CN1880936A - 高精度微量气体泄漏检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种高精度微量气体泄漏检测装置，该装置包括气源、气源处理设备、气源电磁换向阀，气源电磁换向阀通过第一电磁换向阀连通标准密封件，通过第二电磁换向阀连通被测密封件，标准密封件与被测密封件之间设有高精度压差传感器，各个电磁换向阀以及高精度压差传感器与控制器电连接；被测密封件连通容积补偿气缸，容积补偿气缸带有活塞、活塞杆；装置还包括用于检测活塞移位距离的位置检测设备，位置检测设备与控制器电连接；控制器包括开关控制模块、反馈控制模块、驱动输出模块、泄漏量计算模块；驱动输出模块的输出连接电机，电机连接执行机构，执行机构为容积补偿气缸的活塞杆驱动装置。本发明能定量对泄漏进行检测、测量精确性高。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种用于检测密封器件微量气体泄漏量的高精度密封性检测装置。
(二)背景技术
目前各种密封器件在各个领域广泛应用，如汽车制造业、燃气用具行业的热水器、灶具、煤气表、工业用的各种阀件等，国家对这些密封器件的密封性检测制定了相应标准。密封器件的密封性检测是一项十分重要的安全检测。如汽车制造业的油路、油箱和燃气用具业的热水器等密封器件，如果对此类密封器件的泄漏不能进行有效定量的检测，在使用过程中就存在着极其严重的危险隐患。
随着环境的日益恶化，公众的环境保护意识也越来越强。汽车的碳氢化合物污染源包括尾气、燃油系统泄漏等，为减少燃油系统泄漏造成的环境污染和达到国家标准，汽车在出厂前要求检测燃油系统是否发生泄漏。
传统的密封器件泄漏检测有水浸法和涂抹法等。这两种方法主要是对密封器件只能进行定性的检测，不能定量对泄漏进行检测，测量的精确性差；这两种检测效果受人的主观因素的影响较大，很大程度上是依赖于检测人员的经验；而且检测用的密封器件容易弄脏、生锈，检测完成后需要一道干燥工序，延长了整个生产周期，增加了生产成本。
(三)发明内容
为了克服已有技术的微量气体泄漏检测装置的只能进行定性测量、测量精确性差的不足，本发明提供一种能定量对泄漏进行检测、测量精确性高的高精度微量气体泄漏检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高精度微量气体泄漏检测装置，所述的装置包括气源、气源处理设备、气源电磁换向阀、第一电磁换向阀、标准密封件、第二电磁换向阀、被测密封件以及控制器，所述的气源连接气源处理设备，所述的气源处理设备的出口设有气源电磁换向阀，所述的气源电磁换向阀通过第一电磁换向阀连通标准密封件，所述的气源电磁换向阀通过第二电磁换向阀连通被测密封件，所述的标准密封件与被测密封件之间设有高精度压差传感器，所述的气源电磁换向阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀以及高精度压差传感器与控制器电连接；所述的被测密封件连通容积补偿气缸，所述的容积补偿气缸带有活塞、活塞杆；所述的装置还包括用于检测活塞移位距离的位置检测设备，所述的位置检测设备与控制器电连接；所述的控制器包括用于控制电磁换向阀动作的开关控制模块，用于接收压差传感器的信号并进行量化计算的反馈控制模块，用于根据量化计算结果向电机输出执行信号的驱动输出模块，用于根据位置检测设备的信号计算泄漏量的泄漏量计算模块；所述的执行模块的输出连接电机，所述的电机连接执行机构，所述的执行机构为容积补偿气缸的活塞杆驱动装置。
所述的位置检测设备为安装在容积补偿气缸内的活塞位移传感器。
或者是，所述的位置检测设备为用于标定电机转动角位移的编码器，所述的编码器与电机连接，所述的编码器的信号输出端与控制器电连接。
进一步，所述的编码器为绝对式编码器或增量式编码器。
再进一步，所述的电机为步进电机或伺服电机。
更进一步，所述的驱动装置为滚珠丝杆，所述的滚珠丝杆的连接电机的输出轴，所述的丝杆连接容积补偿气缸的活塞杆。
或者是，所述的驱动装置为齿轮齿条装置，所述的齿轮齿条装置的齿轮连接电机，齿条连接容积补偿气缸的活塞杆。
所述的气源电磁换向阀为两位三通常断型电磁换向阀，所述的第一电磁换向阀、第二电磁换向阀为三位三通中位封闭式电磁换向阀。
