CN115735106A - 泄漏检测方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查物体的泄漏密封性的泄漏检测系统(1)，所述系统(1)包括：‑用于对空间加压的装置(5)；‑第一压力传感器(7)，其被配置成测量所述加压空间中的压力变化；‑第二压力传感器(9)，其被配置成测量环境压力，例如大气压的变化；‑电子实体(15)，其被配置成取决于所述加压空间中的所述压力变化ΔP和所述环境压力变化APext确定泄漏F'、F"，所述变化ΔP、ΔPext分别由所述第一传感器(7)和第二传感器(9)在预定测试时间间隔W内测量。

Description

泄漏检测方法和系统
技术领域
本发明涉及用于更具体来说基于与泄漏水平相关的物理量的测量而检查物体的密封性的泄漏检测系统和方法的领域。
存在用于检测泄漏的各种系统和方法，但在这种情况下，本发明更具体来说涉及通过压力变化的泄漏检测。
背景技术
当需要通过压力变化检测泄漏时，将检查其密封性水平的待测试物体经历受控的压力变化，也就是说，将已知压力变化施加到物体的内部空间(称为直接方法)或所述物体周围的封闭空间(称为间接方法)。随后，在特定时间之后，再次测量已经经历所述压力变化的空间中的压力。如果物体有泄漏，则测得压力与初始压力不同。
通常在给定时间内测量压力变化，以允许确定与物体相关的泄漏水平。实际上，每单位时间的压力变化可以通过以下数学关系与泄漏水平相关：
Figure BDA0004025799560000011
其中，F是通常以立方厘米/分钟(或cm3/min)表示的泄漏，ΔP是在空间中测量到的压力变化(以帕斯卡(Pa)为单位)，Δt是测得压力变化ΔP的时间间隔(以秒为单位)，V是通常以立方厘米(cm3)表示的要考虑的相关空间(例如物体的内部空间)，并且k是乘法常数(以Pa-1为单位)。
因此，无论物体或物体的子元素如何，可以检查物体是否泄漏并确定其密封性水平。
待测试的物体可以是电子装置、包装、容器等。因此，相对于待测试物体、其空间、其形状、其功能等，密封性水平的公差可以是高度可变的。
然而，当待确定的泄漏水平与待测试物体的空间相比相对较小时，环境参数可能难以测量压力变化和/或其重复性。
实际上，与泄漏有关的压力变化的值随后具有接近环境(通常为大气压)的压力变化的数量级，因此特别难以获得可靠的泄漏测量值并且难以区分与泄漏相关的压力变化和与环境相关的变化。
当取决于在待测试物体上或在所述泄漏检测系统附近执行的操作，在工厂中，即在温度和压力可能局部变化和/或随时间变化的工业环境中执行泄漏检测时，此问题更加明显。
发明内容
本发明在汽车电动车辆的电池的泄漏检测领域以及具有类似问题的任何物体的泄漏检测领域中找到有利的应用。
实际上，汽车电池因此通常由容纳在外壳中的几个模块组成，所述外壳配备有冷却系统、电子管理卡等。
这种类型的电池可以具有大的空间，大约为100至150升(或立方分米)，并且必须满足严格的密封性标准，因为在此种物体中存在水可能是灾难性的。因此，电池的泄漏水平必须很小，因此以接近电池环境的温度变化和/或压力的数量级来检查这种泄漏。另外，在电池安装在车辆中之前，对电池进行电气和机械测试。因此，电池会经历可能会影响后续密封性检查的热应力和机械应力。
因此，专利持有人已经进行研究和测试，以提供一种具有改进的灵敏度并且能够在泄漏检测中实现更好的重复性，同时提高所述泄漏的可检测性水平的泄漏检测方法和系统。
因此，本发明是一种用于检查物体的密封性的新泄漏检测系统，所述系统包括：
-用于对空间加压的装置；
-第一压力传感器，其被配置成测量加压空间中的压力变化；以及
-第二压力传感器，其被配置成测量环境(例如大气压)的压力变化；以及
