一种气密检漏仪的校准方法及校准装置

摘要

本发明涉及气密检漏仪和漏孔的校准，属于检测领域。一种气密检漏仪的校准装置，其特征在于：采用氮气瓶作为气源，通过阀的调节，控制和补偿输出压力；在压力输出端通过回路接口连接气密检漏仪校准回路或标准漏孔校准回路，所述回路接口包括三个接口，第一接口连接压力输出端，第二接口连接小型稳压气罐和电磁先导气控阀，第三接口连接有数字压力计和小型稳压气罐和电磁先导气控阀，第二接口和第三接口之间通过差压数字压力计相连，第三接口的电磁先导气控阀还连接体积调节器，第三接口的小型稳压气罐与标准漏孔连接，标准漏孔后连接有漏孔气体体积调节器、检测气动控制阀和差压压力计，检测气动控制阀的输出在大气和漏孔气体体积调节器之间切换。

说明书

技术领域

本发明涉及气密检漏仪和漏孔的校准，尤其涉及一种气密检漏仪的校准方 法及校准装置。

背景技术

气密检漏仪顾名思义是一种用来测量工件或系统泄漏的仪器。它是以高 压空气为检测介质，经减压阀调节压力，通过微电脑控制电磁阀对被测工件 或系统的腔体施加恒定的压力，自动化的动态测量泄漏情况，与传统微泄漏 检测不同的是，它能定量的检测和显示工件或系统的微泄漏率。

目前，气密检漏仪广泛应用于航天航空、汽车、燃气器具、天然气运输 管道、空调、冰箱、医疗器械、卫生包装等行等行业中有密封要求的工件或 系统的微流量泄漏检测。根据气密检漏仪的工作原理，市场上主要存在差压 型气密检漏仪和流量型气密检漏仪，应用于小压力(<0.8MPa)或微压(几kPa 到十几kPa)状态下的微泄漏量检测。在工业生产中，为了保证产品质量，对 于有密封要求的产品需保证泄漏量为零或绝对不漏，但这必然增加产品的检 测和生产成本。目前，在欧美国家和日本，将产品的实际泄漏量小于产品允 许泄漏量规定为产品“无泄漏”，并且已经制定了众多产品的允许泄漏量标 准，我国国家标准和行业标准对于产品的气密性也有定性的规定和要求，在 与国际接轨的大趋势下，必将制定产品的允许泄漏量标准，因此定量检测气 密泄漏量尤为重要，作为定量检测微泄漏量的气密检漏仪将大大得到推广使 用，因此建立校准气密检漏仪的装置也势在必行。

差压型气密检漏仪是向被测工件或系统的腔体和无泄漏的基准体积的腔 体内充入加压的空气，等温一段时间，然后通过高精度差压传感器检测在一 定的时间内，基准体积内压力和被测体积内压力之间的微小差压，然后根据 有无差压、压差的大小来定性和定量的给出被测工件或系统的泄漏量，然后 通过压差的大小换算成体积的变化量计算出泄漏率。

