CN103674452B - 一种浮空气囊的泄漏检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮空气囊的泄漏检测方法，其特征是控制气囊以不同的泄漏量进行定量泄漏，并根据理想气体状态方程建立方程式：ΔV=α₀+α₁(T/P)+α₂(T/P)²+……+α_n(T/P)ⁿ；在任意状态下，检测气囊压强P和气囊温度T，再根据方程式计算获得泄漏气体的体积ΔV。本发明能够以简单快捷的方式判断泄漏，并能具体检测出泄漏量。

Description

一种浮空气囊的泄漏检测方法

技术领域

本发明涉及泄漏检测方法，更具体地说是一种浮空气囊的泄漏检测方法。

背景技术

浮空器作为一种依靠浮力升空的飞行器，具有成本低、定点滞空时间长、载荷能力大、噪声低、能量消耗小、安全性好、效费比高等独特优势，在交通运输、环境监测、遥感通信、观光旅游、应急救援等诸多民用领域有着广泛的用途和良好的前景。浮空器的浮力来源于其囊体内装有氦气等轻质气体，气囊表面的漏洞将会造成囊体异常的应力集中和气体泄漏，并会极大地影响浮空器的使用寿命。

现有技术中对于浮空气囊的测试，主要有气泡检测法、直压式检测法和流量式检测法，这些已有的方法都是直接测试系统温度和压力，其测试结果受外界环境影响大，往往并不能依赖其测试结果判断系统是否泄漏，其方法本身成本高、周期长，不能实现对于泄漏量的准确检测。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种浮空气囊的泄漏检测方法，以期能够以简单快捷的方式判断泄漏，并能具体检测出泄漏量。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明浮空气囊的泄漏检测方法的特点是：控制气囊以不同的泄漏量进行定量泄漏，根据理想气体状态方程建立方程式：ΔV=α₀+α₁(T/P)+α₂(T/P)²+……+α_n(T/P)ⁿ；在任意状态下，检测气囊压强P和气囊温度T，再根据所建立的方程式计算获得泄漏气体的体积ΔV。

本发明浮空气囊的泄漏检测方法按如下步骤进行：

步骤1，设置初始状态为：气囊温度为Tc、气囊压强为Pc、气囊体积为Vc，气囊中的气体为空气、氦气或氢气；

步骤2，通过控制流量计使气囊向外接气罐中进行定量泄漏，设定定量泄漏的气体体积为ΔV₀，检测获得气囊在泄漏气体体积为ΔV₀后，气囊压强为P₀、气囊温度为T₀；

步骤3，在与步骤一相同的初始状态下，改变定量泄漏的气体体积分别为ΔV₁、…、ΔV_n，并且ΔV₀≠ΔV₁≠…≠ΔV_n，重复步骤2，检测获得气囊在分别泄漏气体体积为ΔV₁、…、ΔV_n后，气囊温度分别对应为T₁、…、T_n、气囊压强分别对应为P₁、…、P_n；

步骤4，根据理想气体状态方程获得如下式(1)：

ΔV=α₀+α₁(T/P)+α₂(T/P)²+……+α_n(T/P)ⁿ    (1)

式(1)中，α₀、α₁、…、α_n为多项式方程系数，

依据步骤2和步骤2中检测结果获得以下矩阵方程(2)：

ΔV₀=α₀+α₁(T₀/P₀)+α₂(T₀/P₀)²+…+α_n(T₀/P₀)ⁿ

ΔV₁=α₀+α₁(T₁/P₁)+α₂(T₁/P₁)²+…+α_n(T₁/P₁)ⁿ    (2)

  …

ΔV_n=α₀+α₁(T_n/P_n)+α₂(T_n/P_n)²+…+α_n(T_n/P_n)ⁿ

利用矩阵方程(2)求解出系数α₀、α₁、…、α_n的值，得到确定的式(1)；

在任意状态下，检测气囊压强P和气囊温度T，再根据式(1)计算获得泄漏气体的体积ΔV。

本发明浮空气囊的泄漏检测方法的特点也在于：所述步骤1中的初始状态设置为：气囊温度Tc为20℃、气囊压强Pc为100kPa、气囊体积Vc为10m³，设置定量泄漏的气体体积为ΔV₀不大于于1m³，n不小于100。

本发明方法通过多次定量泄漏气囊内一小部分气体至外接气罐中，每次测量气囊内气体的压强和温度，根据大量的测量数据得出泄漏量与气囊内温度、压强的关系式，从而可以外推到任意气囊，检测温度和压强数据就可以得出气囊气体的泄漏量，尤其适于浮空气囊的泄漏检测，与现有技术相比，其有益效果表现在：

1、本发明方法不仅可以测量泄漏，而且可以定量测出泄漏量；

2、本发明方法的测量结果不受外界因素影响；

3、本发明方法测试原理新颖、测试装置简单、操作简便、成本较低、周期较短、且安全系数较高。

附图说明

图1为本发明方法测试装置示意图；

具体实施方式

本实施例中浮空气囊的泄漏检测方法是如下步骤进行：

步骤1，设置初始状态为：气囊温度Tc为20℃、气囊压强Pc为100kPa、气囊体积Vc为10m³，气囊中的气体为空气、氦气或氢气。

步骤2，通过控制流量计使气囊向外接气罐中进行定量泄漏，设定定量泄漏的气体体积为ΔV₀，检测获得气囊在泄漏气体体积为ΔV₀后，气囊压强为P₀、气囊温度为T₀；设置定量泄漏的气体体积为ΔV₀，且ΔV₀不大于1m³。

