CN1118436A - 容器泄漏检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了对容器泄漏进行快速、精密检测的容器泄漏检测方法及用此方法构成的检测装置。该方法的特点是通过计算控制装置控制对被测容器和平衡容器同时充气加压，然后相互封闭隔绝，开始检测两容器间的压力差并由计算控制装置进行计算、显示给出泄漏比容积速率或泄漏速率或泄漏量。

Description

容器泄漏检测方法及装置

本发明涉及的是检测容器泄漏的方法和检测装置，尤其是对容器的轻微泄漏进行精密和快速检测的容器泄漏检测方法及装置。

在现有技术中，为了补偿因气体的可压缩性所引起的温度变化的影响以确保检测精度，必须在检测前制作与被测容器同容积、同形状、同材质并且绝对无泄漏的平衡容器。当被测容器的品种发生变化时，也必须随之更换与被测容器相应的平衡容器。这种对平衡容器的特殊要求在实际应用中既不利缩短检测周期，也不利于降低检测成本。为解决对不同品种的被测容器使用同一平衡容器进行检测，本申请人曾在日本国申请了申请号为特愿平4—311713号专利。但是，该专利要求对平衡容器的导热性能预先通过实验等手段予以确定，然后再通过实际检测所得的压差曲线的拐点特性求得系统的热平衡时间，再根据系统达到热平衡状态时的压差值求取泄漏速率。这使得该方法存在有检测周期无法控制，尤其是有些检测周期相当长的缺点，使得该方法不能实现快速检测也难以在自动生产线上采用。

本发明的目的，就是根据现有技术中所存在的不足，并在其基础上发展而提供可不采用特定的平衡容器，而以检测环境为平衡容器，或采用固定的平衡容器确无需对其导热性能预先进行测定，并能达到检测周期短，测量精度高的检测方法和使用该方法而制作的装置的技术方案。

本发明是通过下述两个方法来实现的。第一个容器泄漏检测方法，是对被测容器和平衡容器同时充气加压，并将此时做为记时起点时间，当两容器内压力达到检测压力时记录充气时间ta，在时间达到设定的压力时间tb时，将气源与被测容器、平衡容器以及两容器之间相互隔绝、封闭，开始检测记录两容器之间的压差D，并将该压差分解为由温度变化的影响而产生的压差DH和由容器泄漏产生的压差DL。本方案的特点在于将由温度变化造成的压差作为惯性环节的阶跃响应，而将容器泄漏造成的压差作为时间的线性函数，由此根据检测的压差求取系统的热平衡时间，再根据系统处于热平衡状态时的压差求得被测容器的泄漏比容积速率或者泄漏速率或者泄漏量。另一个检测方法是可将所测压差与时间关系构成压差函数D(t)，将DH作为非振荡而阶系统的阶跃响应下，再将该压差函数作为惯性环节与延迟环节相串联系统的阶跃响应；取得压差函数表达式来求得容器的泄漏比容积速率或者泄漏速率或者泄漏量。

利用上述的容器泄漏检测方法，本发明提供了两个容器泄漏检测装置，其一是由气压源1、过滤器2、压力设定阀3、压力表4、电磁阀5、6由管路串接构成，本方案的特点在于电磁阀6的出口由管路同时连接被测容器连接阀8和压力传感器7；另外还有由检测输入电路、控制输出电路和微机系统构成的计算控制装置，并将压力传感器7的电输出信号与计算控制装置的检测输入电路连接，而微机输出的控制信号通过控制输出电路与电磁阀5、6做电控制连接。其二是构成由气压源10、过滤器11、压力设定阀12、压力表13、电磁阀14、15、16以及差压传感器17、被测容器连接阀20和平衡容器19通过管路连接成的泄漏检测装置，特点是在所述的差压传感器17的两端同时用管路并接一个保护电磁阀18，另外也要设有由检测输入电路、控制输出电路和微机系统构成的计算控制装置，并将差压传感器17的电输出信号与计算控制装置的检测输入电路连接，而微机输出的控制信号通过控制输出电路与电磁阀14、15、16、18做电控制连接。

采用本发明所提供的方法和装置进行容器泄漏检测，因为环境温度所造成对检测的影响在微机计算时已被自动补赏，故对检测环境的要求放宽。由于泄漏比容积速率是根据压差随时间变化而测得的压差数组总体情况由微机计算求得，因此，对压差自身的离散误差和噪音误差等的影响，在微机计算过程中被自动补赏，故使得泄漏检测能获得非常高的精度。再有压差的检测是由时间来控制的，整个检测和计算的控制过程又均是由微机来执行，因此可大大缩短检测周期实现快速检测，因此极适宜在自动生产线上应用，同时对适用的可测范围也非常广阔。由此可见，本发明与现有技术相比，确具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明：