在检测差压型气密检漏仪时，基本是通过测试差压传感器的准确度和气 密检漏仪的充气压力的准确度来验证气密检漏仪的技术指标。首先是校准充 气压力指标，在被测物端连接压力标准器，关闭基准物端的出口阀门，由气 密检漏仪自身控制充气压力，通过直接比较法由标准器校准气密检漏仪所显 示的充气压力示值；其次是校准差压传感器，由气密检漏仪关闭电磁阀，让 基准物端的出口阀门保持打开，在被测物端连接压力微调和压力标准器，由 压力标准器通过直接比较法校准差压传感器；另外，校准气密检漏仪所测得 漏率指标的准确性，在被测物端连接压力标准器和标准漏孔，关闭基准物端 的出口阀门，由气密检漏仪控制、产生标准漏孔的前级压力，通过标准漏孔 的标准漏率值直接比较气密检漏仪所测量的泄漏率值。因此，气密检漏仪的 校准精度和标准漏孔的精度有很大的相关性。而现在通常是将标准漏孔在标 准漏孔校准装置上进行校准后，再安装在气密检漏仪的检测和校准装置上对 检漏仪进行校准，不仅费时费力，而且目前标准漏孔的校准方法主要采用定 容法测量,是在正压标准漏孔一端设置有定容规和定容室,通过测量定容室的 气压结合正压漏孔的另一端的一个标准大气压来得到标准漏孔的漏率,这种 检测方法虽然直观,但是成本很高,且需要确保定容室的压力是漏孔漏过的气 压,因此需要多种器件和控压设备来保证,且测量值的不确定度与定容室的不 确定度密切相关。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气密检漏仪的校准装置及校准方 法，解决现在校准差压型气密检漏仪、比较漏率时需要先对标准漏孔进行单 独校准，而标准漏孔的校准方法成本高且不确定度受校准设备影响，且因为 标准漏孔和检漏仪分开校准造成校准环境不同，不确定度因此会更受到影响， 从而影响到检漏仪校准精度的缺陷。

技术方案

一种气密检漏仪的校准装置，其特征在于：采用氮气瓶作为气源，通过 减压阀和过滤器连接到储气罐及先导电磁阀，给储气罐和先导电磁阀供气， 所述储气罐上安装有精密压力表指示储气罐气压，所述储气罐连接电气比例 阀，电气比例阀连接气动控制阀，气动控制阀由先导电磁阀控制，通过电气 比例阀、先导电磁阀、气动控制阀的调节，控制和补偿输出压力；在压力输 出端通过回路接口连接气密检漏仪校准回路或标准漏孔校准回路，所述回路 接口包括三个接口，第一接口连接压力输出端，第二接口连接小型稳压气罐 和电磁先导气控阀，第三接口连接有数字压力计和与第二接口相同的小型稳 压气罐和电磁先导气控阀，第二接口的电磁先导气控阀和第三接口的电磁先 导气控阀之间通过差压数字压力计相连，第三接口的电磁先导气控阀还连接 有体积调节器，第三接口连接的小型稳压气罐还连接有标准漏孔，所述标准 漏孔后连接有漏孔气体体积调节器、检测气动控制阀和差压压力计，检测气 动控制阀也与先导电磁阀相连，由先导电磁阀控制，检测气动控制阀的输出 能在大气压和漏孔气体体积调节器之间切换。

进一步，所述回路接口处设置待检测的气密检漏仪，气密检漏仪的输入 端连接回路接口的第一接口，气密检漏仪的基准物端连接回路接口的第二接 口，气密检漏仪的被测物端连接回路接口的第三接口。

进一步，所述回路接口的第一接口和第三接口直接连接，用于检测所述 标准漏孔的漏率。

进一步，所述体积调节器和漏孔气体体积调节器均包括活塞和设置在活 塞一侧的光栅尺，所述活塞设置在电机滚珠丝杆导轨上往复运动。

进一步，所述储气罐连接电气比例阀，所述电气比例阀顺序设置有两个， 为第一电气比例阀和第二电气比例阀，且分别连接有气动控制阀，控制和补 偿输出压力。

进一步，至少在所述储气罐和漏孔气体体积调节器部位设置有温度传感 器，确保测量过程处于恒温状态。

进一步，所述第三接口连接的小型稳压气罐和标准漏孔之间设置有电磁 先导气控阀。

进一步，所述精密压力表、数字压力计、差压数字压力计和差压压力计 均与可编程序控制器相连，将检测的压力信号传送至可编程序控制器，所述 可编程序控制器还分别与所述电气比例阀、先导电磁阀、电磁先导气控阀、 气动控制阀、体积调节器的电机和光栅相连，控制阀门和体积调节器的运动。

进一步，所述可编程序控制器包括检测模式选择模块，检测模式选择模 块包括气密检漏仪校准模块和标准漏孔漏率检测模块。

进一步，所述可编程序控制器与上位机电脑通讯，所述的数字压力计和 差压压力计能与上位机电脑通讯，并通过电脑设定实现标准漏孔和气密检漏 仪的自动校准和自动生成校准记录。