-电子实体，其被配置成取决于加压空间中的压力变化ΔP和环境的压力变化ΔPext确定泄漏F'、F”，所述变化ΔP、ΔPext分别由第一和第二传感器在预定测试时间间隔ttest内测量。
根据可能特征，根据环境的压力变化ΔPext校正所述空间中的压力变化ΔP。
所述空间的压力变化的校正使得可以获得接近被测试物体的泄漏实值的泄漏值。
根据另一可能特征，第一和/或第二压力传感器是差压传感器。
差压传感器的使用具有能够测量较小压力变化且消除与被测试物体的机械和/或热行为相关的测量误差的优点。
根据另一可能特征，电子实体和所述第一和第二传感器使得可以在测试时间间隔ttest内生成：
-在所述空间中的压力变化ΔP的曲线；
-环境的压力变化ΔPext的曲线。
根据另一可能特征，电子实体(15)基于校正后压力变化ΔP'确定被测试物体的泄漏水平F'，所述校正后压力变化ΔP'计算如下：
F'＝C1ΔP'＝C1(ΔP-kSΔPext)
其中kS是特定于第一和第二传感器的归一化系数并且C1是取决于被测试物体的时间和空间的常数。
根据另一可能特征，基于在所述空间中的压力变化ΔP的曲线和环境的压力变化ΔPext的曲线，或在所述空间中的压力变化ΔP的所述测量和环境的压力变化ΔPext的测量之前，确定归一化系数kS，归一化系数kS的值存储在电子实体的存储器中。
根据另一可能特征，系统包括第三压力传感器，其被配置成测量加压空间中的压力。
根据一个方面，第三传感器可以例如是绝对压力传感器。
根据另一可能特征，所述电子实体经由至少一个传感器确定物体的每单位时间的平均温度变化，所述平均温度变化还用于取决于加压空间中的压力变化和环境的压力变化确定泄漏。
实际上，如果被测试物体与其环境不处于热平衡状态，则它感测或传递热量的事实会改变空间的温度，从而改变所述空间中的压力。
根据另一可能特征，电子实体被配置成经由第二或第三传感器确定加压空间和/或被测试物体的平均温度变化。
根据另一可能特征，所述电子实体经由至少一个传感器确定与每单位时间的物体的平均温度变化相关的压力变化ΔTP，所述压力变化ΔTP还用于取决于加压空间中的压力变化ΔP和环境的压力变化ΔPext确定被测试物体的泄漏F”。
根据另一可能特征，电子实体取决于以下公式确定被测试物体的泄漏水平F”：
F”＝C1ΔP”＝C1(ΔP-kSΔPext-ΔTP)
其中ΔP”是被测试物体的校正后压力变化，ΔTP是取决于在所述物体的测试时间期间被测试物体的平均温度变化的压力变化，并且C1是取决于被测试物体的时间和空间的常数。
根据另一可能特征，系统包括配置成容纳待测试物体的隔热壳体。
根据另一可能特征，隔热壳体由导热系数在20℃下小于0.05W.m-1.K-1，优选在20℃下小于0.03W.m-1.K-1，并且甚至更有利地在20℃下小于0.01W.m-1.K-1的材料制成。
根据另一可能特征，容纳待测试物体的所述壳体包括能够容纳待测试物体和参考物体的一个或多个空腔。
根据另一可能特征，系统包括通风装置，所述通风装置被配置成搅动壳体的内部空间的气体(优选地惰性)或空气。
所述通风装置尤其可以避免在壳体与检测装置的外部之间产生热点和/或热桥。
本发明还涉及一种用于物体密封性检查的泄漏检测方法，所述方法在泄漏检测系统(1)内实施并且包括以下步骤：
-通过加压装置对空间加压；
-通过第一压力传感器测量加压空间的压力变化；
-通过第二传感器测量环境的压力变化；
-取决于加压空间的压力变化和环境的压力变化确定和检测泄漏。
附图说明
在参考附图仅借助于说明给出而不是限制性的对本发明的特定实施例的以下描述中，将更好地理解本发明并且其另外的目的、细节、特征和优点将变得更加清楚，其中：
-称为[图1]的图1是根据本发明的泄漏检测系统的高度示意性表示；
-称为[图1a]的图1a是图1的系统的压力传感器的示意性图和放大图；
