CN116615640A - 泄漏测试设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泄漏测试设备(1)和针对泄漏对装置(10)进行测试的对应方法。装置(10)可以是工业产品，例如具有一个或多个可密封孔口的电气壳体。泄漏测试设备(1)包括泵(2)、压力腔室(3)、压力感测单元(4)、控制、处理和判定单元(5)以及用户接口(6)。第一阀(7)可以将泵(2)连接到压力腔室(3)，并且第二阀(8)可以将压力腔室(3)连接到被测装置(10)。泵(2)连接到气体源或汇(9)，诸如大气。因此，泵(2)可以对压力腔室(3)的内部体积(33)进行加压或抽空。然后，内部体积(33)可以连接到被测装置(10)的内部体积(11)，该内部体积(11)已经与其环境密封开，以便针对泄漏对装置(10)进行测试。压力感测单元(4)具有高分辨率，并且能够以高频对内部体积(33)中的压力进行采样，以便导出被测装置(10)的测试数据集。由被测装置(10)的内部形状、构造和材料构造确定的测试数据集是被测装置(10)的特性。由于测试数据集将受到被测装置(10)中的一个或多个泄漏的存在的影响，因此控制、处理和判定单元(5)能够分析测试数据集，例如通过将它与控制数据集进行比较，以判定被测装置(10)是否通过泄漏测试，并且可以将泄漏测试的结果输出到用户接口(6)。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的泄漏测试设备以及根据权利要求7所述的针对泄漏对装置进行测试的方法。
背景技术
在现有技术中已知的是使用泄漏测试设备来执行泄漏测试程序而针对一个或多个泄漏对装置进行测试。例如，US3,800,586A、US4,587,619A以及US5,239,859A描述了不同的泄漏测试设备和使用其中分别描述的不同设备针对泄漏对装置进行测试的方法。
US3,800,586A描述了将被测装置连接到泄漏测试设备，并通过关闭阀以将测试压力容纳在装置中并测量压力的变化来使被测装置经受测试压力。测试设备在装置关闭之后测量被测装置中的初始压力，并将压力的变化与初始压力进行比较，从而确定被测装置中任何泄漏的程度。
US4,587,619A描述了一种用于使用电子动态平衡泄漏测试系统进行电子泄漏测试的方法和设备。该系统利用“活零”来检测被测装置中的任何泄漏，其中在预定的期望压力或真空下的测试介质源连接到待测试的装置。在装置已经被填充有测试介质并且已经为系统提供了间隔以稳定由于波前振荡引起的任何影响之后，被测装置暂时与测试介质源隔离，并且使用微计算机系统，两者都引起隔离，并且测量在测试期间的两个时间点处存在的压差。
US5,239,859A描述了一种用于对中空体进行泄漏测试的方法和设备，其中中空体被放置在测试腔室中。中空体暴露于中空体的内部压力与测试腔室中的压力之间的正压差或负压差中的一种。在两个时间点处从测试腔室中抽出在测试腔室中占主导的压力，其中产生在两个时间点处测试腔室中的主导压力值之间的压力差的信号。根据所产生的压差信号来确定中空体的紧密度或体积变化。
现有技术的泄漏测试方法包括压力衰减测试和真空衰减测试，根据每种测试方法使被测装置分别经受正压或负压。
本发明的目的
因此，本发明的目的是提供一种改进的泄漏测试设备和一种针对泄漏对装置进行测试的改进的方法。
发明内容
本发明的目的通过根据权利要求1所述的泄漏测试设备来解决。所述泄漏测试设备包括泵、压力腔室、第一阀、第二阀、压力感测单元、控制、处理和判定单元、以及具有控制、处理和判定单元的用户接口。所述泵至少包括第一端口和第二端口，其中所述第一端口与气体源或汇流体连通，并且所述泵被配置为在其所述第一端口与所述第二端口之间泵送气体。所述压力腔室包括内部体积以及与所述压力腔室的所述内部体积流体连通的至少第一端口和第二端口。所述第一阀至少具有将所述泵的所述第二端口置于与所述压力腔室的所述第一端口流体连通的开启状态和防止所述泵的所述第二端口与所述压力腔室的所述第一端口之间的流体连通的关闭状态。所述第二阀至少具有将所述压力腔室的所述第二端口置于与被测装置的内部体积流体连通的开启状态和防止所述压力腔室的所述第二端口与所述被测装置的所述内部体积之间的流体连通的关闭状态。所述压力感测单元至少包括压力测量输出端，并且被配置为在如下的第一时间和第二时间之间重复测量所述压力腔室的所述内部体积的压力。所述第一时间是当所述压力腔室的所述内部体积的压力具有与所述被测装置的所述内部体积的压力不同的预定值并且所述第二阀的所述关闭状态防止所述压力腔室的所述内部体积与所述被测装置的所述内部体积之间的流体连通时。所述第二时间是当在所述第二阀的所述开启状态将所述压力腔室的所述内部体积置于与所述被测装置的所述内部体积流体连通之后所述压力腔室的所述内部体积的所述压力与所述被测装置的所述内部体积的所述压力平衡时。所述控制、处理和判定单元被配置为控制所述泵以及所述第一阀和所述第二阀的开启状态和关闭状态，从所述压力感测单元的所述压力测量输出端接收多个压力测量，并且基于从所述多个压力测量导出的测试数据集来判定所述被测装置是否通过泄漏测试。