一种应用上述的气密检漏仪的校准装置的校准方法，其特征在于：首先， 采用控制标准漏孔的前端达到稳定的气压，标准漏孔的后端所漏出的气体体 积通过漏孔气体体积调节器进行补偿，漏孔气体体积调节器的体积改变量即 为标准漏孔所漏出的气体体积，结合体积改变的时间获得标准漏孔的漏率， 达到校准标准漏孔在非规定大小的稳定前级压力下的漏率值，实现对标准漏 孔进行校准；然后，以所述标准漏孔作为比较标准，在同一套校准装置上利 用数字压力计作为压力标准器，校准气密检漏仪的充气压力显示值，或者利 用差压数字压力计作为标准器，校准差压型气密检漏仪的差压显示值，或者 以标准漏孔为漏率标准器，检测流量型气密检漏仪的漏率显示值或差压型气 密检漏仪的漏率转换值，实现气密检漏仪的校准。

有益效果

本发明的气密检漏仪的校准装置及校准方法通过采用控制标准漏孔的前 端稳定的气压，标准漏孔的后端所漏出的气体体积通过漏孔气体体积调节器 进行补偿，体积调节器的体积改变量即为标准漏孔所漏出的气体体积，结合 体积改变的时间获得标准漏孔的漏率，达到校准标准漏孔在非规定大小的稳 定前级压力下的漏率值，实现对标准漏孔进行校准，然后以所述标准漏孔作 为比较标准，在同一套校准装置上同时对流量型或具有将差压转换为漏率显 示的差压型气密检漏仪进行校准，降低了成本；通过标准漏孔前后级温度的 监控和实时温度补偿，提高了标准漏孔漏率校准的准确性，避免了测量受不 同环境及多个产品的不确定度影响造成测量不准的缺陷，还实现了在同一套 装置上既能进行标准漏孔的校准又能实现气密检漏仪的校准。

附图说明

图1为本发明的校准装置的气路连接示意图。

图2为本发明的校准装置的可编程序控制器电路连接示意图。

其中：1-氮气瓶,2-减压阀，3-过滤器，4-精密压力表，5-储气罐，6-第一电 气比例阀，7-第一气动控制阀，8-第二电气比例阀，9-第二气动控制阀，10- 数字压力计，11-基准物端的小型稳压气罐，12-被测物端的小型稳压气罐， 13-第一电磁先导气控阀，14-第二电磁先导气控阀，15-差压数字压力计，16- 体积调节器，17-第三电磁先导气控阀，18-标准漏孔，19-差压压力计，20- 检测气动控制阀，21-漏孔气体体积调节器，22-第一先导电磁阀，23-第二先 导电磁阀，24-第三先导电磁阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

为解决现在校准差压型气密检漏仪、比较漏率时需要先对标准漏孔进行 单独校准，而标准漏孔的校准方法成本高且不确定度受校准设备影响，且因 为标准漏孔和检漏仪分开校准造成校准环境不同，以及多个产品的不确定度 影响造成测量不准的情况，本发明提出一种气密检漏仪的校准装置及校准方 法，通过直接比较法，利用高准确度的数字压力计作为压力标准器，校准气 密检漏仪的充气压力显示值；对于差压型气密检漏仪，通过体积调节器来产 生差压，采用高精度的差压数字压力计作为标准器，直接比较校准差压型气 密检漏仪的差压显示值；对于流量型和具有将差压转换为漏率显示的差压型 气密检漏仪，通过在气密检漏仪的测量端连接标准漏孔，利用标准漏孔产生 漏率，并以标准漏孔为漏率标准器，检测流量型气密检漏仪的漏率显示值或 差压型气密检漏仪的漏率转换值，实现在同一套校准装置上同时对流量型或 具有将差压转换为漏率显示的差压型气密检漏仪进行校准。