-称为[图2]的图2是当物体是用于电动汽车车辆的电池时用于检查物体的密封性的图1的系统的示意性透视图；
-称为[图3]的图3是表示根据本发明的泄漏检测方法的步骤的流程图；
-称为[图4]的图4是在图3的方法的不同步骤期间在空间中的压力变化的图形；
-称为[图5]的图5是作为曲线表示在物体的密封性检查期间与被测试物体和环境相关的空间中的压力变化的实例的图形；
-称为[图6]的图6是从图5中的曲线确定的与被测试物体相关的空间中的压力变化的曲线。
具体实施方式
因此，[图1]是用于检查物体10的密封性的泄漏检测系统的高度示意性表示，在下文描述的实例中，被测试物体是用于汽车的电池，但是可以是其密封性必须进行检查并且其要检测的泄漏水平处于与所述系统的环境相关的干扰的数量级的任何物体。
因此，所述系统包括：
-用于对与被测试物体10相关的空间(例如，电池10的特征空间)加压的装置5，也就是说，这可以是电池的内部空间(直接方法)或电池周围的封闭空间(间接方法)；
-第一压力传感器7，其被配置成测量所述特征空间的压力变化以检查电池10的密封性；
-第二压力传感器9，其被配置成测量环境(通常大气压)的压力变化；
-第三压力传感器17，其为任选传感器，所述第三压力传感器被配置成测量在所述特征空间中由所述装置5施加的压力；
-空气连接11，其被配置成将加压装置5连接到物体10和参考物13；
-电子实体15，例如电子电路，其连接到各种压力传感器7、9、17并且被配置成恢复由所述传感器7、9和17中的一个或多个测量的压力值。
第一压力传感器7和第二压力传感器9优选地是差压传感器。然而，第三传感器17有利地是绝对压力传感器。
应注意，差压传感器是例如包含隔膜的传感器，其中隔膜的每个面都暴露于压力，隔膜的位移(例如通过电容效应测量)使得能够测量隔膜的每个面的压差。
[图1a]是配置成测量环境(例如大气压)的压力变化的第二差压传感器9的高度示意图。
更具体来说，传感器9包括隔膜201，其中每个面位于单独空腔203、205中。传感器9的空腔203、205中的每一个与外部(在这种情况下，大气)连通，然而空腔205中的一个被配置成过滤掉可能在所述环境中发生的快速压力变化，因此可以定义空腔203、206中的每一个中普遍存在的压力值Pext和P'ext，所述压力值的差提供环境的压力变化ΔPext。
类似地，在本实例中，泄漏检测借助于参考物13完成，但后者可以是：
-参考件(也就是说，具有所需的密封性水平的相同物体)，在此情况下，在测试件与参考件之间执行压力变化的测量；
-插塞，测量测试件与参考侧插塞之间的压力变化；
-待测试的另一类似物体，因此同时测试两个零件，一个在测试侧，另一个在参考侧。
更具体来说，装置5包括：
-压缩空气供应器51；
-空气回路，其包含多个阀门57并且在一方面连接到电源51并在另一方面被配置成调节压缩空气到空气回路的各个部分的供应，也就是说，到所述传感器7、17中的至少一个和/或待测试物体10和参考物13的至少一个特征空间的供应(经由空气连接11)。
一般来说，装置5和其元件51、57、电子实体15以及各种传感器7、9和17布置在外壳20内部。然而，例如传感器9的各个元件可以偏移并且布置在外壳20外部。
所述电子实体15还连接到所述阀门57，以便在用于检查物体10的密封性所需的各个步骤期间控制所述阀门57。
关于[图2]，它是用于检查电池10的密封性的[图1]的系统的示意性透视图。
因此，所述系统1此外包括壳体30，所述壳体包括底座30a和罩盖30b。底座30a被配置成容纳电池10和用于覆盖所述电池10的罩盖30b，以在检测到泄漏时限制环境影响。
为此，所述壳体30可以由导热系数在20℃下小于0.05W.m-1.K-1，优选地在20℃下小于0.03W.m-1.K-1，并且甚至更有利地在20℃下小于0.01W.m-1.K-1的材料制成。