由于压力感测单元在压力腔室的内部体积的压力与被测装置的内部体积的压力平衡时重复测量压力腔室的内部体积的压力，因此从多个压力测量导出的测试数据集是被测装置的特性。因此，它可以被认为是被测装置的“指纹”。由于测试数据集将受到被测装置中的一个或多个泄漏的存在的影响，因此控制、处理和判定单元能够通过分析该测试数据集来判定被测装置是否通过泄漏测试。与将泄漏测试开始时的压力值与泄漏测试结束时的压力值进行比较或仅仅计时被测装置达到预定压力花费多长时间以便判定被测装置是否通过泄漏测试的现有技术的泄漏测试设备相比，这具有以下优点：测试数据集可以用于通过分析测试数据集来识别被测装置中的任何可能泄漏的位置和性质。该分析可以由本发明的泄漏测试设备的用户执行，或在适当编程时由其控制、处理和判定单元执行，或由两者的组合执行。
该解决方案也是有益的，因为与现有技术的一些泄漏测试设备不同，它不需要调节气体源或汇，这需要使用更精确制造并且因此更昂贵的部件。此外，使用经调节的真空或加压气体源的现有技术的泄漏测试设备可能不适于将具有彼此不同的内部体积的宽范围的不同装置测试到类似水平的准确性。这是因为使用经调节的气体源或汇经受泄漏测试的具有不同内部体积的装置需要彼此不同的气体流速以实现相同水平的准确性。相反，本发明的设备可以容易地适用于具有彼此不同的内部体积的测试设备，或通过改变压力腔室的内部体积或通过改变压力腔室的内部体积中的压力的预定值以适应被测装置的内部体积。压力腔室的内部体积可以通过将均具有彼此相同或类似的内部体积的多个压力腔室连接在一起、或通过将压力腔室与更适合于被测装置的内部体积的不同尺寸的压力腔室互换而容易地改变。
可以根据任何权利要求和/或以下描述的一部分来配置本发明的有利实施例。
在一些实施例中，所述压力感测单元能够以至少10Hz、优选地至少100Hz、更优选地至少1Khz并且最优选地至少10kHz的时间频率测量所述压力腔室的所述内部体积的压力。可以以更高频率重复测量压力腔室的内部体积中的压力的压力感测单元具有增加被产生的测试数据集的时间分辨率的优点。这有利于揭示否则通过以更低频率测量压力腔室的内部体积中的压力可能无法检测到的被测装置的一个或多个特征。
在一些实施例中，所述压力感测单元能够以小于或等于0.1％、优选地小于或等于10000分之一、更优选地小于或等于105分之一、并且最优选地小于或等于106分之一的准确性测量所述压力腔室的所述内部体积的压力。可以以更大准确性重复测量压力腔室的内部体积中的压力的压力感测单元具有增加被产生的测试数据集的压力分辨率的优点。这有利于揭示否则通过以更小准确性测量压力腔室的内部体积中的压力可能无法检测到的被测装置的一个或多个特征。
在所述设备的一些实施例中，所述控制、处理和判定单元被配置为通过将所述被测装置的所述测试数据集与控制数据集进行比较来判定所述被测装置是否通过泄漏测试，并且如果所述测试数据集根据预定准则与所述控制数据集足够类似，则接受所述被测装置，而如果所述测试数据集根据所述预定准则与所述控制数据集不够类似，则拒绝所述被测装置。
控制数据集可以例如从多个测试数据集导出，每个测试数据集由与被测装置相同的类型的其他装置在连接到相同的泄漏测试设备并且经受相同的泄漏测试程序时产生。另一方面，控制数据集可以替代地是由与被测装置相同的类型的单个装置在连接到相同的泄漏测试设备并且经受相同的泄漏测试方法时产生的测试数据集。该单个设备可以是被测装置类型的标准化原型，或它可以是与具有特定特征(诸如已知位置中的一个或多个泄漏)的被测装置相同的类型的示例。
预定准则可以例如是测试数据集和控制数据集之间的预定程度的相似性或差异。预定准则可以是固定准则和动态准则，在后一种情况下，其随着连续装置连接到相同的泄漏测试设备并且经受相同的泄漏测试方法而改变。
如果这样的话，所述控制、处理和判定单元可以被配置为通过机器学习从与所述被测装置相同类型的多个装置导出所述预定准则，其中所述相同类型的多个装置中的每一个已经经受与所述被测装置相同的泄漏测试程序。该解决方案是有益的，因为随着连接到相同的泄漏测试设备并且经受相同的泄漏测试方法的相同类型的装置的数量增加，它改善了控制、处理和判定单元能够确定是应当接受还是拒绝被测装置的准确性。
在一些实施例中，所述控制、处理和判定单元可以被配置为从所述泵以及所述第一阀和所述第二阀中的至少一个接收状态信息，诸如其相应的开启状态和关闭状态、泵在其开启状态下时的操作速率等。该解决方案是有益的，因为它允许控制、处理和判定单元对泵以及第一阀和第二阀中的至少一个实施闭环控制，而不仅仅是开环控制。
本发明还涉及一种针对泄漏对装置进行测试的方法。所述方法至少包括：将气体泵入或泵出密封的压力腔室，直到所述压力腔室的内部体积的压力达到预定值，然后以气密方式关闭所述压力腔室；关闭所述被测装置的任何孔口，否则所述孔口会将所述被测装置的内部体积置于与所述被测装置的环境流体连通；将所述被测装置的所述内部体积与所述压力腔室的所述内部体积流体连通地连接；重复测量所述压力腔室的所述内部体积中的压力，直到所述压力腔室的所述内部体积中的压力与所述被测装置的所述内部体积中的压力平衡，以产生测试数据集；以及将由此产生的所述测试数据集与控制数据集进行比较。如果所述测试数据集根据预定准则与所述控制数据集足够类似，则接受所述被测装置，而如果所述测试数据集根据所述预定准则与所述控制数据集不够类似，则拒绝所述被测装置。