或者是，所述的第一电磁换向阀是两个两位两通型电磁阀；第二电磁换向阀也是两个两位两通型电磁阀。
所述的气源处理设备与气源电磁换向阀之间设有压力表。
本发明的工作原理是：通过各个电磁换向阀控制密封标准件和被测件的充气、平衡和排气；当被测件有气体泄漏时，高精度压差传感器发出一个电信号给控制器，控制器再发出一个控制信号给电机，通过控制电机来实时的控制容积补偿气缸腔室中的气体排入密封被测件来调整密封被测件的压力，使密封被测件的压力等于标准被测件的压力，通过位移传感器或是与电机相连的编码器测量出的容积补偿气缸活塞在泄漏检测过程中移动距离来计算出容积补偿气缸的腔室中排入的被测件中的气体的容积就是单位时间单位压力下密封被测件的泄漏量。可以将测量的结果显示在具有人机交互界面的控制终端。
本发明的有益效果在于：1、实现了泄漏检测的自动化控制，而且可以定量的对微量气体的泄漏进行高精度的检测，测量精确性高；2、可以通过具有人机交互界面的控制终端对泄漏的参数进行设定，可以设定泄漏量作为泄漏检测合格与否的标准；3、检测成本低；4、泄漏检测中采用的是氮气或空气，检测无污染，检测后无需对被测件进行清洁。
(四)附图说明
图1是实施例1的基本结构图。
图2是实施例2、实施例3的基本结构图。
图3是控制器的原理框图。
图4是控制器在控制泄漏检测过程的流程图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1
参照图1、图3、图4，一种高精度微量气体泄漏检测装置，所述的装置包括气源1、气源处理设备2、气源电磁换向阀4、第一电磁换向阀5、标准密封件7、第二电磁换向阀16、被测密封件15以及控制器9；其连接关系为：
气源1连接气源处理设备2，气源处理设备2的出口设有气源电磁换向阀4，气源电磁换向阀4通过第一电磁换向阀5连通标准密封件7，气源电磁换向阀4通过第二电磁换向阀16连通被测密封件15，标准密封件7与被测密封件15之间设有高精度压差传感器6，气源电磁换向阀4、第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀16以及高精度压差传感器6与控制器9电连接；被测密封件15连通容积补偿气缸14，所述的容积补偿气缸14带有活塞、活塞杆；该装置还包括用于检测活塞移位距离的位置检测设备，所述的位置检测设备与控制器9电连接；所述的控制器9包括用于控制电磁换向阀动作的开关控制模块17，用于接收压差传感器的信号并进行量化计算的反馈控制模块18，用于根据量化计算结果向电机输出驱动信号的驱动输出模块19，用于根据位置检测设备的信号计算泄漏量的泄漏量计算模块20；驱动输出模块19的输出连接电机12，所述的电机12连接执行机构11，执行机构11为容积补偿气缸的活塞杆驱动装置。
所述的位置检测设备为安装在容积补偿气缸14内的活塞位移传感器10。位移传感器10主要是标定在检测后容积补偿气缸14的活塞移动的距离，容积补偿气缸14的活塞移动的距离与气缸的面积的乘积是密封被测件15在检测过程中的泄漏量，将位移传感器10产生的电信号传输到控制器9就可以计算出密封被测件15在单位时间内单位气压下的气体泄漏量，达到检测的目的，控制器9的反馈控制模块采用PID控制方式。
所述的电机12为伺服电机，驱动装置11为齿轮齿条装置，所述的齿轮齿条装置的齿轮连接电机12，齿条连接容积补偿气缸14的活塞杆，将电机的转动转化为直线运动，推动气缸14活塞的移动来补偿密封被测件15在泄漏时的泄漏量。气源电磁换向阀4为两位三通常断型电磁换向阀，所述的第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀16为三位三通中位封闭式电磁换向阀。气源处理设备2与气源电磁换向阀4之间设有压力表3。
本实施例的泄漏检测装置主要包括充气、平衡、检测、排气四个状态，下面以四个状态详细介绍：
检测装置处于充气状态时，气源电磁换向阀4导通状态，第一电磁换向阀5和第二电磁换向阀16处于进气状态，压缩气体由气源1通过气源处理设备2的过滤、减压处理，再通过处于导通状态的电磁换向阀4和处于进气状态的电磁换向阀5和16，进入密封标准件7和密封被测件15，同时气体还进入与密封被测件15连接的容积补偿气缸14的一个腔室。
