CN108369152A - 用氧气进行泄漏检测 - Google Patents
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Abstract
用于检测测试对象(12)中的泄漏的方法，所述方法包括以下步骤：将所述测试对象(12)插入到测试室(14)中，用测试气体填充所述测试对象(12)，以及调节所述测试室(14)中的压力和所述测试对象(12)中的压力，使得所述测试室压力低于所述测试对象压力。所述方法的特征在于：所述测试室(14)包含空气并且所述测试对象(12)只被填充无氧气体；为了检测所述测试对象(12)中的泄漏，用氧传感器测量所述测试室(14)内的空气中的氧的比例。
Description
本发明涉及用于检测容纳在测试室中的测试对象中的泄漏的方法和装置。
为了使用测试气体测试对象的密封性，通常将由于操作原因而存在于对象中的填充气体，例如，在冰箱或空调系统的热交换器中的冷却介质，用来进行分析。另一方面，待测试对象被填充测试气体，例如，测试气体氦气。使用三种不同的方法来检测逃逸的测试气体。
1.真空泄漏检测法
2.累积法
3.载气法
对于真空泄漏检测法，测量在真空系统中测量测试气体的分压并且其用作泄漏率的度量。
对于累积法，测试对象位于封闭的测试室容积中，并且测试室中测试气体的分压增加的时间发展作为泄漏率的度量。
对于载气法，载气在测试对象周围流动。流过测试对象的气体将从测试对象逸出的气体携带至测量位置，在该测量位置，相应的测试气体传感器测量载气中的测试气体浓度。有测试对象情况下的载气中的测试气体浓度与没有测试对象情况下的载气中的测试气体浓度之间的差异作为泄漏率的度量。
存在使用简单的密封性测试方法，例如，压降法，无法完成的测量任务。然而，允许使用测试气体氦气的系统的成本太高或似乎太高。同样，氦气的有效性及其成本也不稳定。希望能使用替代的测试气体。
当选择合适的用于密封性测试的测试气体时，必须考虑测试环境中分压的高度和稳定性。事实上，氧气不适合作为测试气体，因为它在大气中的比例约为21％。
然而，通过使用拉姆达探头(lambda probe)，这个大约为21％的比例可以以非常精确同时简单的方式被测量。但是，出于安全有关的原因，测试对象不能填充纯氧以用于测试的目的。
从WO2001/044775A1中知晓一种方法，其中对氧分压进行测量以定位测试对象中的泄漏。在第一种变型中，测试对象被抽空并使用喷枪从外部喷射无氧气体。在测试对象的真空中测量氧分压。在第二种变型中，测试对象被填充无氧气体并经受相对于大压力的超压。使用嗅探探头吸入逸出的气体，并将其供应至装有氧传感器的真空室。在第三种变型中，测试对象被填充含氧气体并被引入测试室，然后该测试室被抽空。在测试对象的真空中测量氧分压。在所有描述的变型中，氧气的比例在真空下进行测量。已经显示，在氧传感器处的真空条件导致显著的信号漂移，并且测量信号难以评估。
本发明的目的是提供一种用于在测试室中的测试对象进行泄漏检测的改进的方法和改进的装置。
本发明的方法由权利要求1的特征限定。本发明的装置由权利要求10限定。
根据本发明，测试对象中尽可能只填充无氧气体，例如氮气或氩气，而测试室内测试对象的环境含有空气。测试对象和测试室中的压力被调节成使得测试对象中的压力高于测试室中的测试对象外的区域的压力。在测试对象发生泄漏的情况下，无氧气体从测试对象中逸出并降低测试对象的周围大气中的氧浓度。氧浓度的降低作为泄漏率的度量。
使用氧传感器测量氧浓度，例如，以拉姆达探头的形式。测量可以根据累积法或载气法进行。
决定性的是，在拉姆达探头处的氧分压或诸如CO2的含氧气体的分压足够高并且不是在真空条件下进行测量。足够高的压力被理解为约10毫巴或更高的氧分压，对应于约50毫巴或更高的大气压力。在这个压力范围内，拉姆达探头的测量信号特别有用，而在真空条件下，压力p<<10mbar时，信号是无用的。在这方面，拉姆达探头可以布置在例如抽空测试室的泵或压缩机的下游。不使用嗅探探针或喷枪。测试室的完全排空不是必需的，如在WO2001/044775A1的上述第三变型中的情况那样。其中，测试对象被填充含氧气体。只有在测试室充分排空的情况下氧分压的测量才是有用的，因为氧气只有在测试对象发生泄漏的情况下才会到达测试室。或者，如在WO2001/044775A1中所述的那样，当测试室被填充无氧气体，同时测试对象被填充含氧气体时，需要比本发明的方法更多的无氧气体。
