林宏杰 張凡波 孟 亮

(1.哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司計(jì)量測試中心，哈爾濱 150040；2.遼陽石化分公司生產(chǎn)監(jiān)測部，遼陽 111003； 3.新疆油田公司采氣一廠，克拉瑪依 834000)

0 引言

氣密性檢測是裝備制造業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。裝備制造業(yè)領(lǐng)域有大量壓力容器及壓力管路需要進(jìn)行氣密性檢測，檢測試件密封性的傳統(tǒng)方法是采用浸水(油)目視氣泡法，這種方法使用的設(shè)備簡單，檢測結(jié)果直觀，但檢測精度和效率低，人為因素影響較大，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量測量，同時(shí)，還會(huì)給試件可能帶來生銹等不良影響及繁瑣的試件表面后處理工作。另外，這種方法對(duì)于大型設(shè)備和復(fù)雜部件，因場地、搬運(yùn)等因素影響更是無法實(shí)施。

另一種氣密性檢測方法是使用機(jī)械式精密壓力表或差壓計(jì)、氣壓計(jì)和玻璃溫度計(jì)等儀表進(jìn)行檢測，工作時(shí)，通過對(duì)被試工件充氣加壓或抽真空然后對(duì)其壓力進(jìn)行測量的氣壓法。由于氣壓法檢測氣密性具有方便、快捷、清潔、準(zhǔn)確、成本低等特點(diǎn)，深受人們關(guān)注和廣泛使用。氣壓法檢測氣密性時(shí)，儀表的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度成為影響檢測結(jié)果的重要因素，在48h的連續(xù)檢測過程中，自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)或系統(tǒng)的自動(dòng)化是傳統(tǒng)儀表不能實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字式儀表的開發(fā)是完善氣密性氣壓法的最佳選擇。

基于數(shù)字壓力計(jì)的氣密性檢漏儀研究在氫冷電機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)主要依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6227—2005《氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)方法及評(píng)定》而設(shè)計(jì)。

1 數(shù)字壓力計(jì)的原理及主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)過多年的應(yīng)用，國內(nèi)外優(yōu)秀制造企業(yè)的數(shù)字壓力計(jì)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。數(shù)字壓力計(jì)是傳感器技術(shù)與電子測量技術(shù)相結(jié)合而研制的產(chǎn)品，作為數(shù)字化壓力儀表，數(shù)字壓力計(jì)的最高準(zhǔn)確度等級(jí)，其技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于0.01級(jí)。

本研究采用的數(shù)字壓力計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：準(zhǔn)確度為0.05級(jí)，溫度適用范圍為0～50℃，24h的穩(wěn)定性優(yōu)于0.001%F.S。

2 氣密性檢漏儀的特性

傳統(tǒng)的氣密性檢漏系統(tǒng)主要由精密壓力表、U型汞柱差壓計(jì)和溫度計(jì)組成。氣密性檢漏儀是基于數(shù)字壓力計(jì)的壓力測量功能，同時(shí)增加了溫度測量功能，在一臺(tái)儀器內(nèi)完成絕壓測量和溫度測量。輔助分析軟件可以組成自動(dòng)化的測量分析系統(tǒng)。

氣密性檢漏儀是在數(shù)字壓力計(jì)的基礎(chǔ)上研發(fā)改造而成的，需要在環(huán)境條件相對(duì)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行工作。因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場環(huán)境情況復(fù)雜，現(xiàn)場氣壓及環(huán)境溫度波動(dòng)較大，并且被檢測設(shè)備的泄漏量又非常小，所以需要?dú)饷苄詸z漏儀長時(shí)間紀(jì)錄試驗(yàn)壓力的變化，在最后計(jì)算被檢測設(shè)備的泄漏量時(shí)要綜合考慮去掉環(huán)境氣壓的影響，同時(shí)進(jìn)行溫度修正。

3 研制氣密性檢漏儀的關(guān)鍵技術(shù)

為了完成對(duì)設(shè)備泄漏量的測試，需要對(duì)數(shù)字壓力計(jì)的功能進(jìn)行擴(kuò)展，使用絕壓傳感器測量設(shè)備內(nèi)部的壓力，擴(kuò)展環(huán)境溫度測量的功能。另外，泄漏量分析軟件設(shè)計(jì)也是本研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。氣密性檢漏儀的工作原理如圖1所示。