控制数据集可以例如是多个测试数据集的算术或几何平均值，每个测试数据集由与被测装置相同的类型的其他装置在经受相同的泄漏测试方法时产生。另一方面，控制数据集可以是由与被测装置相同的类型的单个装置在经受相同的泄漏测试方法时产生的测试数据集。上述单个设备可以是被测装置类型的标准化原型，或它可以是与具有特定特征(诸如已知位置中的一个或多个泄漏)的被测装置相同的类型的示例。
预定准则可以例如是测试数据集和控制数据集之间的预定程度的相似性或差异。预定准则也可以是固定准则，或它可以是随着连续装置连接到相同的泄漏测试设备并且经受相同的泄漏测试方法而改变的动态准则。
该解决方案是有益的，因为重复测量压力腔室的内部体积中的压力直到压力腔室的内部体积中的压力与被测装置的内部体积中的压力平衡提供了为被测装置的特性并且因此可以被认为是被测装置的“指纹”的测试数据集。因此，这也可以通过将被测装置的测试数据集与由与被测装置相同的类型的其他设备产生的其他测试数据集进行比较来帮助识别被拒绝的装置中的任何泄漏的类型和/或位置，而不仅仅是确定被测装置是应当被接受还是被拒绝。
在一些实施例中，重复测量所述压力腔室的所述内部体积中的压力包括以至少10Hz、优选地至少100Hz、更优选地至少1Khz并且最优选地至少10kHz的时间频率重复测量所述压力腔室的所述内部体积中的压力。以更高频率重复测量压力腔室的内部体积中的压力具有增加为被测装置的特性的测试数据集的时间分辨率的优点。因此，这可以揭示否则通过以更低频率测量压力腔室的内部体积中的压力可能无法检测到的被测装置的一个或多个特征。
在一些实施例中，重复测量所述压力腔室的所述内部体积中的压力包括以小于或等于0.1％、优选地小于或等于10000分之一、更优选地小于或等于105分之一、并且最优选地小于或等于106分之一的准确性重复测量所述压力腔室的所述内部体积中的压力。以更大准确性重复测量压力腔室的内部体积中的压力具有增加为被测装置的特性的测试数据集的压力分辨率的优点。因此，这也可以揭示否则通过以更小准确性测量压力腔室的内部体积中的压力可能无法检测到的被测装置的一个或多个特征。
在一些实施例中，将所述测试数据集与控制数据集进行比较包括将表示所述测试数据集的曲线图的形状与表示所述控制数据集的曲线图的形状进行比较，其中每个所述曲线图对照时间绘制所述压力腔室的所述内部体积中的压力。该解决方案是有益的，因为表示测试数据集的曲线图的形状允许容易地识别被测装置的特性。类似地，表示控制数据集的曲线图的形状也允许容易地识别与被测装置相同的类型的设备的理想示例的特性。
例如，每个曲线图的形状可以由与通过多项式回归获得的测试数据集和控制数据集中的每一个最佳拟合的相应线来定义，并且比较每个曲线图的形状可以包括比较每个相应多项式中的项的系数。通过多项式表达式定义每个这样的曲线图并通过比较每个相应多项式中的项的系数来比较每个这样的曲线图的形状提供了可以量化两个曲线图之间的相似性的程度的容易方式。
如果表示测试数据集的曲线图的形状与表示控制数据集的曲线图的形状进行比较，则比较每个这样的曲线图的形状可以包括比较至少一个并且优选地若干个局部最大值、最小值和/或拐点的在每个曲线图中的相应位置(即，坐标)。该解决方案是有益的，因为两个曲线图中的局部最大值、最小值和/或拐点的相应位置可以是被测装置的特定特征、以及与被测装置相同的类型的设备的理想示例的诊断。
在一些实施例中，所述方法可以包括通过机器学习从与所述被测装置相同类型的多个装置导出所述预定准则，其中所述相同类型的多个装置中的每一个已经经受与所述被测装置相同的泄漏测试方法。该解决方案是有益的，因为随着经受相同的泄漏测试方法的相同类型的装置的数量增加，它改善了泄漏测试方法能够确定是应当接受还是拒绝被测装置的准确性。
在一些实施例中，所述方法还包括将所述压力腔室的所述内部体积选择为近似地等于所述被测装置的所述内部体积。例如，所述压力腔室的所述内部体积可以被选择为不大于所述被测装置的所述内部体积的4倍、优选地不大于所述被测装置的所述内部体积的3倍、更优选地不大于所述被测装置的所述内部体积的2倍、并且不小于所述被测装置的所述内部体积的1/4、优选地不小于所述被测装置的所述内部体积的1/3、更优选地不小于所述被测装置的所述内部体积的1/2。该解决方案是有益的，因为以这种方式使压力腔室的内部体积与被测装置的内部体积近似地匹配可以用于增加泄漏测试的灵敏度。
在一些实施例中，将气体泵入或泵出密封的压力腔室直到所述压力腔室的内部体积的压力达到预定值可以包括将气体泵出所述密封的压力腔室直到所述压力腔室被完全抽空。在这种情况下，当第二阀打开时，使用真空使被测装置经受泄漏测试。这具有比使用加压气体的泄漏测试更适合于对具有更大内部体积的装置进行测试的优点。
在一些实施例中，所述针对泄漏对装置进行测试的方法可以包括使用如本文描述的泄漏测试设备。
现在将结合附图描述本发明的其他特征、目标和优点，在附图中示出了本发明的示例性部件。根据本发明的装置和方法的关于其功能至少基本上彼此等同的部件可以用相同的附图标记来标记，其中这些部件不必在所有附图中标记或描述。
