CN101023336A - 测漏方法及包括分压传感器的测漏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测漏装置，其包括气密密封于外界并包含待测试物体(12)的腔室(10)，所述待测试物体填充有测试气体(14)。所述腔室(10)包括选择性地响应于测试气体(14)但不响应于填充气体(11)的分压传感器(15)。由此，可采用简单的装置进行测漏而无需高真空和质谱仪。

Description

测漏方法及包括分压传感器的测漏装置

技术领域

本发明涉及一种测漏方法，其中将填充有测试气体的中空测试物体置入腔室内，其中测试气体从该测试物体的漏泄由气体传感器探测。

背景技术

欧洲标准DIN EN 13185“Dichtheitsprüfung”(测漏)描述了各种测漏方法。在这些方法中，存在属于B组的方法：测试气体从测试物体流出。B.3方法为一种通过蓄压的过压方法。填充有加压测试气体的测试物体布置在气密的封套内。在给定的时段之后，通过与所述封套相连的检漏器来测量积聚起来的测试气体。如果得知封套的体积和压力，则可以估计或确定漏泄的大小。B.6方法为一种真空方法。填充有测试气体的小型物体被置于腔室中。所述腔室然后抽真空，直至获得低于测试物体内部压力的压力。检漏器与真空腔室相连。从测试物体流出的所有测试气体通过检漏器测量。在2001年4月由Gerhard Schrder在Zfp-Zeitung 74的第31-39页中所发表的文章“Neue Norm zur Auswahleines geeigneten Verfahrens zur Lecksuche und Dichtheitsprüfung”(选择用于检漏及测漏的适合方法的新标准)阐述了该欧洲标准及其中所限定的方法。B.3和B.6方法需要在测试物体的封套中产生高真空以使得包括质谱仪的检漏器工作。质谱仪需要产生高真空，其中为此目的需要诸如涡轮分子泵和摩擦分子泵的复杂的泵。虽然这些检漏装置是高敏感度的，但它们需要非常高昂的真空技术费用。

在过压方法中，根据以下方程来计算测试物体的漏率q_G：

$q_G=p\·$ $\frac{V\·(c_1-c_0)}{(t_1-t_0)}$

其中q_G为单位是帕斯卡立方米/秒的整体漏率；

p、V是附加封套中的单位分别为帕斯卡和立方米的压力和体积；

c₀、c₁为在附加封套中测量开始时t0及在测量结束时t1时的体积密度；

t₀、t₁为测量开始及测量结束的时间。

在此，因为测量密度c，所以必须知道在封套(腔室)中的总压p。仅仅是总压与密度的乘积形成测试气体的分压p^*(p·c＝p^*)。此外，总压必须保持恒定，因为否则的话计算出的分压不与漏率成比例。

期刊“ZfP-In Anwendung，Entwicklung und Forschung”(无损测试的应用、发展以及研究)包括一标题为“LaseroptischeMessverfahren zur Dichtheitsprüfung mit Leckortung”(通过检漏来进行测漏的激光测量方法)的文章，该文章是在2001年于柏林召开的DGZfp(德国无损测试协会)年会上由Schoff和Stetter投稿的。气体从布置有测试物体的腔室取出、并传递到探测腔室内。腔室含有作为填充气体的空气，而测试物体含有作为测试气体的六氟化硫(SF₆)，该气体选择性地吸收CO₂波导激光器的辐射。激光束穿过位于探测腔室内的气体，且测量激光束的吸收情形。这种方法需要复杂的探测腔室和激光设备。探测腔室与真空泵相连。

在DE10031882A1(Leybold Vakuum公司)中描述了一种用于氦气或氢气的分压传感器，所述传感器包括一个由硅材料制成的膜封住的腔室，所述膜具有期望的选择性通透性的特征。传感器腔室接收一个由多个阴极板制成的Penning压力传感器，在所述阴极板之间布置有阳极环。永久磁铁产生Penning放电所需要的磁场。Penning压力传感器基于流动于阴极板和阳极环之间的电流提供总的压力值。膜仅仅允许例如氦气或氢气的特定气体进入到传感器腔室内。在专利申请102004034381(未公布)中包括对分压传感器的类似描述，在此将其全文引入以作为参考。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种测漏方法和相应的测漏装置，所述方法和装置允许以简单的方式在不产生高真空的情况下进行测漏。

