮、曲轴和凸轮轴。在气体氮化时，供体是富含氮的气体，通常是氨（NH3）。当氨接触到加热的工件时，它会分解成氮气和氢气。然后氮气会扩散到材料的表面，形成氮化层。

尽管氨的毒性不强，但大量吸入时可能会有害。此外，如果空气中氨混合物浓度达到15-15%，一旦遇到火花，会引发爆炸。这就是为什么探测从气体氮化炉逸出的氨气是非常重要的。专用的光学气体成像仪，例如FLIR GF306成像仪，可以从安全距离快速探测并可视化这些有害气体，并无需中断生产过程。

密封性测试

对于汽车零部件来讲，泄漏探测是质量保证测试的重要要素。它能确保易燃、有毒或腐蚀性物质保留在部件内，也可以确保外来物（例如：水）不能进入部件内部。泄漏测试还确保对系统功能如刹车、空调或液压阀至关重要的液体或气体依然保留在其中。有多种泄漏测试方法可供选择，水浸检测就是其中之一。尽管在很多行业都很常用，但在汽车零部件中，水浸并不总是可行的，尤其在涉及电子元件的情况。

近年来，用示踪气体进行探测已被证明是探测和测量泄漏的最有效方法。氦气是用于泄漏探测的常用示踪气体，因为它是最轻的惰性气体，质谱仪对微量元素极为敏感。然而，这种方法也有一些缺点。质谱仪是一种精密的设备，维护费用昂贵。同时，氦气本身也很昂贵且高度粘稠。如果发生泄漏，很难从测试设备中清除。与氦气相比，使用二氧化碳（CO2）作为示踪气体被认为是一种相对便宜的密封性测试方式。该方法也是可靠的，可用于复杂设备的测试，并且易于获取二氧化碳。借助光学气体成像仪，如FLIR GF343，用户可以快速、轻松地从安全距离看到二氧化碳泄漏。