标准漏孔作为漏率标准器，其前提条件都是指在某一规定大小的并且稳 定的前级压力下，其标准漏率值是固定的，当改变前级稳定压力的大小时， 根据层流管的Hagen-Poisenilli理论，仍然能获得一个稳定的漏率，采用控 制标准漏孔的前端稳定的气压，标准漏孔的后端所漏出的气体体积通过漏孔 气体体积调节器进行补偿，漏孔气体体积调节器的体积改变量即为标准漏孔 所漏出的气体体积，结合体积改变的时间获得标准漏孔的漏率，达到校准标 准漏孔在非规定大小的稳定前级压力下的漏率值，实现对标准漏孔进行校准。

一种气密检漏仪的校准装置，采用氮气瓶作为气源，通过减压阀和过滤 器连接到储气罐及先导电磁阀，给储气罐和先导电磁阀供气，所述储气罐上 安装有精密压力表指示储气罐气压，所述储气罐连接电气比例阀，电气比例 阀连接气动控制阀，气动控制阀由先导电磁阀控制，通过电气比例阀、先导 电磁阀、气动控制阀的调节，控制和补偿输出压力；在压力输出端通过回路 接口连接气密检漏仪校准回路或标准漏孔校准回路，所述回路接口包括三个 接口，第一接口连接压力输出端，第二接口连接小型稳压气罐和电磁先导气 控阀，第三接口连接有数字压力计和与第二接口相同的小型稳压气罐和电磁 先导气控阀，第二接口的电磁先导气控阀和第三接口的电磁先导气控阀之间 通过差压数字压力计相连，第三接口的电磁先导气控阀还连接有体积调节器， 第三接口连接的小型稳压气罐还连接有标准漏孔，所述标准漏孔后连接有漏 孔气体体积调节器、检测气动控制阀和差压压力计，检测气动控制阀也与先 导电磁阀相连，由先导电磁阀控制，检测气动控制阀的输出能在大气压和漏 孔气体体积调节器之间切换。

所述回路接口处设置待检测的气密检漏仪，气密检漏仪的输入端连接回 路接口的第一接口，气密检漏仪的基准物端连接回路接口的第二接口，气密 检漏仪的被测物端连接回路接口的第三接口。接上气密检漏仪后实现对气密 检漏仪的校准。

所述回路接口的第一接口和第三接口直接连接，就可以用于检测所述标 准漏孔的漏率。

校准装置在标准漏孔的前端和后端均安装有温度传感器，保证前后端温 度恒定。

校准装置采用回路接口的设置，利用同一套气压控制设备，可以先校准 标准漏孔，然后利用刚校准的标准漏孔对气密检漏仪进行校准，采用差压式 一体化的校准方式，通过数字压力计直接比较测量气密检漏仪的充气压力显 示值，通过差压数字压力计来测量气密检漏仪所测量的差压压力值，其中差 压由体积调节器来模拟产生，通过标准漏孔来校准气密检漏仪所测量的泄漏 率。

如附图1中所示意的气密检漏仪的校准装置，电气比例阀和气动控制阀 包括第一电气比例阀6和第一气动控制阀7，以及第二电气比例阀8和第二气 动控制阀9，通过电气比例阀调节控制输出压力为稳定的压力，通过第一先导 电磁阀22控制第一气动控制阀7的接通位置，通过第二先导电磁阀23控制 第二气动控制阀9的接通位置，在压力输出端的回路接口处，虚线绘制的位 置可以连接待校准的气密检漏仪，所述气密检漏仪的两个输出端分别为基准 物端和被测物端，分别连接在回路接口的第二接口和第三接口，两个输出端 分别连接有相同的小型稳压气罐作为压力容器，分别为基准物端的小型稳压 气罐11和被测物端的小型稳压气罐12，被测物端通过数字压力计10连接被 测物端的小型稳压气罐12，中间连接设置有差压数字压力计15作为气密检漏 仪差压压力校准的标准器，被测物端的小型稳压气罐12还连接有标准漏孔18， 同时连接有体积调节器16，可以调节产生差压，并通过多次的体积调节变化 和所产生的差压关系计算气密检漏仪的内容积,所述标准漏孔18后连接有漏 孔气体体积调节器21，漏孔气体体积调节器21通过体积变化调节压力至大气 压，标准漏孔18后同时通过检测气动控制阀20连接有差压压力计19，所述 检测气动控制阀20还与输出储气罐压力的第三先导电磁阀24相连。