在权利要求1中限定了根据本发明的测漏方法的第一变型。在该第一变型中，腔室被气密地密封，使得在腔室内形成恒定的填充气体体积。分压传感器被用作气体传感器，其膜布置在所述腔室内。在该方法中，不从腔室中取出气体，即不取出其中含有的填充气体也不取出其中含有的测试气体。腔室中的气体体积保持在气密地密封的腔室内，并不因为测试或测量的目的而被取出。测漏方法的一个重要优点在于可以在任意压力下-例如大气压或轻微负压或可随时间变化的压力-进行测漏。在任意情形中，都不必产生真空。本发明中所意味的真空所涉及的压力小于1毫巴，虽然操作质谱仪所需要的压力要低得多(10^-4毫巴)。

空气可以用作腔室的填充气体。然后，腔室仅需紧密地密封而不需要被抽真空。惰性气体，特别是氦气或氢气可用作测试气体。氦气和氢气提供这样的优点：它们可以通过相对简单的分压传感器来探测及量化。此外，氦气是特别合适的，因为它是一种穿过最微细的漏洞逸出的轻气体。

本发明第一变型的一个特别的优点在于不需要与腔室相连的气体输送线路。虽然可以在开始分压测量开始之前从腔室抽走气体，但是不需要从腔室抽走气体或将气体供应到腔室内就可以进行实际测量。

不必要基于整体压力p和密度c通过方程p^*＝p·c来计算腔室内测试气体的分压p^*，因为分压p^*由传感器直接地测量。

根据本发明的一个实施方式，填充气体在腔室内循环。为了测试气体原子在填充气体中均匀地分布，这种循环是适合的。防止从测试物体漏泄出的填充气体保持在测试物体的表面上。

有利地进行测漏，使得在测量时间段的开始时与结束时测量测试气体的分压，并且通过差值来确定漏率。当确定漏率的绝对值时，考虑腔室体积V。

根据本发明，腔室还可以设置有旁通线路，该旁通线路包括风扇并在腔室的一个位置处抽入气体并在另一个位置处返还气体，以实现所需要的腔室内的通风。在这种情况下，旁通线路的体积形成腔室体积的部分。

本发明还涉及一种用于进行根据本发明方法的第一变型的测漏装置。该测漏装置的特征在于：分压传感器的膜布置在腔室中，该分压传感器响应于测试气体但是不响应于填充气体。

腔室可包括一风扇装置，该风扇装置相对于测试物体与分压传感器相对地布置。分压传感器可设置在腔室的壁内或在腔室的壁中。

在权利要求9中限定了根据本发明的方法的第二变型。在该变型中，填充气体穿过腔室，并在腔室的填充气体出口处或者直接在该出口的后方定位有一分压传感器。在此，填充气体也优选地为空气。气体连续地流经腔室，其中在出口处测量测试气体的分压。以这种方式，确定在填充气体中存在测试气体，并且获得对测试物体的尺寸及整体漏率的精确测量。可以通过具有已知漏率的测试物体来进行校准。

在第二变型中，优选地在腔室中保持一定压力，所述压力低于大气压但高于1毫巴，使得所产生的填充气流形成一个非分子流。填充气流用于实现导入腔室内的测试气体的均匀分布。其用作气体载体，逸出的测试气体通过该气体载体供应到分压传感器内。优选地，流动是湍流。在任何情形下，与在高真空中由高真空泵产生的分子流相比，流动是粘性气流，对于分子流而言，粘性气流定律不适用。