在下面的描述中，仅通过示例的方式关于附图来描述本发明。
附图说明
图1是示意性地表示泄漏测试设备的实施例的框图；
图2是示意性地表示针对泄漏对装置进行测试的方法的实施例的流程图，该方法可以使用泄漏测试设备(诸如图1所示的泄漏测试设备)来进行；
图3A是示意性地示出利用图1的泄漏测试设备测量的测试数据集和控制数据集的第一代表性示例的曲线图；以及
图3B是示意性地示出利用图1的泄漏测试设备测量的测试数据集和控制数据集的第二代表性示例的曲线图。
具体实施方式
图1示意性地示出了泄漏测试设备1的实施例，该泄漏测试设备1可以用于发现被测装置10中的一个或多个泄漏。泄漏测试设备1包括：泵2、压力腔室3、压力感测单元4、控制、处理和判定单元5、用户接口6、第一阀7和第二阀8。由于泄漏测试设备1旨在检测泄漏，因此当然重要的是，泄漏测试设备1本身被制造和维护到足够高的标准，以确保它基本上没有泄漏，否则泄漏将干扰其正确操作。因此，前面和下面的描述始终假设泄漏测试设备1本身基本上是无泄漏的。
泄漏测试设备1的泵2包括第一端口21和第二端口22。第一端口21与气体源或汇9(诸如来自泄漏测试设备1的环境或来自测试气体瓶的空气)流体连通，并且泵2被配置为在第一端口21与第二端口22之间泵送气体。因此，泵2可以将气体从气体源9经由第一端口21泵送到第二端口22，在此情况下泵2可以用于对被置于与第二端口22流体连通的事物进行加压，或泵2可以将气体从第二端口22经由第一端口21泵送到汇9(诸如大气)，在此情况下泵2可以用于抽空被置于与第二端口22流体连通的事物。
压力腔室3包括内部体积33以及第一端口31和第二端口32，第一端口31和第二端口32两者与压力腔室3的内部体积33流体连通。压力腔室3是足够的刚性的，使得如果压力腔室3在泄漏测试设备1的操作期间被部分地或完全地抽空或加压，则其内部体积33保持恒定。压力腔室3的内部体积33可以被选择为以如下两种方式中的一种方式大致等于被测装置10的内部体积11。第一，具有不同尺寸的内部体积11的多个不同压力腔室3中的一个可以被选择为大致等于被测装置10的内部体积11。第二，具有彼此相同或类似尺寸的内部体积11的多个压力腔室3可以连接在一起，以形成大致等于被测装置10的内部体积11的组合内部体积。
第一阀7具有开启状态和关闭状态，所述开启状态将泵2的第二端口22置于与压力腔室3的第一端口31流体连通，所述关闭状态防止泵2的第二端口22与压力腔室3的第一端口31之间的流体连通。第二阀8具有开启状态和关闭状态，所述开启状态将压力腔室3的第二端口32置于与被测装置10的内部体积11流体连通，所述关闭状态防止压力腔室3的第二端口32与被测装置10的内部体积11之间的流体连通。
压力感测单元4包括压力测量输出端41，并且被配置为如下所述的那样至少在两个不同的时刻之间重复测量压力腔室3的内部体积33的压力。第一时间是当压力腔室3的内部体积33的压力具有与被测装置10的内部体积11的压力不同的预定值p1并且第二阀8的关闭状态防止压力腔室3的内部体积33与被测装置10的内部体积11之间的流体连通时。第二时间是当在第二阀8的开启状态将压力腔室3的内部体积33置于与被测装置10的内部体积11流体连通之后压力腔室3的内部体积33的压力与测装置10的内部体积11的压力平衡时。压力感测单元4可以以高时间频率(即，高采样率)并且以高分辨率(即，高压力准确性)测量压力腔室3的内部体积33的压力。
控制、处理和判定单元5被配置为控制泵2以及第一阀7和第二阀8的开启状态和关闭状态。它还被配置为从压力感测单元4的压力测量输出端41接收多个压力测量。控制、处理和判定单元5被配置为基于从多个压力测量导出的测试数据集51a、51b来判定被测装置10是否通过泄漏测试。最后，控制、处理和判定单元5还被配置为从泵2以及从第一阀7和第二阀8接收状态信息，诸如泵2是打开还是关闭以及第一阀7和第二阀8是处于其相应的打开启状态还是关闭状态。控制、处理和判定单元5可以包括存储器以存储测试数据51a、51b、控制数据和/或用于其操作的一个或多个程序。
与控制、处理和判定单元5以双向通信连接的用户接口6被配置为使得泄漏测试设备1的用户能够与控制、处理和判定单元5交互。例如，用户接口6允许用户命令控制、处理和判定单元5开始或停止泄漏测试并且从控制、处理和判定单元5接收泄漏测试的结果。
通过参考关于图2给出的以下详细描述，将更好地理解泄漏测试设备1如何操作。
图2示意性地示出了可以使用图1的泄漏测试设备1执行的针对泄漏对装置进行测试的方法100的实施例。为了使泄漏测试设备1适于检测具有不同内部体积11的装置10中的泄漏，方法100最初可以包括将压力腔室3的内部体积33选择99为大致等于被测装置10的内部体积11。这具有以下效果：通过避免压力腔室3与被测装置10的相应内部体积之间的较大失配来改善泄漏测试设备1检测被测装置10中的泄漏的灵敏度。例如，压力腔室3的内部体积33可以被选择99为不大于被测装置10的内部体积11的3倍且不小于被测装置10的内部体积11的1/3。然而，该初始选择99是可选的，因为泄漏测试设备1用于检测被测装置10中的泄漏的灵敏度也可以通过替代地或另外地改变压力腔室3的内部体积33中的压力的预定值p1来调整，以适应被测装置10的不同内部体积11。例如，预定值p1可以经由用户接口6输入到控制、处理和判定单元5中。