在无氧气体中操作拉姆达探头会导致漂移信号，就像在真空条件下的操作一样。
氧传感器(拉姆达探头)在纯CO2气氛下的操作也是可行的。然而，在纯氮或纯氩中的操作是不可行的。
在测试室内的测试对象环境中的CO2气氛的情况下，测试对象被填充氧比例(例如空气)，并对测试对象环境中氧的增加进行测量。
在测试室包含空气的情况下，用无氧气体填充测试对象与测量大气压力下的氧浓度相结合的优点在于测试室不必完全被抽空。相反，在测试室中相对于大气压力的轻微降低甚至是大气压力将是足够的。该压力与测试对象中无氧气体的压力差必须足够大。为此，测试对象必须被加压到足够的超压。
在累积法中，测量测试室的空气中氧分压可能增加的时间发展，并将其作为泄漏率的度量。
在载气法中，空气作为载气在测试对象周围流动，而氧传感器测量测试对象下游载气中的氧浓度。此处，在有测试对象的情况下以及在没有测试对象的情况下，载气空气中氧浓度之间的差异用作泄漏率的度量。为了在没有测试对象的情况下确定载气中的氧浓度，可以将另一个氧传感器布置在通向测试室的气体流动路径中的测试对象的上游。
在载气法的情况下，形成依赖泄漏而浓度降低的恒定氧浓度。当通过掺入无氧泄漏气体来测量空气中氧浓度的变化时，测试对象上游空气中或无氧泄漏气体混合前的氧比例必须保持稳定。这可以通过缓冲器或均衡容积来实现，并将额外的节流器作为低通过滤器。
在根据累积法进行测量的情况下，测量氧浓度随时间的降低。
优选地，测试室中和/或氧传感器中的气体的总压力被稳定，以便提高检测极限。
测试室容积内的气体量应保持较小。这可以通过降低测试室容积中的总压力或通过减小净容积(测试室内部容积减去测试对象外部容积)来实现。
本发明的优点在于不需要使用昂贵的测试气体。无氧工艺气体，例如，氩气或氮气，容易获得且价格便宜。氧传感器的成本很低，特别是在拉姆达探头作为汽车工业的大量产品可获得的情况下。相对于压降法或相对于压力增加法，测量精度得到提高。与真空技术相关的努力相比氦真空测试更低。
以下是参照附图对两个实施例的详细说明。在附图中：
图1是第一实施例的示意图，以及
图2是第二实施例的示意图。
在两个实施例中，测试对象12被完全填充无氧测试气体，使得测试对象中不含有氧气。之后或之前，将测试对象放置在可密封的测试室14中。测试室14中包含空气。
测试室导气地连接到载气泵16或者压缩机。以相应的方式，测试室14导气地连接到以拉姆达探头形式的氧传感器18。氧传感器18和载气泵16通过其中设置有节流器22的气体路径连通。
图1中的实施例是根据载气法进行测量的装置。经由载气入口24以及连接载气入口24和测试室14的气体路径26，空气作为载气被供应到测试室14。另一个氧传感器29，特别是以拉姆达探头形式可以设置在气体路径中，以便确定氧气偏移量，即未添加来自测试对象12中的测试气体情况下，空气中包含的氧比例。
气体路径26还包括另一流量节流器30和流量传感器32。测试室14的与气体路径26相对的一侧连接到出口气体路径34，出口气体路径34包括载气泵16、节流器22、氧传感器18、缓冲容积20和第三节流器36并且通向气体出口38。
使用载气泵16，空气被引导从入口24通过测试室14沿着测试对象12的表面并被供应到氧传感器18。在测试对象12泄漏的情况下，从测试对象12中释放出无氧气体并与载气的空气混合，由此减少空气中的氧比例。用拉姆达探头(氧传感器18)测量氧比例。
提供图2所示的第二实施例用于根据累积法进行测量。气体路径40连接测试室14的两个相对侧。气体路径40包括载气泵16、节流器22、缓冲容积20、总压力传感器44、氧传感器18(拉姆达探头)以及在氧传感器18和测试室14之间的另一节流器。两个节流器42、22布置在氧传感器18的相对侧。所述总压力传感器44可以是差分总压力传感器，其测量相对于大气环境压力的差压。
使用载气泵16，测试室14内的压力在测试对象12外部的区域处减小，使得测试对象12中的无氧气体从测试对象可能的泄漏点进入测试室14。氧传感器18用于连续测量测试室14中的空气的氧分压。具体而言，随时间测量氧分压的变化，其中氧浓度的降低指示测试对象12中的泄漏并且用作泄漏率的度量。