根据本发明第二变型的测漏装置包括具有气体入口和气体出口的腔室。在气体出口处，或者直接在该出口后方，布置有分压传感器。气体出口可与抽吸风扇相连，该风扇实现所需要的穿过腔室的流动以带动从测试物体漏泄出的测试气体。这种抽吸风扇可如同普通风扇地构造。其仅仅用于产生气流而不用于产生所限定的真空。还可通过施加一个过压来(不通过抽吸风扇)产生气流。

不需要对气流进行控制，因为测量了测试气体的分压。气流的改变仅导致总压的改变，其不会影响测试气体分压的测量。

附图说明

现在将参照附图来详细地描述本发明的实施方式，其中：

图1示出根据本发明第一变型的测漏装置的示意图，

图2示出图1的改进细节，其中分压传感器布置在腔室壁内，以及

图3示出根据本发明第二变型的测漏装置的示意图。

具体实施方式

根据图1，填充气体11包含于腔室10中，该腔室与大气之间气密地密封。通常，空气用作填充气体11。腔室10可包括一个可拆卸的盖，所述的盖提供进入腔室的入口并且当测试物体置于腔室内时所述盖紧密地封闭住腔室。在腔室10中的压力可与周围环境中的压力相同；然而，也可以减少腔室中的压力、但是不降低到1毫巴以下，因为在这种情形下腔室中的气体不再可以流通。

测试物体12布置在腔室10内。测试物体12为一个中空体，其空腔13填充有例如为氦气的测试气体14。当测试物体12有漏泄时，氦气进入腔室10内。漏泄的测试气体通过气体传感器15探测。也可以确定漏率，即每单位时间漏泄的测试气体的流量。

腔室包括驱动填充气体11并产生气流的风扇装置16，所述气流导向测试物体12并掠过测试物体12。在腔室的相对侧布置有气体传感器15。该气体传感器为分压传感器，其选择性地响应于存在的测试气体、但不响应于填充气体。在DE10031882A1和DE102004034381中详细地描述了气体传感器15。其包括一杯形构造、并在前侧处通过膜18封闭的气密壳体17。壳体17通常由玻璃制造，且膜18由半导体材料制造，特别是由二氧化硅制造。在膜处设置有多个与电源相连的加热线圈以加热膜。膜18与由相同基材制成的壳体17相连，使得壳体的内部紧密地密封。膜选择性地通透例如氦气或氢气的特殊的气体。在壳体17中布置有Penning压力传感器，以测量壳体17中的整体气压。因为仅测试气体可以通过膜18进入到壳体17内，所以所测量到的气压对应于测试气体的分压。在线路19处发出与分压对应的电子信号。

所描述的装置适于探测在测试物体12上存在的漏泄。进一步地，可以探测漏率Q。为此，确定在测量时间段tp内的分压p的变化。漏率通过以下的方程限定：

$Q=V$ $\·$ $\frac{\mathrm{\Δ}{p}^{*}}{t_p}$

在此，Δp^*是在测量时间段t_p内的分压p^*的增加(变化)，而V为腔室10的体积。

虽然在图1中气体传感器15布置在腔室10的内部，但图2示出这样的一个实施方式：气体传感器15集成在腔室壁中，其中膜18朝腔室内部露出。

图3示出根据本发明第二变型的实施方式。在此，设置有与测试物体12的形状及尺寸大致适应的腔室30，使得流经腔室的气体紧密地贴着测试物体12掠过。腔室30附连在框架31上，所述框架31支撑该腔室并允许腔室采取各种形状。

腔室30在一端包括填充气体入口33，而在相对端包括填充气体出口34。填充气体通过供应线路35供应给填充气体入口33，所述供应线路包括固定节流点36。填充气体出口34连接到包括抽吸风扇38的排出线路37。

抽吸风扇38供给连续的环境空气经过腔室30。节流点36在腔室30内产生轻微的负压。负压不必保持恒定、因此不必控制。

在填充气体出口34处，或者直接在所述出口的后方，布置有一气体传感器15，该气体传感器的膜18位于气体线路上。气体传感器15为参照图1所描述的分压传感器。

图3所示的测漏装置操作如下：

填充有测试气体14的测试物体12置于腔室30内，该腔室然后关闭。随后，抽吸风扇18打开，使得作为填充气体的环境空气被吸入到供应管路35内并流经腔室30。如果测试物体12有漏泄，则填充气体带走测试气体14。通过是分压传感器的气体传感器15探测测试气体14的存在。