所述体积调节器16和漏孔气体体积调节器21均包括活塞和设置在活塞 一侧的光栅尺，所述活塞设置在电机滚珠丝杆导轨上往复运动。

在所述储气罐和漏孔气体体积调节器部位设置有温度传感器，确保测量 过程处于恒温状态。

所述被测物端的小型稳压气罐与标准漏孔之间设置有电磁先导气控阀， 所述基准物端的小型稳压气罐和被测物端的小型稳压气罐与差压数字压力计 之间均设置有电磁先导气控阀。

附图1所示的校准装置能够实现的功能包括：

1.根据气密检漏仪的充气压力要求或者根据被测标准漏孔的前级压力要 求，由PLC控制电气比例阀的模拟信号输入，通过电气比例阀输出所要求的 压力。对于标准漏孔的前级压力，要求电气比例阀输出的压力为(0～2)MPa， 压力稳定且保证准确度在1％FS范围内。

1)根据所需压力，由PLC控制所用的电气比例阀，大压力由第一电气比 例阀6直接输出，小压力由第一电气比例阀6输出压力并经第二电气比例阀8 控制，再输出；

2)根据压力大小，由PLC控制管道内先导电磁阀的选通，大压力直接由 第一电气比例阀6控制输出，第一先导电磁阀22通电接通第一气动控制阀7 的控制气路，改变第一气动控制阀7的位置，直接输出压力到第二气动控制 阀9，第二先导电磁阀23通电接通第二气动控制阀9的控制气路，改变第二 气动控制阀9的位置，将压力输出到气密检漏仪的充气压力端口；需要输出 小压力时，由第一电气比例阀6输出80kPa的压力到第一气动控制阀7，第一 先导电磁阀22不通电，第一气动控制阀7的控制气路放气，气路回到初始位 置，输出压力到第二电气比例阀8，由第二电气比例阀8控制输出目标压力， 经第二气动控制阀9输出，此时第二先导电磁阀23不通电，第二气动控制阀 9的控制气路放气，气路回到初始位置，压力由第二气动控制阀9输出到气密 检漏仪的充气压力端口。

3)如果测量气密检漏仪，PLC控制第三电磁先导气控阀17关闭；如果测 量标准漏孔，第三电磁先导气控阀17不需控制，保持常开状态；

4)需要测量气密检漏仪差压时，PLC控制第一电磁先导气控阀13和第二 电磁先导气控阀14打开，否则保持13和14为常闭状态；

5)体积调节器16和漏孔气体体积调节器21均由PLC来控制电机使其运 动，由光栅尺或者编码器测量运动位移，计算体积调节量；

6)PLC控制第三先导电磁阀24通电，检测气动控制阀20的控制气路接 通，改变检测气动控制阀20的位置，使漏孔差压压力计进入差压测量状态， 否则差压压力计的两端始终与大气相通，不存在压差；