方法100包括将气体泵101入或泵101出密封的压力腔室，直到压力腔室的内部体积V1的压力达到预定值p1。例如，在图1的泄漏测试设备1中，可以通过将第二阀8置于其关闭状态来密封压力腔室3，从而防止压力腔室3的第二端口32与被测装置10的内部体积11之间的流体连通。然后可以通过将第一阀7置于其开启状态来将气体泵101入或泵101出压力腔室3，从而将压力腔室3的第一端口31置于与泵2的第二端口22流体连通，并且打开泵2。然后，泵2通过在气体源或汇9与压力腔室3之间泵送气体来加压或抽空压力腔室3，直到达到预定值p1。在泵2将压力腔室3完全抽空到气体汇9的特殊情况下，为了在压力腔室3中产生真空，预定值p1＝0。
当已经达到预定值p1时，该方法包括以气密方式关闭102压力腔室。例如，在图1的泄漏测试设备1中，可以通过将第一阀7置于其关闭状态来以气密方式关闭102压力腔室3，从而防止压力腔室3的第一端口31与泵2的第二端口22之间的流体连通。然后可以关闭泵2。在图1的泄漏测试设备1中，第一阀7和第二阀8可以被置于其相应的开启和关闭状态，并且泵2可以由控制、处理和判定单元5根据预定程序来打开和关闭。例如，控制、处理和判定单元5可以依赖于从压力感测单元4的压力测量输出端41接收的压力测量来使用闭环控制，以便确定何时已经达到预定值p1。该预定程序可以作为程序存储在控制、处理和判定单元5的存储器中。压力腔室3内部的压力的预定值p1也可以在泄漏测试之前或在它已经由用户经由用户接口6输入到控制、处理和判定单元5中之后存储在其存储器中。
方法100还包括关闭103被测装置的任何孔口，否则这些孔口会将被测装置的内部体积置于与被测装置的环境流体连通，并且然后将被测装置的内部体积与压力腔室的内部体积流体连通地连接104。例如，在图1的泄漏测试设备1中，被测装置10的内部体积11可以通过控制、处理和判定单元5将第二阀8置于其开启状态而与压力腔室3的内部体积33流体连通地连接104，从而将压力腔室3的第二端口32置于与被测装置10的内部体积11流体连通。
在被测装置10的内部体积11与压力腔室3的内部体积33流体连通地连接104之前，被测装置10的内部体积11的值可以由V0表示，包含处于压力p0的气体。然后，被测装置10的内部体积V0和压力腔室3的内部体积V1的总和可以由组合体积V2＝V0+V1表示，并且组合体积V2中的气体的压力将最终采用新的值p2，因为压力腔室3的内部体积的压力与被测装置10的内部体积的压力平衡。在泵2已经完全抽空压力腔室3使得在被测装置10的内部体积与压力腔室3的内部体积流体连通地连接104之前p1＝0的特殊情况下，在被测装置10的内部体积已经与压力腔室3的内部体积流体连通地连接104之后，组合体积V2中的气体量保持恒定。然后，在这种情况下，通过波义耳定律，p2V2＝p0V0，假设被测装置10的内部体积V0在泄漏测试之前和之后保持相同(例如，被测装置10可能由于被加压或部分或完全抽空而变形)，并且泄漏测试设备1和被测装置10两者的温度T在测试期间不改变(例如，由于测试气体的绝热加热或冷却)。
在泄漏测试期间，方法100包括重复测量105压力腔室的内部体积中的压力，直到压力腔室的内部体积中的压力与被测装置的内部体积中的压力平衡，以便产生测试数据集。例如，在图1的泄漏测试设备1中，压力腔室3的内部体积33中的压力可以由压力感测单元4测量105，并且控制、处理和判定单元5可以根据从压力感测单元4的压力测量输出端41接收的多个压力测量来产生测试数据集。
方法100然后包括将由此产生的测试数据集与控制数据集进行比较106。例如，在图1的泄漏测试设备1中，控制、处理和判定单元5可以将由此产生的测试数据集与存储在单元5的存储器中的控制数据集进行比较。
如果测试数据集根据预定准则与控制数据集足够类似，则方法100包括接受107a被测装置，而如果测试数据集根据预定准则与控制数据集不够类似，则方法100包括拒绝107b被测装置。例如，在图1的泄漏测试设备1中，控制、处理和判定单元5可以根据预定准则判定是接受107a还是拒绝107b被测装置10，并且还可以经由用户接口6指示被测装置10是已被接受还是已经被拒绝。例如，用户接口6可以包括给出设备10是已被接受还是已经被拒绝的视觉指示的显示屏、和/或给出设备10是已被接受还是已经被拒绝的可听信号的扬声器。
通过参考关于图3A和图3B给出的描述，将更好地理解控制、处理和判定单元5如何判定接受107a或拒绝107b被测装置10。图3A和图3B都是对照x轴或横坐标上的以秒s为单位测量的时间t绘制y轴或纵坐标上的以帕斯卡Pa为单位测量的压力P的曲线图。
图3A示出了由实线表示的第一测试数据集51a和由虚线表示的控制数据集52的示例，这两者都由图1的泄漏测试设备测量。在图3A中所描绘的泄漏测试中，泵2在泄漏测试开始时已经完全抽空压力腔室3，使得压力腔室3内部的压力的预定值p1＝0。