在未示出的替代实施例中，所述壳体30包括能够容纳待测试物体10和参考物13的一个或多个空腔。
在未表示的另一替代实施例中，系统1包括通风装置，所述通风装置被配置成搅动壳体30的内部空间的气体(优选地惰性)或空气。
因此，如[图3]中所说明，当需要检查例如电池的物体10的密封性时，所述系统1执行以下方法100：
-经由加压装置5对物体10的特征空间，例如电池的内部空间加压S1；
-通过第一压力传感器7测量物体10的加压空间的压力变化S2；
-通过第二传感器9测量环境的压力变化S3；
-取决于加压空间的压力变化ΔP和环境(在这种情况下，大气压)的压力变化ΔPext，检测泄漏S4。
应注意，方法100的一些步骤是更具体地在[图4]中说明的可以分成四个阶段的空气泄漏检测管理方法的一部分：
-用压缩空气填充I空间的阶段，压力增加到所需压力值P1；
-稳定阶段II，在对空间加压之后，等待其恢复到热和机械平衡，使得现象不会干扰泄漏的测量，应注意，填充阶段I和稳定阶段II对应于加压步骤S1；
-测试阶段III，在此期间，在预定测试时间ttest内测量加压空间中的压力变化和环境的压力变化(因此，测试阶段III对应于上述步骤S2和S3)；
-排气阶段IV，在此期间，加压空间恢复到大气压。
下文描述的各种步骤和阶段由电子实体15控制，所述电子实体相应地管理各种阀门57的打开和闭合。
另外，所述电子实体15被配置成取决于加压空间中的压力变化ΔP和环境的压力变化ΔPext确定泄漏F'和F”，所述变化ΔP、ΔPext分别由第一传感器7和第二传感器9在预定时间间隔ttest内测量。
[图5]作为曲线说明由第一传感器7和第二传感器9测量的压力值的实例。存在说明加压空间中的变化ΔP的曲线以及说明在测试时间ttest内环境的压力变化ΔPext的另一曲线。所述曲线经由电子实体以及第一传感器7和第二传感器9生成。
因此，电子实体15被配置成通过曲线ΔPext校正曲线ΔP，以便获得不再受环境(来自环境的压力和/或温度变化)影响的校正后压力变化ΔP'。
更具体来说，所述校正后压力变化ΔP'计算如下：
ΔP'＝(ΔP-kSΔPext)
其中kS是特定于传感器7和9的归一化系数，从而允许从彼此减去曲线中的每一个的值。
在[图6]中说明基于[图5]中的曲线的校正后压力曲线ΔP'的实例。
所述归一化系数kS是例如：
-例如通过制造极值比基于测量曲线ΔP、ΔPext确定；
-预先确定并且其值存储在电子实体15的存储器中。
因此，电子单元15根据以下公式从校正后压力变化ΔP'确定泄漏水平F'，也称为校正后泄漏水平：
Figure BDA0004025799560000071
其中C1是取决于被测试物体的时间(例如测试时间ttest)和空间V(也就是说，将确定其密封性的物体的空间)的常数。
取决于泄漏值F'并且根据所需阈值，电子实体15指示被测试物体是否合规。
在替代实施例中，所述电子实体15经由至少一个传感器，例如第二传感器9或第三传感器17确定被测试物体的每单位时间的平均温度变化。
所述平均温度变化随后用于取决于在加压空间中测量到的压力变化ΔP和环境的压力变化ΔPext确定校正后泄漏F”。
更具体来说，在测试之前的步骤中，第二传感器9或第三传感器17被配置成取决于每单位时间的物体的平均温度变化测量压力变化ΔTP(以Pa/s为单位)。
此测量可以例如在填充之前的步骤期间或在稳定阶段期间执行，但是有必要将待测试物体和/或参考物与外部隔离。
电子实体15随后取决于以下公式确定在被测试物体的特征空间中的校正后压力变化ΔP”：
ΔP”＝ΔP-kSΔPext-ΔTP
随后，如先前所述，电子实体15根据先前等式基于ΔP”计算校正后泄漏水平F”。

Claims (11)