2.能够检测和校准气密检漏仪：

1)通过数字压力计10来比较测量气密检漏仪的充气压力的示值误差；

2)通过体积调节器16来模拟被测工件的漏气体积量，产生差压，由差压 压力计比较测量气密检漏仪所测得的差压；

3)通过体积调节器16的多次体积变化和对应的压差来测量气密检漏仪及 其被测端管道的内容积；

4)通过体积调节器16的体积变化量、内容积以及差压值来计算所模拟的 漏率，比较气密检漏仪所测得漏率的结果；

3.能够测量和校准标准漏孔漏率：

1)由漏孔差压压力计测量漏孔所漏的气体引起的漏孔后级管道内的差压；

2)由漏孔气体体积调节器21来调节差压为零，实际测量出多次差压所对 应的体积量以及产生此体积的漏孔所漏气的时间；

3)通过温度测量，观察测量过程是否处于恒温状态，结合实际泄漏的时 间来计算漏孔的漏率。

具体检测过程为：

1.接通装置及PLC电源，连接计算机和PLC之间的通讯；

2.计算机根据两个差压压力计的压力值，给PLC发送复位(启动)命令；

3.计算机给PLC发送目标压力值；PLC通过内部电路控制继电器从而控制 第一电气比例阀6工作或者第一电气比例阀6和第二电气比例阀8共同工作；

4.计算机给PLC发送检测气密检漏仪还是检测标准漏孔；

5.如果是检测标准漏孔，则按照以下步骤执行：1)PLC通过内部电路控 制继电器使第一电磁先导气控阀13和第二电磁先导气控阀14断电后保持关 闭，PLC通过内部电路控制继电器使第三电磁先导气控阀17保持断电，阀17 保持打开；

2)计算机根据差压压力计19的数据实时给PLC发送电机后退运转指令， PLC调节步进电机控制带活塞的漏孔体积调节器21，使差压压力计19的差压 值<0kPa，计算机停止给PLC发送电机运转指令，PLC使步进电机停止，PLC 将漏孔体积调节器21的光栅尺测量的位移量L0发送给计算机，计算机记录 当前的光栅位移；待差压压力计19的差压值为0Pa时，计算机记录当前时间 t0，随着压力的升高，直到漏孔差压压力计的差压值大于目标后，计算机再 次根据差压压力计19的数据实时给PLC发送电机后退运转指令，PLC调节步 进电机控制漏孔体积调节器21，使差压压力计19的差压值再次<0kPa，计算 机停止给PLC发送电机运转指令，PLC使步进电机停止，PLC将此时光栅尺测 量的位移量发送给计算机，计算机记录当前的光栅位移L1；待差压压力计19 的差压值再次为0Pa时，计算机记录当前时间t1；则漏率可由计算机计算得 出；

3)上述第2)步操作可通过计算机重复执行。

6.如果是检测气密检漏仪，则按照以下步骤执行：1)PLC通过内部电路 控制继电器使阀13、14通电后保持打开，PLC通过内部电路控制继电器使阀 17保持通电，阀17保持关闭；

2)计算机根据数字压力计10显示的压力值是否稳定，如果稳定在1％RDG 范围内，则计算机给PLC发送检测差压的命令，即发送目标差压值，PLC调节 步进电机控制体积调节器16，使差压数字压力计15所显示的差压值等于目标 差压值，误差±0.5％；PLC将体积调节器16的光栅尺的位移量输出给计算机， 计算机同时记录位移量和初始差压值；计算机记录完成后，重新继续发送目 标差压值，PLC再次执行检测差压操作，直到所有的目标差压值都执行完成；

3)计算机根据数字压力计10显示的压力值是否稳定，如果稳定在1％RDG 范围内，则计算机给PLC发送漏孔检测漏率的命令，PLC执行漏孔检测漏率操 作：操作同上述第5步的检测标准漏孔步骤；

7.结束操作：PLC使输入压力置零后结束整个操作。

本发明的优势在于：

1.通过可编程控制器PLC，实现了校准装置的自动控制，达到了装置自动 发生压力和自动检测泄漏率；

2.通过标准漏孔在稳定的前级压力下的标准漏率值直接比较测量气密检 漏仪的泄漏率测量结果，消除了现在不同环境，多个产品不稳定度对气密检 漏仪的泄漏率测量结果精度的影响，通过高准确度的标准数字压力计比较测 量气密检漏仪的充气压力，通过高等级的差压数字压力计，直接比较测量差 压型气密检漏仪的差压测量结果，通过活塞体积调节系统、结合差压压力值 实现了系统内容积的测量；

3.通过压力的自动发生和控制，实现了单个漏孔在不同前级压力下的实时 漏率实时标定，使装置不仅具有校准气密检漏仪的功能，而且具备校准通道 型正压标准漏孔的功能。