第一测试数据集51a从来自压力感测单元4的压力测量输出端41的多个压力测量导出。这些压力测量在当压力腔室3的内部体积33与被测装置10的内部体积11流体连通地连接时(在图3A中由t1指示)与当内部体积33中的压力已经与内部体积11中的压力平衡时(在图3A中由t2指示)之间的时间期间进行。压力感测单元4以高时间频率并且以高压力分辨率进行这些压力测量，以便控制、处理和判定单元5可以捕获线51a的形状，包括其可能包含的任何局部最大值、最小值和拐点。例如，压力感测单元4以至少10Hz的时间频率并且以小于0.1％的压力分辨率测量压力腔室3的内部体积33的压力。
线51a的形状(包括其可能包含的任何局部最大值、最小值和拐点)由被测装置10的内部体积11的形状、构造和材料结构确定。被测装置10的这些特征在气体由于内部体积33中的气体的压力与内部体积11中的气体的压力平衡而扩散到组合的内部体积11、33中时以与木管乐器或黄铜乐器的音色如何受到乐器的内部形状、构造和材料结构的影响类似的方式引起气体中的声学振动。因此，线51a的形状可以被认为是“指纹”，其是被测装置10的特性。
控制数据集52从与被测装置10相同类型的一个或多个装置导出，所述一个或多个装置中的每一个已经经受与被测装置10相同的泄漏测试程序。例如，控制数据集52可以从与被测装置10相同类型的装置的单个标准化示例(即原型)导出，或它可以从与被测装置10相同类型的多个装置导出，其中使用相同的泄漏测试程序从相同类型的多个装置中的每个装置获得的测试数据集已经经受统计分析(例如算术或几何平均)，以便获得控制数据集52。由于从其中导出控制数据集52的多个装置具有与被测装置10相同的类型，因此线52的形状与线51a的形状大致类似，并且表现出对应的局部最大值、最小值和拐点。然而，由于制造变化，第一测试数据集51a与控制数据集52略微不同，如图3A所示。图3A示出了其中第一测试数据集51a根据预定准则与控制数据集52足够类似以便控制、处理和判定单元5接受107a被测装置10的示例性情况。
相比之下，图3B示出了其中第二测试数据集51b根据相同的预定准则与相同控制数据集52不足够类似以便控制、处理和判定单元5接受107a相同类型的被测装置的不同示例的示例性情况。这替代地引起控制、处理和判定单元5拒绝107b被测装置的不同示例。
在图3B中，与图3A中所表示的相同的控制数据集52也由虚线表示。然而，在图3B中，实线替代地表示由图1的泄漏测试设备根据相同的泄漏测试程序测量的第二测试数据集51b。在这种情况下，由于被测装置具有一个或多个泄漏，尽管线51b的形状大致类似于线52的形状，但是压力腔室3的内部体积33中的压力达到p2比在图3A中花费更少的时间，使得图3B中的时间段t2-t1小于图3A中的时间段t2-t1，如通过将图3B与图3A进行比较可以看出的。因此，线51b中的局部最大值、最小值和拐点的位置与线51a中的相应的局部最大值、最小值和拐点的位置不同。因此，与图3A不同，线51b不能紧密地跟随线52。
控制、处理和判定单元5根据其接受或拒绝被测装置10的预定准则可以以若干不同方式中的一种来建立。例如，可以通过每个测试数据集51a、51b的统计分析来建立预定准则，诸如通过使用多项式回归来找到每个测试数据集51a、51b的最佳拟合线，以及收集控制数据集52，并且然后查看每个测试数据集51a、51b是否落在控制数据集52的预定数量的标准偏差内。然而，优选地，控制、处理和判定单元5通过机器学习从与被测装置10相同类型的多个装置导出预定准则，其中相同类型的多个装置中的每一个经受与被测装置相同的泄漏测试程序。以这种方式，随着经受相同泄漏测试程序的相同类型的装置的数量增加，控制、处理和判定单元5可以以增加的准确性识别为来自控制数据集的异常值的测试数据集。
尽管图3A和图3B都示出了其中压力腔室3在泄漏测试开始时已经被泵2抽空使得p2>p1的泄漏测试，但是在使用图1的相同泄漏测试设备1并且根据与图2所示的相同的方法进行的其他泄漏测试中，压力腔室3可以替代地在泄漏测试开始时由泵2加压，使得在这种情况下，p2<p1。
总之，因此，本发明提供了一种泄漏测试设备和一种针对泄漏对装置进行测试的方法。被测装置可以是工业产品。例如，被测装置可以是包括用于电缆进入的一个或多个孔口的电气壳体，这些孔口可以由电气密封套密封以向壳体提供侵入保护。泄漏测试设备包括泵、压力腔室、压力感测单元、控制、处理和判定单元以及用户接口。第一阀可以在控制、处理和判定单元的控制下将泵连接到压力腔室，并且第二阀可以在控制、处理和判定单元的控制下将压力腔室连接到被测装置。泵连接到气体源或汇，诸如大气或测试气体瓶。因此，泵可以在控制、处理和判定单元的控制下对压力腔室的内部体积进行加压或抽空。然后，该内部体积可以例如经由其可密封孔口中的一个连接到被测装置的内部体积，该装置的其他孔已经与环境密封开，以便针对泄漏对装置进行测试。压力感测单元具有高分辨率，并且能够以高频对压力腔室的内部体积中的压力进行采样，以便导出被测装置的测试数据集。由被测装置的内部形状、构造和材料构造确定的测试数据集是被测装置的特性。由于测试数据集将受到被测装置中的一个或多个泄漏的存在的影响，因此控制、处理和判定单元可以分析测试数据集，例如通过将它与控制数据集进行比较，以判定被测装置是否通过泄漏测试，并且可以将泄漏测试的结果输出到用户接口。