总压力传感器44用于根据拉姆达探测器的氧分压信号和测得的总压力来确定氧浓度。氧浓度CO2是氧分压PO2和测量的总压Ptot的商：
CO2＝PO2/Ptot。
Claims (12)
1.用于检测测试对象(12)中的泄漏的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述测试对象(12)插入到测试室(14)中，
用测试气体填充所述测试对象(12)，以及
调节所述测试室(14)中的压力和所述测试对象(12)中的压力，使得所述测试室压力低于所述测试对象压力；
其特征在于：
所述测试室(14)包含空气并且所述测试对象(12)只被填充无氧气体，其中，为了检测所述测试对象(12)中的泄漏，用氧传感器测量所述测试室(14)内的空气中的氧的比例。
2.用于检测测试对象(12)中的泄漏的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述测试对象(12)插入到测试室(14)中，
用测试气体填充测试对象(12)，以及
调节所述测试室(14)内的压力和所述测试对象(12)中的压力，使得所述测试室压力低于所述测试对象压力；
其特征在于：
所述测试室(14)容纳包含有含氧原子的分子的气体，例如，二氧化碳，并且所述测试对象(12)被填充气体，其中，为了检测所述测试对象(12)中的泄漏，使用氧传感器测量在所述测试室(14)内的所述气氛中的所述氧的比例。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述包含有含氧原子的分子的气体是二氧化碳。
4.如权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，所述氧传感器是拉姆达探头。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在测量所述氧比例时，根据累积法测量所述测试室(14)中的氧分压的变化的时间发展。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，空气作为载气在所述测试室(14)中的所述测试对象(12)周围流动，并且根据所述载气法测量所述载气中的氧浓度的变化。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使用缓冲容积(10)和节流器(22、36、42)减少在测试对象(12)周围流动的空气中的氧的比例的变化。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述氧传感器(18、28)处的空气的总压保持稳定以降低所述检测极限。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述测试室(15)中的气体量保持较小，优选小于所述测试对象(12)中的气体量。
10.用于检测被填充无氧气体的测试对象(12)中的泄漏的装置，包括：容纳所述测试对象(12)的测试室(14)，连接到所述测试室(14)的气泵(16)或压缩机，以及连接到所述测试室(14)的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器是氧传感器(18、28)，特别是拉姆达探头，并且所述测试室(14)或所述测试对象(12)包含空气。
11.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述泵(16)或所述压缩机与氧传感器(18、28)之间的气体路径(26、40)包括用于压力波动阻尼的缓冲容积(20)。
12.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，在所述测试室(14)的与所述氧传感器(18、28)相对的那一侧，连接到所述测试室(14)的所述气体路径(26、40)包括额外的氧探头，特别是拉姆达探头。
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