图1为本发明的容器泄漏检测装置第一个方案的气动回路示意图：

图2为本发明的容器泄漏检测装置第二个方案的气动回路示意图；

图3是由本发明的容器泄漏检测装置第一个方案所测得的压差数组构成的压差曲线图；

图4是由本发明的容器泄漏检测装置第二个方案所测得的压差数组构成的压差曲线图；

图5是压差的成分分解示意图；

图6是计算控制装置的结构方框示意图；

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细阐述。图1为本发明中容器泄漏检测装置的第一个方案的气动回路示意图。该方案是一种不采用特定的平衡容器，而是以无确定容积的检测环境作为平衡容器的方案。其中气压源1提供检测所需的压力气体，该压力气体经过滤器2过滤后，由压力设定阀3设定压力并由压力表4显示其设定的压力值，这个具有设定压力的压力气体由电磁阀5和6控制经被测容器连接阀8向被测容器9充气或关断，而压力传感器7是用于检测被测容器9被充气并隔绝后的压力变化。用本方案所测得的多个压差数值的压差数组所描绘成的压差曲线，如图3所示。

图2为本发明中容器泄漏检测装置第二个方案的气动回路示意图。该方案是设有一个固定通用的平衡容器19，它可适应各类被测容器检测的需要。但是，平衡容器19必须是导热性能稳定，无变形并且无泄漏的容器。图中气压源10、过滤器11、压力设定阀12和压力表13与前述方案的作用是相同的。电磁阀14、15、16也是控制压力气体向被测容器21和平衡容器19充气或关断，其中电磁阀14控制总的气路，电磁阀15控制通向被测容器21的气路，而电磁阀16则控制通向平衡容器19的气路。被测容器21是通过被测容器连接阀20用管路与电磁阀15连通，而平衡容器19则是直接由管路与电磁阀16连通。在此两管路之间并联接通有检测被测容器21和平衡容器19经充气并隔绝后，两容器间压力差的差压传感器17，以及为防止在检测过程中出现在差压传感器17上过载而加装的保护电磁阀18。用本方案所测得的多个压差数值的压差数组所描绘成的压差曲线，如图4所示。

上述两个检测装置的方案，还均需要有图6所示的计算控制装置。该装置是由包括放大器23和模—数转换器24的检测输入电路22，含有键盘输入27、显示、打印输出28和存储器25的微机系统26，以及由继电器组成的控制输出电路29所构成。检测装置中电磁阀的动作受控制输出电路29的输出控制，而检测装置中的压力传感器7和差压传感器17测得的数据输给检测输入电路22，检测输入电路22将接受的模拟信号经放大器23放大，后经模—数转换器24将模拟信号转换成数字信号输给微机系统26，微机系统26根据输入的检测数据用已由键盘输入27输入并存入存储器25的计算程序进行计算，然后将计算结果通过显示、打印输出28输出。

上述检测装置的检测和测试结果的计算，均是以本发明提供的检测方法为基础的。下面即对本发明所提供的检测方法作一详细说明。

检测方法一，是先对被测容器和平衡容器同时充气加压，并将此时做为记时起点时间，当两容器内压力达到检测压力时记录充气时间ta，在时间达到设定的压力时间tb时，将气源与被测容器、平衡容器以及两容器之间相互隔绝、封闭，开始检测记录两容器之间的压差。对检测装置的第一个方案，由于采用的是无限定容量的平衡容器，即是以检测环境作为平衡容器，这时平衡容器内的压力可视为一个常数，故可将压力传感器所测得的数值认为是两容器间的压力差。并可将该压差D(t)分解为由温度变化的影响而产生的压差DH(t)和由容器泄漏产生的压差DL(t)。故可有D(t)＝DH(t)＋DL(t) ……(1)在被测容器内压力大于环境压力1.9倍时，由容器泄漏造成的压差DL(t)则是时间的线性函数。 $\mathrm{DL}\left(t\right)=\frac{\mathrm{dDL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t=\mathrm{tb}}(t-\mathrm{tb})......\left(2\right)$ 而将由温度变化造成的压差DH(t)作为惯性环节的阶跃响应，则有 $\frac{\mathrm{dDL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t>\mathrm{td}}=\frac{\mathrm{dD}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t>\mathrm{td}}......\left(3\right)$ 其中td为系统的热平衡时间。由此根据检测的压差数组采用数值微分的方法来求取系统的热平衡时间td。再根据系统处于热平衡状态后检测的压差数组，用数值微分法求得式(3)值，然后求取被测容器的泄漏比容积速率 $q=$ $\frac{1}{P_0}\•\frac{\mathrm{dDL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t>\mathrm{td}}......\left(4\right)$ 其中P₀为检测环境的压力。

泄漏速率    Q＝V·q……(5)