附图标记：
1泄漏测试设备
2泵
3压力腔室
4压力感测单元
5控制、处理和判定单元
6用户接口
7第一阀
8第二阀
9气体源或汇
10被测装置
11被测装置的内部体积
21 泵的第一端口
22 泵的第二端口
31 压力腔室的第一端口
32 压力腔室的第二端口
33 压力腔室的内部体积
41压力感测单元的压力测量输出端
51a 第一测试数据集
51b 第二测试数据集
52 控制数据
100 泄漏测试方法
101将流体泵入或泵出密封的压力腔室
102以液密方式关闭压力腔室
103关闭被测装置的任何孔口
104将被测装置的内部体积的压力腔室的内部体积连接
105重复测量压力腔室的内部体积的压力
106将测试数据与对照数据进行比较
107a 接受被测装置
107b 拒绝被测装置
Claims (15)
1.一种泄漏测试设备(1)，至少包括：
泵(2)，所述泵至少包括第一端口(21)和第二端口(22)，其中所述第一端口(21)与气体源或汇(9)流体连通，并且所述泵(2)被配置为在其所述第一端口(21)与所述第二端口(22)之间泵送气体；
压力腔室(3)，所述压力腔室(3)包括内部体积(33)以及与所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)流体连通的至少第一端口(31)和第二端口(32)；
第一阀(7)，所述第一阀(7)至少具有：将所述泵(2)的所述第二端口(22)置于与所述压力腔室(3)的所述第一端口(31)流体连通的开启状态、以及防止所述泵(2)的所述第二端口(22)与所述压力腔室(3)的所述第一端口(31)之间的流体连通的关闭状态；
第二阀(8)，所述第二阀(8)至少具有：将所述压力腔室(3)的所述第二端口(32)置于与被测装置(10)的内部体积(11)流体连通的开启状态、以及防止所述压力腔室(3)的所述第二端口(32)与所述被测装置(10)的所述内部体积之间的流体连通的关闭状态；
压力感测单元(4)，所述压力感测单元(4)至少包括压力测量输出端(41)，其中所述压力感测单元(4)被配置为：在以下时间之间重复测量所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)的压力：
第一时间(t1)，当所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)的压力具有与所述被测装置(10)的所述内部体积(11)的压力不同的预定值(p1)，并且所述第二阀(8)的所述关闭状态防止所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)与所述被测装置(10)的所述内部体积(11)之间的流体连通时，以及
第二时间(t2)，当在所述第二阀(8)的所述开启状态将所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)置于与所述被测装置(10)的所述内部体积(11)流体连通之后，所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)的所述压力与所述被测装置(10)的所述内部体积(11)的所述压力平衡(p2)时；
控制、处理和判定单元(5)，所述控制、处理和判定单元(5)被配置为：控制所述泵(2)以及所述第一阀(7)和所述第二阀(8)的开启状态和关闭状态，从所述压力感测单元(4)的所述压力测量输出端(41)接收多个压力测量，并且基于从所述多个压力测量导出的测试数据集(51a、51b)来判定所述被测装置(10)是否通过泄漏测试；以及
用户接口(6)，所述用户接口(6)具有所述控制、处理和判定单元(5)。
2.根据权利要求1所述的泄漏测试设备(1)，其中所述压力感测单元(4)能够以至少10Hz的时间频率测量所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)的压力。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的泄漏测试设备(1)，其中所述压力感测单元(4)能够以小于或等于0.1％的准确性测量所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)的压力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的泄漏测试设备(1)，其中所述控制、处理和判定单元(5)被配置为：通过将所述被测装置(10)的所述测试数据集(51a、51b)与控制数据集(52)进行比较来判定所述被测装置(10)是否通过泄漏测试，并且如果所述测试数据集(51a)根据预定准则与所述控制数据集(52)足够类似，则接受所述被测装置(10)，而如果所述测试数据集(51b)根据所述预定准则与所述控制数据集(52)不够类似，则拒绝所述被测装置(10)。