在图3中所示的实施方式中，气流由抽吸风扇18供给通过腔室30。可选地，代替抽吸风扇，还可以采用布置在腔室30上游的风扇。这时节流点位于腔室的下游。

本发明提供了一种简单且廉价的测漏方法，其特别适用于测试工业制造的测试物体，也就是说既用于单件测试也用于批量测试。

Claims (14)

1.一种测漏方法，其中填充有测试气体(14)的中空测试物体(12)置入腔室(10)内，所述腔室初始包含不含测试气体的填充气体(11)，其中测试气体(14)从测试物体(12)的漏泄由气体传感器(15)探测，所述气体传感器响应于测试气体但不响应于填充气体，其特征在于，所述腔室(10)气密地密封以形成恒定的填充气体体积，并且使用分压传感器作为所述气体传感器(15)，所述分压传感器包括能选择性地透过所述测试气体(14)的膜(18)，所述膜(18)布置在所述腔室(10)中。

2.如权利要求1所述的测漏方法，其特征在于，所述填充气体(11)在所述腔室(10)内循环。

3.如权利要求1或2所述的测漏方法，其特征在于，所述腔室(10)内的所述填充气体(11)被驱动以形成掠过所述测试物体(12)的流动，所述流动使测试气体分子从测试物体分离。

4.如权利要求1至3中任一项所述的测漏方法，其特征在于，所述气体传感器(15)布置在所述腔室(10)的壁中。

5.如权利要求1至4中任一项所述的测漏方法，其特征在于，在测量时间段(tp)的开始与结束时测量测试气体(14)的分压，并且通过差值来确定漏率(Q)。

6.一种测漏装置，包括适于填充有填充气体(11)并气密地密封的腔室(10)，所述腔室(10)接收填充有测试气体(14)的测试物体(12)，其特征在于，分压传感器的膜(18)布置在所述腔室(10)内，所述分压传感器响应于测试气体(14)但不响应于填充气体(11)。

7.如权利要求6所述的测漏装置，其特征在于，所述腔室(10)包括风扇装置(16)，相对于测试物体(12)而言，所述风扇装置与所述分压传感器(15)相对地布置。

8.如权利要求6或7所述的测漏装置，其特征在于，所述分压传感器(15)布置在腔室(10)的壁中或布置在腔室(10)的壁上。

9.一种测漏方法，其中填充有测试气体(14)的中空测试物体(12)置入腔室(30)内，所述腔室初始包含不含测试气体的填充气体(11)，其中测试气体从所述测试物体(12)的漏泄由气体传感器(15)探测，其特征在于，所述填充气体(11)穿过腔室(30)，并在所述腔室的填充气体出口(34)处或者直接在所述出口的后方定位有分压传感器(15)，所述分压传感器包括能选择性地透过所述测试气体(14)的膜(18)。

10.如权利要求9所述的测漏方法，其特征在于，在所述腔室(30)内维持一定压力，所述压力低于大气压但高于1毫巴，使得所产生的填充气流形成非分子流。

11.一种测漏装置，具有腔室(30)，所述腔室接收填充有测试气体(14)的测试物体(12)并且包括填充气体入口(33)和填充气体出口(34)，其特征在于，在所述填充气体出口(34)处或者直接在所述出口的后方布置有分压传感器(15)。

12.如权利要求11所述的测漏装置，其特征在于，所述填充气体出口(34)与抽吸风扇(38)相连。

13.如权利要求11或12所述的测漏装置，其特征在于，所述填充气体入口(33)设置有节流点(36)。

14.如权利要求11所述的测漏装置，其特征在于，所述填充气体入口(33)与增压器相连。

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