圖1 氣密性檢漏儀工作原理

3.1 絕壓測量

絕壓測試是本次研究的重點(diǎn)，在氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)中，有如下要求：一是氣密性檢漏儀測量的絕壓壓力超過600kPa,檢漏時(shí)需要在48h內(nèi)持續(xù)承受壓力；二是氣密性檢漏儀在絕壓120kPa時(shí)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到0.1%；三是氣密性檢漏儀的24h穩(wěn)定性應(yīng)不超過0.02%。 根據(jù)氣密性檢漏儀的使用特點(diǎn)及技術(shù)要求，本研究選用了超穩(wěn)絕壓壓力傳感器。該壓力傳感器采用全焊接結(jié)構(gòu)，有效保證了傳感器持續(xù)承壓不泄露，同時(shí)該傳感器在出廠前，進(jìn)行了嚴(yán)格的交變負(fù)荷測試、溫度老化測試和壓力穩(wěn)定性測試，這些嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝有效地保證了壓力傳感器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。絕壓測量相對(duì)表壓測量，一個(gè)難點(diǎn)是沒有大氣零點(diǎn)可以參照，所以對(duì)絕壓傳感器的穩(wěn)定性要求更高。在硬件上保證絕壓傳感器穩(wěn)定性的同時(shí)，本研究還采用了軟件的大氣壓比對(duì)清零方法解決絕壓傳感器的實(shí)漂問題。

3.2 溫度測量

溫度測量是本次研究的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，在氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)中，現(xiàn)場環(huán)境溫度的變化由于季節(jié)不同超過了50℃，溫度范圍在10～60℃之間。在本次氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，為了減少溫度的影響，要求溫度測量的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到0.5℃，24h穩(wěn)定性應(yīng)不超過0.1℃。根據(jù)要求本研究選用了集成電路溫度傳感器。集成電路溫度傳感器具有體積小、響應(yīng)時(shí)間短、準(zhǔn)確度高及成本低等特點(diǎn)，該傳感器被安裝在絕壓傳感器的表面，這樣可以直接測量氫冷電機(jī)內(nèi)部的溫度，更好地去處理環(huán)境溫度變化的影響。

3.3 記錄分析軟件設(shè)計(jì)

為了提高測量的準(zhǔn)確性和效率，研究了記錄分析軟件，記錄分析軟件可以與氣密性檢漏儀實(shí)時(shí)通訊，采集氣密性檢漏儀的壓力和溫度數(shù)據(jù)。記錄分析軟件采用C號(hào)語言編程，軟件實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或定時(shí)數(shù)據(jù)采集，曲線描繪壓力和溫度變化過程，自動(dòng)計(jì)算氣體泄漏量等功能，可以自動(dòng)生成表格和報(bào)告。記錄分析軟件可以提供的功能如下：

1)設(shè)定儀表的存儲(chǔ)模式，并可以啟動(dòng)或停止存儲(chǔ)功能的運(yùn)行；2)提供了溫度傳感器和大氣壓傳感器的數(shù)值修正功能；3)數(shù)據(jù)采用表格、圖形兩種方式顯示，可以按時(shí)間段來篩選需要分析的數(shù)據(jù)；4)可把需要分析的數(shù)據(jù)以EXCEL表格方式導(dǎo)出；5)提供了兩種數(shù)據(jù)分析原則；指定序號(hào)方式(用戶可以自行指定起始和終止數(shù)據(jù)記錄的序號(hào))和參數(shù)索引方式(用戶可以采用取某項(xiàng)參數(shù)的最大值、最小值的方式來找到起始和終止數(shù)據(jù)記錄的序號(hào)，且可以進(jìn)行簡單的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)剔除)；6)用戶可自行設(shè)定計(jì)算公式中相關(guān)的參數(shù)數(shù)值；7)可自動(dòng)計(jì)算出泄漏率和泄漏壓降；8)當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到表格數(shù)據(jù)某條記錄后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，可以快捷地設(shè)定該條記錄是起始數(shù)據(jù)項(xiàng)還是終止項(xiàng)。

4 結(jié)論

氣壓法檢測氣密性時(shí)，數(shù)字化設(shè)備的先進(jìn)性應(yīng)用大大優(yōu)于傳統(tǒng)壓力、溫度儀表的測量方式。數(shù)字化設(shè)備的應(yīng)用，無論在測量的準(zhǔn)確度還是自動(dòng)化程度方面都是傳統(tǒng)方法不可比擬的?；跀?shù)字壓力計(jì)的氣密性檢漏儀研究不僅方案可行，而且可以大大縮短研究時(shí)間，完全滿足氣密性檢驗(yàn)。

[1] JB/T 6227—2005氫冷電機(jī)氣密封性檢驗(yàn)方法及評(píng)定

[2] JB/T 7392—2006數(shù)字壓力計(jì)

[3] 徐聰恩.C號(hào)語言在玻璃材料折射率計(jì)量技術(shù)研究中的應(yīng)用.計(jì)量技術(shù)，2011(3)