5.根据权利要求4所述的泄漏测试设备(1)，其中所述控制、处理和判定单元(5)被配置为：通过机器学习从与所述被测装置(10)相同类型的多个装置导出所述预定准则，其中所述相同类型的多个装置中的每一个已经经受与所述被测装置(10)相同的泄漏测试程序。
6.根据前述权利要求中任一项所述的泄漏测试设备(1)，其中所述控制、处理和判定单元(5)被配置为：从所述泵(2)以及所述第一阀(7)和所述第二阀(8)中的至少一个接收状态信息。
7.一种针对泄漏对装置(10)进行测试的方法(100)，其中所述方法至少包括：
将气体泵(101)入密封的压力腔室(3)或将气体从密封的压力腔室(3)泵(101)出，直到所述压力腔室(3)的内部体积(33)的压力达到预定值(p1)；
当所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力已经达到所述预定值(p1)时，以气密方式关闭(102)所述压力腔室(3)；
关闭(103)所述被测装置(10)的任何孔口，否则所述孔口会将所述被测装置(10)的内部体积(11)置于与所述被测装置(10)的环境流体连通；
将所述被测装置(10)的所述内部体积(11)与所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)流体连通地连接(104)；
重复测量(105)所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力，直到所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力与所述被测装置(10)的所述内部体积(11)中的压力平衡，以产生测试数据集(51a、51b)；
将由此产生的所述测试数据集(51a、51b)与控制数据集(52)进行比较(106)；以及
如果所述测试数据集(51a)根据预定准则与所述控制数据集(52)足够类似，则接受(107a)所述被测装置(10)；
而如果所述测试数据集(51b)根据所述预定准则与所述控制数据集(52)不够类似，则拒绝(107b)所述被测装置(10)。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其中重复测量(105)所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力包括：以至少10Hz的时间频率重复测量(105)所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法(100)，其中重复测量(105)所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力包括：以小于或等于0.1％的准确性重复测量(105)所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法(100)，其中将所述测试数据集(51a、51b)与控制数据集(52)进行比较(106)包括：将表示所述测试数据集(51a、51b)的曲线图的形状与表示所述控制数据集(52)的曲线图的形状进行比较，其中每个所述曲线图对照时间绘制所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)中的压力。
11.根据权利要求10所述的方法(100)，其中将表示所述测试数据集(51a、51b)的曲线图的形状与表示所述控制数据集(52)的曲线图的形状进行比较包括：比较至少一个局部最大值、最小值或拐点的在每个曲线图中的相应位置。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法(100)，包括通过机器学习从与所述被测装置(10)相同类型的多个装置导出所述预定准则，其中所述相同类型的多个装置中的每一个已经经受与所述被测装置(10)相同的泄漏测试方法。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法(100)，还包括：
将所述压力腔室(3)的所述内部体积(33)选择(99)为：不大于所述被测装置(10)的所述内部体积(11)的3倍且不小于所述被测装置(10)的所述内部体积(11)的1/3。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的方法(100)，其中将气体泵(101)入或泵(101)出密封的压力腔室(3)直到所述压力腔室(3)的内部体积(33)的压力达到预定值(p1)包括：将气体泵出所述密封的压力腔室(3)直到所述压力腔室(3)被完全抽空(p1＝0)。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的方法(100)，包括：使用根据权利要求1至6中任一项所述的设备来针对泄漏对所述装置(10)进行测试。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20230818 |