泄漏量      VL＝(te－tb)·Q……(6)其中V为被测容器容积。

检测方法2，将所测压差与时间关系构成压差函数，则在tb到检测结束时间te的泄漏比容积速率为常数，即 $\frac{\mathrm{dDL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t=\mathrm{tb}}=\frac{\mathrm{dDL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t>\mathrm{td}}......\left(7\right)$ 根据式(2)、(4)、(7)可得

  DL(t)＝q·P₀·(t－tb)……(8)。将DH在S空间作为非振荡二阶系统的阶跃响应，其表达式可简化为一个惯性环节 $\frac{A}{1+\mathrm{thS}}......\left(9\right)$ 与一个延迟环节

e^{－(tb－ty)S}             ……(10)的组合，式中A为惯性环节的放大系数、tb为惯性环节的时间常数、ty－tb为延迟环节的延迟时间。故可有 $\mathrm{Dt}=A\[1-e^{\frac{-(t-\mathrm{ty})}{\mathrm{th}}}\]......\left(11\right)$ 由此可得 $A=\mathrm{th}\·\frac{\mathrm{dDH}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t=\mathrm{ty}}......\left(12\right)$ 由式(1)和(8)可得 $\frac{\mathrm{dDH}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t=\mathrm{ty}}=\frac{\mathrm{dD}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t=\mathrm{ty}}-q\·P_0...\left(13\right)$ 由式(11)、(12)、(13)可得 $\mathrm{DH}\left(t\right)=\mathrm{th}\[\frac{\mathrm{dD}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t=\mathrm{ty}}-q{P}_0\]\·$ $\·\[1-e^{\frac{-(t-\mathrm{ty})}{\mathrm{th}}}\]......\left(14\right)$ 根据图5所式的压差组成成分示意和式(8)、(14)可得压差函数表达式 $\mathrm{DH}\left(t\right)=\mathrm{th}\[\frac{\mathrm{dD}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}{|}_{t=\mathrm{ty}}-q{P}_0\]\·$ $\·\[1-e^{\frac{-(t-\mathrm{ty})}{\mathrm{th}}}\]+q{P}_0(t-\mathrm{ty})+$ ＋D(ty)    ……(15)根据该式和检测所得的压差数组采用非线性最小二乘法来求得容器的泄漏比容积速率q，再由式(5)求得泄漏速率Q，由式(6)求得泄漏量VL。

Claims (4)

1.容器泄漏检测方法，是对被测容器和平衡容器同时充气加压，并将此时做为记时起点时间，当两容器内压力达到检测压力时记录充气时间ta，在时间达到设定的压力时间tb时，将气源与被测容器、平衡容器以及两容器之间相互隔绝、封闭，开始检测记录两容器之间的压差D，并将该压差分解为由温度变化的影响而产生的压差DH和由容器泄漏产生的压差DL，本发明的特征在于将由温度变化造成的压差DH作为惯性环节的阶跃响应，而将容器泄漏造成的压差DL作为时间的线性函数，由此根据检测的压差求取系统的热平衡时间，再根据系统处于热平衡状态时的压差求得被测容器的泄漏比容积速率或者泄漏速率或者泄漏量。

2.根据权利要求1所述的容器泄漏检测方法，本发明的特征在于将所测压差与时间关系构成压差函数D(t)，在DH作为非振荡二阶系统的阶跃响应下，再将该压差函数作为惯性环节与延迟环节相串联系统的阶跃响应，以此取得压差函数表达式来求得容器的泄漏比容积速率或者泄漏速率或者泄漏量。

3.利用权利要求1或2所述的容器泄漏检测方法而制成的容器泄漏检测装置，是由气压源[1]、过滤器[2]、压力设定阀[3]、压力表[4]、电磁阀[5]、[6]由管路串接构成，本发明的特征在于电磁阀[6]的出口由管路同时连接被测容器连接阀[8]和压力传感器[7]；另外还有由检测输入电路、控制输出电路和微机系统构成的计算控制装置，并将压力传感器[7]的电输出信号与计算控制装置的检测输入电路连接，而微机输出的控制信号通过控制输出电路与电磁阀[5]、[6]做电控制连接。

4.利用权利要求1或2所述的容器泄漏检测方法而制成的容器泄漏检测装置，是由气压源[10]、过滤器[11]、压力设定阀[12]、压力表[13]、电磁阀[14]、[15]、[16]以及差压传感器[17]、被测容器连接阀[20]和平衡容器[19]通过管路连接构成，本发明的特征是在所述的差压传感器[17]的两端同时用管路并接—个保护电磁阀[18]，另外还设有由检测输入电路、控制输出电路和微机系统构成的计算控制装置，并将差压传感器[17]的电输出信号与计算控制装置的检测输入电路连接，而微机输出的控制信号通过控制输出电路与电磁阀[14]、[15]、[16]、[18]做电控制连接。

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