浅谈新型机芯试漏仪的研制

丹东东发（集团）股份有限公司  张世胜

摘要：随着社会的进步和科学的发展，人们对产品的质量标准要求越来越高。对煤气表而言就是产品本身走时准确而且决不能泄漏。所以采用高精度的试漏仪对产品进行准确、及时、定量的气密性能检测，是煤气表行业制造厂家保证产品质量、降低生产成本乃至建立企业形象所必须的手段。由于传统的一些检漏方式已经难以满足不断提高的行业标准及企业要求的检测效率，所以大多数厂家已经使用了气密检漏仪来代替传统的检测方式。本文介绍基于英国德鲁克微差压变送器和西门子的CPU226型PLC研制的高精度微压型智能测漏仪，论述其工作原理、气路结构、系统电路设计。该仪器可广泛用于工作压力在1kPa以下的各种密封管件、阀体、煤气表的气密性检测。

关键词：密封；微泄漏量；微差压变送器；PLC

一、几种检漏方式的比较

1.水浸法或表面喷涂法（目测方式）

给被测物充气后将被测物放入某种液体（水为最常见）中或是将肥皂水涂在被测物上，操作者根据目测液体中的气泡或是肥皂泡来判别被测物是否泄漏。这种方式主要取决于操作者的判断，其优点是直观和相对可靠。但它很难定量测出被测物的具体泄漏量，测试环境和操作者自身状态对检测结果有很大的影响。同时，采用这种方法必须对被测物进行清洁、干燥及防锈处理等，直接影响测试效率。

2.保压式检测（直压方式）

给被测物充气后用压力变送器直接测量被测物内部的压力变化，并且在规定的时间内对其压力变化的差值进行采样，然后通过软件将采样值与标准值进行比较，进而确定被测物是否合格。其优点是测试系统的构成简单，但由于采样值为压力变化的差值，所以即使存在温度等因素的影响也不会对测试结果有影响。这样即节省了时间也提高了效率和可靠性。

3.其他的检漏方式

除上述的几种常见的检漏方式外，还有一些检漏方法：将某种气体（氦气、六氟化硫、燃气）充入被测物，利用特殊气体的感知器或试剂来判定泄漏的方法；外包气球法；听音法或超生波探测法；接触式燃烧法；真空测试法等。它们大多由于其局限性而很难得到广泛的应用。

二、工作原理

在一个形成真空压力P₀的密封气路系统里，在环境温度不变的情况下，如果被测件气路具有泄漏现象，则会有压差ΔP，可作为测量参量，由热力学经典公式波伊耳定律可推出被测件气路在加压到P₀时的泄漏量ΔV，且可计算出在测量期T内的平均泄漏量ΔL。

公式如（环境温度不变的情况下）下：

P₁V₁=P₂V₂

ΔV=P₀V₀/（P+ΔP）

ΔL=ΔV×T

式中：P₀—大气压强；

V₀—额定体积。

本仪器的测量原理如图1所示。   

整个检测周期包括5个分周期，依次为Ⅰ：充气期；Ⅱ：平衡期；Ⅲ：测量期；Ⅳ：放气期；Ⅴ：等待期。

图2中平衡期有分为两个阶段，其中{dy}平衡期Ⅱ-A保证整个系统在充气期过程所引起的波动消失，第二平衡期Ⅱ-B确保系统在被测件气路被隔断后产生的扰动消失。

三、气路结构设计

为满足在接近真空的检测压力的波动最小，同时对被测件进行高分辨率气密性微量泄漏检测的要求，本系统在气路结构中采用了如下的关键技术：

1.利用分级串行稳压技术进xx路设计

本设计将测量系统分为两次稳压和对内腔测量压差两个系统进行。首先为了保证稳定的真空检测压力，对气路采用逐级串行稳压方式，这样使得气流进入工件内压力扰动达到最小，其次采用微差压变送器对被测工件进行测量，达到系统设计指标要求。

2.采用SMC公司优良阀件

为满足仪器气路无泄漏的检测要求，必须采用高可靠性、长寿命的电磁阀。因此，在图1中的V₂阀，我们采用了SMC优质的电磁阀。该阀的工作压力为1.5～7.1kg，{zd0}压力可达到10kg。经过实践证明，上述选择均能达到系统的工作要求。

3.实施精密气路设计和加工工艺

系统采用相同口径的金属气路接插件。所有接头部位均采用锁母式连接以保证管路无泄漏，并且采用标准汇流板组成可靠的气路连接，所有气路接口采用可靠密封措施，系统内外安装水、气分离器，气源采用稳压阀和调节阀，以便为系统内部检测创造良好的、稳定的气源条件。

四、硬件电路设计

本仪器的硬件电路系统如图3所示，主要由CPU226型PLC、EM231模拟量输入模块、MX-12AH压力数显仪表、LP1000型微差压变送器等组成，下面对上述关键部分做具体说明。

图3

1.控制部分

控制部分采用西门子的CPU226型PLC，24点输入/16点继电器输出，其具有紧凑的设计，良好的扩展性，可扩展7个模块，具有低廉的价格以及强大的指令。

2.模数转换

模数转换采用西门子的EM231模拟量输入模块，其有四路模拟量输入点，高速12位拟量输入，能在149µS内将模拟量输入转换成相应的数字量。

3.显示部分

显示部分采用丹东通博电器的SMX-12AH压力数显仪表，0～10V模拟量输入，四位LED数码显示，时时显示压力检测结果。具有直观、可调特点。线路示意图如图1所示。

4.微差压变送器

微差压变送器是当代广泛产用的一种自动化检测压力技术。本设计采用英国德鲁克生产的LP1000型微差压变送器，量程为0～500Pa，该微差压变送器具有以下特点：

高精度：精度达到0.25%；

长期稳定性：误差＜1%/年；

高可靠性：在数百万压力循环后零点不会漂移；

受温度影响小：0度～50度范围内＜0.05%/度。

此外还具有过载压力达70KPa，{zd0}静压200KPa，灵敏度高，免维护等特点。这是传统的斜管压力计所不可比拟的。

五、结束语

对于测漏仪来讲，它还有很多的附加的外设功能，诸如：通信、打印输出、程序控制，以及人机对话等功能。但是，最关键的是检测泄漏的能力。随着现代科技的不断进步，特别是产品的不断更新和提高，对气密测漏仪的要求也日益提高，今后还将向超大容积和微小容积或微小压力、微漏气量或大漏气量这样的空间来发展。同时也发展出一些新的检测方式和计算方法。比如目前已有大流量型等机种。但对于用户来讲在满足测试要求的前提下，xxx是主要的选型标准。质量是厂家信誉的保证，而气密性能检测则是保证产品质量的极为重要的环节之一。高精度、高效率、高可靠性地完成这一工作是我们共同的追求。