1.一种用于检查物体的密封性的泄漏检测系统(1)，所述系统(1)包括：
-用于对空间加压的装置(5)；
-第一压力传感器(7)，其被配置成测量所述加压空间中的压力变化；
-第二压力传感器(9)，其被配置成测量环境，例如大气压的压力变化；
-电子实体(15)，其被配置成取决于所述加压空间中的所述压力变化ΔP和所述环境的所述压力变化ΔPext确定泄漏F'、F”，所述变化ΔP、ΔPext分别由所述第一传感器(7)和所述第二传感器(9)在预定测试时间间隔ttest内测量。
2.根据前一权利要求所述的系统，其特征在于，所述空间中的所述压力变化ΔP取决于所述环境的所述压力变化ΔPext进行校正。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一压力传感器(7)和/或所述第二压力传感器(9)是差压传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述电子实体(15)和所述第一传感器(7)和所述第二传感器(9)使得可以在所述测试时间间隔ttest内生成：
-在所述空间中的所述压力变化ΔP的曲线；
-所述环境的所述压力变化ΔPext的曲线。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子实体(15)基于校正后压力变化ΔP'确定被测试物体的泄漏水平F'，所述校正后压力变化ΔP'计算如下：
F'＝C1ΔP'＝C1(ΔP-kSΔPext)
其中kS是特定于所述第一传感器(7)和所述第二传感器(9)的归一化系数并且C1是取决于所述被测试物体的时间和空间的常数。
6.根据前一权利要求所述的系统，其特征在于，确定所述归一化系数kS：
-基于在所述空间中的所述压力变化ΔP的所述曲线和所述环境的所述压力变化ΔPext的所述曲线，或
-在所述空间中的所述压力变化ΔP的所述测量和所述环境的所述压力变化ΔPext的所述测量之前，
所述归一化系数kS的值存储在所述电子实体(15)的存储器中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括第三压力传感器(17)，其被配置成测量所述加压空间中的压力P。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子实体(15)通过至少一个传感器确定与每单位时间的所述物体的平均温度变化相关的压力变化ΔTP，所述压力变化ΔTP还用于取决于所述加压空间中的所述压力变化ΔP和所述环境的所述压力变化ΔPext确定所述被测试物体的所述泄漏F”。
9.根据前一权利要求所述的系统，所述电子实体(15)取决于以下公式确定所述被测试物体的所述泄漏水平F”：
F”＝C1ΔP”＝C1(ΔP-kSΔPext-ΔTP)
其中ΔP”是所述被测试物体的所述校正后压力变化，ΔTP是取决于在所述物体的所述测试时间期间所述被测试物体的所述平均温度变化的所述压力变化，并且C1是取决于所述被测试物体的所述时间和空间的常数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括配置成容纳待测试物体的隔热壳体。
11.一种在根据权利要求1至10中任一项所述的泄漏检测系统(1)内实施的泄漏检测方法(100)，所述方法包括以下步骤：
-通过加压装置(5)对空间加压(S1)；
-通过第一压力传感器(7)测量所述加压空间的所述压力变化(S2)；以及
-通过第二传感器(9)测量所述环境的所述压力变化(S3)；
-取决于所述加压空间的所述压力变化ΔP和所述环境的所述压力变化ΔPext检测泄漏(S4)。
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