手持式电子设备气密性检测方法

2020-12-25刘军水林兰修张腾洋

中国新技术新产品 2020年19期

刘军水赵奎林兰修张腾洋

（同方电子科技有限公司，江西九江 332002）

0 引言

为了满足各种场合的使用要求，手持式电子设备采用密封结构对提高设备的技术性能指标以及设备适应各种环境的防护能力都有很重要的影响。目前，国军标规定的防水试验包括淋雨试验或浸渍试验都存在生产效率低、成本高、安全系数低的问题，满足不了大规模生产需求，因此，研究一种能够更全面、快速、有效的、能够提高生产效率、降低生产成本、提升安全系数的新方法，具有现实意义[1]。在标准GJB150.14A—2009中的4.3条说明1 m水深浸渍也可以外加等效压力来替代，所以利用气密检测仪来等效防水是一个解决方法。

1 气密性检测技术原理

从微观角度分析，分别对空气与水分子直径及表面黏度进行对比，来比较空气和水通过微小间隙的能力。

1.1 分子直径

水分子的直径是D水=4×10-10m，即0.4 nm。空气成分：氮气（N2）约占78%，氧气约占21%，稀有气体约占0.94%，还有0.03%的二氧化碳、0.03%的其他气体和杂质。空气平均分子直径D空≈78%×D氮+21%×D氧≈3.56×10-10m，所以分子平均直径为D水＞D空。

1.2 分子间黏度

分子间黏度大小与温度关系密切。0 ℃情况下，空气黏度为1.71×10-4P，50 ℃时空气黏度黏度值为1.95×10-4P。在0 ℃情况下，水的黏度为1.79×10-2P，当温度达到50 ℃时黏度值为5.5×10-3P。具体详见表1。因此，在相同条件下空气的黏度低于水，对于流体，黏度越低，越容易泄漏。

表1 流体在不同温度下黏度

经过以上比较可知，在标准情况下分子平均直径为D水＞D空，相同条件下水表面黏度远远的大于空气的表面黏度，这一特性意味着水不能通过的细小缝隙，空气可能通过，如果空气也不能通过，那水一定不能通过。因此密封设备可以使用气密检测代替沉水检测，这也是行业内通常利用气密检测代替沉水检测的理论依据。

2 常用气密性检测方法比较

气密性检测方法大致有以下5种：正压水检法、流量测量法、差压检测法、压力衰减法以及负压水检法[2]。

2.1 正压水检法

正压水检法具体过程为从产品的充气孔里充入气体，然后把产品直接放入水中，观测产品是否有气泡冒出，如果气泡冒出，就说明产品有泄漏。这种水检法检测密封性比较直观，设备简单，但是检测精度和效率低，人为因素影响较大。

2.2 流量测试法

主要原理就是传感器直接检测产品的泄漏速率，并实时显示出来，直接显示泄漏单位。由于流量与喷管面积成正比，如果要求精度高，则喷管面积要求相对较小，而喷管面积与气阻成反比，喷管面积小则气阻大，因此导致气密测试效率低。

2.3 差压检测法

差压检测法系统原理如图1所示。差压式气密性检漏方法是将介质气体同时充入被测工件与标准工件内，然后在设定时间内比较被测件和标准件之间的压力的差值，进而判断出被测件是否有泄漏[3]。采用差压测量法的测漏仪组成较为复杂，价格较高。

图1 差压检测法原理框图

2.4 压力衰减法

压力衰减法系统原理如图2所示。首先气路接通，压缩空气进入被测试产品内部，当压力达到测试设定值时，气密仪开始保压检测，上排显示器将锁定显示此次检测最大的压强，下排显示器将实时显示被测部件内部的压强，通过指示灯的变化对被测产品做出合格或不合格的判定。

图2 压力衰减法原理框图

2.5 负压水检法

负压水检法具体过程为：首先将设备放入检测仪（图3）腔体的托盘上固定，并且腔体底部装有部分水，再给检测仪腔体内加压，然后使设备沉入水中，同时进行排气，使设备内外形成负压，此时漏气的产品在水中就会有源源不断的气泡出现，什么部位漏都看得很清楚。该检测方法速度快，可以同时对多部设备进行检测。

图3 SL-800A负压气密检测仪

3 气密等效试验

通过上面对当前各种气密性检测方法的介绍和比较，我们发现压力衰减法和负压水检法在生产中更有优势，于是对这2种气密测试仪进行进一步试验比较，分别用压力衰减法等效浸渍防水试验，用负压水检法等效淋雨防水试验，找出最优的气密性测试方法。

3.1 浸渍试验的气密等效检测

该试验是对2台手持通信电台做气密性测试，检测设备为XT76系列气密性测试仪用的是压力衰减测试法。试验过程为对于在不同气压、不同时间下做气密性合格的手持电台，分别做浸渍试验（试验条件：1 m深水箱中放置2 h），试验完毕后将试验件表面擦干，最后打开盖板，查看内部是否有漏水现象。

试验结果表明，在保压时间设定为60 s的情况下，当检测压力30 kPa、检测时间为5 min30 s，检测压力30 kPa、检测时间为6分30秒，检测压力20 kPa、检测时间为6 min30 s，在这3种情况下，士兵电台气密性合格的同时浸渍试验也合格。

这种压力衰减气密检测法，相对于普通正压水检法方便了很多，但是也暴露了一些不足，具体特点如下。1）时间相对较长，每次试验耗时5 min以上。2）每台设备一次只能做一台产品。3）只能显示气密泄漏结果，不能显示泄露点。4）需要从打气孔连接进气管，打气孔和气嘴都有滑牙风险。

3.2 淋雨试验的气密等效检测

为了获得不同密封参数及提高试验效率，准备9个相同的具备密封防水功能的测试盒（试验件），分成A、B、C三组，每一组分别安装一种密封圈，各代表一种测试状态，对试验件做气密性测试与淋雨的对比试验。试验参数设置从严到松进行，将时间分别设为50 s、30 s、15 s 3组、压力值分别设为30 kPa、20 kPa、10 kPa 3组。目标是找到能够通过淋雨试验的最合理的测试仪设置参数。先对试验件做气密性试验，合格后再做淋雨试验（带风源，风速18 m/s，0.5 h），试验完毕后将试验件表面擦干，最后打开盖板，查看内部是否有漏水。

A组由3台设备（A1、A2、A3）组成，密封圈直径为φ1.8 mm，试验结果见表2。其他组类似，最后试验结果表明：该防水测试仪参数设置为压力值10 kPa、时间30 s时，设备气密测试合格的同时做有风源的淋雨试验也合格。

表2 A组试验结果汇总

3.3 气密等效试验结论

经过对压力衰减法和负压水检法2种气密性检测方法的比较，可以得出负压水检法气密检测更有优势，具有如下特点。1）气密试验所需时间很短。时间参数经过摸索验证，每次试验耗时仅需半分钟。2）对于一般手持电子设备，可以对3～4台同时做试验。3）不但能显示气密泄漏结果，还能显示泄露点，为快速维修提供极大便利。4）设备壳体不需要开打气孔，避免了拆装时的滑牙风险。5）对于带有显示屏的电子设备，可以避免另外充气查漏时把屏打爆。