步骤3，在与步骤一相同的初始状态下，改变定量泄漏的气体体积分别为ΔV₁、…、ΔV_n，并且ΔV₀≠ΔV₁≠…≠ΔV_n，重复步骤2，检测获得气囊在分别泄漏气体体积为ΔV₁、…、ΔV_n后，气囊温度分别对应为T₁、…、T_n、气囊压强分别对应为P₁、…、P_n，设定n不小于100。

步骤4，根据理想气体状态方程PV=mRT，其中：P为气体压强，单位Pa；V为气体体积，单位m³；m为气体的物质的量，单位mol；R是气体常量，约为8.314J/(mol·K）；T为体系温度，单位K，在m一定的情况下，V∝（T/P），则理想气体状态方程PV=mRT，可表达成关系式(1)：

ΔV=α₀+α₁(T/P)+α₂(T/P)²+……+α_n(T/P)ⁿ    (1)

式(1)中，α₀、α₁、…、α_n为多项式方程系数，

依据步骤2和步骤2中检测结果获得以下矩阵方程(2)：

ΔV₀=α₀+α₁(T₀/P₀)+α₂(T₀/P₀)²+…+α_n(T₀/P₀)ⁿ

ΔV₁=α₀+α₁(T₁/P₁)+α₂(T₁/P₁)²+…+α_n(T₁/P₁)ⁿ    (2)

  …

ΔV_n=α₀+α₁(T_n/P_n)+α₂(T_n/P_n)²+…+α_n(T_n/P_n)ⁿ

利用矩阵方程(2)求解出系数α₀、α₁、…、α_n的值，即得确定的式(1)；

随后，在任意状态下，检测气囊压强P和气囊温度T，再根据式(1)计算获得泄漏气体的体积ΔV。

图1所示为测试装置，压缩机1的压缩气体输出口通过第一阀门2接稳压罐3，再经第二阀门4接入气囊7，气囊7设置在实验箱体8中，在气囊7上分别设置压力传感器5和温度传感器6，气囊7的输出通过控制阀9以及流量计10接气罐11。

压缩机1经由稳压罐3对置于实验箱体8中的气囊7进行充气，在完成充气之后关闭第一阀门2和第二阀门4。通过调节控制阀门9实现气囊的定量泄漏。

Claims (2)

1.一种浮空气囊的泄漏检测方法，其特征是控制气囊以不同的泄漏量进行定量泄漏，根据理想气体状态方程建立方程式：ΔV＝α₀+α₁(T/P)+α₂(T/P)²+……+α_n(T/P)ⁿ；在任意状态下，检测气囊压强P和气囊温度T，再根据所建立的方程式计算获得泄漏气体的体积ΔV；

所述浮空气囊的泄漏检测方法是按如下步骤进行：

步骤1，设置初始状态为：气囊温度为Tc、气囊压强为Pc、气囊体积为Vc，气囊中的气体为空气、氦气或氢气；

步骤2，通过控制流量计使气囊向外接气罐中进行定量泄漏，设定定量泄漏的气体体积为ΔV₀，检测获得气囊在泄漏气体体积为ΔV₀后，气囊压强为P₀、气囊温度为T₀；

步骤3，在与步骤一相同的初始状态下，改变定量泄漏的气体体积分别为ΔV₁、…、ΔV_n，并且ΔV₀≠ΔV₁≠…≠ΔV_n，重复步骤2，检测获得气囊在分别泄漏气体体积为ΔV₁、…、ΔV_n后，气囊温度分别对应为T₁、…、T_n、气囊压强分别对应为P₁、…、P_n；

步骤4，根据理想气体状态方程获得如下式(1)：

ΔV＝α₀+α₁(T/P)+α₂(T/P)²+……+α_n(T/P)ⁿ   (1)

式(1)中，α₀、α₁、…、α_n为多项式方程系数，

依据步骤2和步骤3中检测结果获得以下矩阵方程(2)：

ΔV₀＝α₀+α₁(T₀/P₀)+α₂(T₀/P₀)²+…+α_n(T₀/P₀)ⁿ

ΔV₁＝α₀+α₁(T₁/P₁)+α₂(T₁/P₁)²+…+α_n(T₁/P₁)ⁿ   (2)

…

ΔV_n＝α₀+α₁(T_n/P_n)+α₂(T_n/P_n)²+…+α_n(T_n/P_n)ⁿ

利用矩阵方程(2)求解出系数α₀、α₁、…、α_n的值，得到确定的式(1)；

在任意状态下，检测气囊压强P和气囊温度T，再根据式(1)计算获得泄漏气体的体积ΔV。

2.根据权利要求1所述的浮空气囊的泄漏检测方法，其特征是：所述步骤1中的初始状态设置为：气囊温度Tc为20℃、气囊压强Pc为100kPa、气囊体积Vc为10m³，设置定量泄漏的气体体积为ΔV₀不大于1m³，n不小于100。