检测装置处于平衡状态时，在第一平衡期气源电磁换向阀4处于断状态，电磁换向阀5和16处于进气状态；在第二平衡期气源电磁换向阀4处于断状态，电磁换向阀5和16处于中间封闭状态。平衡期是为了密封件7和15中的气压达到一个稳定平衡的状态，减少和消除检测过程中的抖动。可以通过设定控制检测装置处于平衡状态的时间，提高检测的效率。
检测装置处于检测状态时，气源电磁换向阀4处于断状态，电磁换向阀5和16处于中间封闭状态。如果密封被测件15有气体的泄漏，连接在密封标准件7和密封被测件15之间的高精度压差传感器6就会产生一个电信号给控制器9，控制器9再产生一个控制信号给电机12，使电机12动作，电机12的动作经过驱动装置11来使容积补偿气缸14产生一个动作，与密封被测件15连接的容积补偿气缸14的动作可以调节密封被测件15的气压，使密封被测件13的气压达到密封标准件7的气压，同时位移传感器10产生一个电信号来标定容积补偿气缸14的活塞移动的距离，容积补偿气缸14的活塞移动的距离与气缸的面积的乘积是密封被测件15在检测过程中的泄漏量，将位移传感器10产生的电信号传输到控制器9就可以计算出密封被测件15在单位时间内单位气压下的气体泄漏量，达到检测的目的。在具有人机交互界面的控制终端8上可以显示检测的泄漏量，也可以通过设定一个泄漏的合格标准来显示检测后的密封被测件合格与否。
检测装置处于排气状态时，气源电磁换向阀4处于断的状态，电磁换向阀5和16处于排气的状态，将密封标准件7和密封被测件13中的气体排除，完成一次检测。
例如：(1)密封检测的压力条件是p＝0.3MPa；(2)容积补偿气缸的缸径d＝6mm；(3)密封被测件的容积是0.34L；(4)如果密封被测件和密封标准件的有10Pa的压差，这是压差传感器的检测结果，压差传感器就发出一个电信号给控制器，控制器发出控制信号控制电机的动作，进而推动气缸动作，10Pa的压差需要推动气缸活塞运动1mm才可以补偿密封被测件的泄漏带来压力。此时被测的泄漏量是0.1130mL。
实施例2
参照图2、图3、图4，本实施例的基本结构与实施例1相同，区别点在于：
所述的位置检测设备为用于标定电机的转动角位移的编码器13，所述的编码器13与电机12连接，所述的编码器13的信号输出端与控制器9电连接。编码器13产生一个电信号给控制器9，编码器13产生的电信号可以用来标定电机12的转动角位移，通过转动的角位移可以表示容积补偿气缸14活塞的移动距离，容积补偿气缸14的活塞移动的距离与气缸的面积的乘积是密封被测件15在检测过程中的泄漏量，编码器13传输给控制器9的电信号就可以计算出密封被测件15在单位时间内单位气压下的气体泄漏量，达到检测的目的，控制器9的反馈控制模块采用PID控制方式。
编码器13为绝对式编码器，绝对式编码器只和测量的起点和终点有关，而与测量的中间过程无关，绝对值编码器记录电机12转动的位移，间接的标定气缸14给密封被测件15补偿气体时移动的距离，从而可以计算出密封被测件15在单位时间内单位压力下的泄漏量。
所述的电机12为步进电机，驱动装置11为滚珠丝杆，所述的滚珠丝杆的连接电机12的输出轴，所述的丝杆连接容积补偿气缸14的活塞杆。将电机的转动转化为直线运动，推动气缸14活塞的移动来补偿密封被测件15在泄漏时的泄漏量。气源电磁换向阀4为两位三通常断型电磁换向阀，所述的第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀16为两个两位两通型电磁阀。气源处理设备2与气源电磁换向阀4之间设有压力表3。
本实施例的泄漏检测装置主要包括充气、平衡、检测、排气四个状态，充气、平衡、排气三个状态的工作过程与实施例1相同，检测状态的工作过程为：
气源电磁换向阀4处于断状态，第一电磁换向阀5和第二电磁换向阀16处于中间封闭状态。如果密封被测件15有气体的泄漏，连接在密封标准件7和密封被测件15之间的高精度压差传感器6就会产生一个电信号给控制器9，控制器9再产生一个控制信号给电机12，使电机12动作，电机12的动作经过驱动装置11来使容积补偿气缸14产生一个动作，与密封被测件15连接的容积补偿气缸14的动作可以调节密封被测件15的气压，使密封被测件13的气压达到密封标准件7的气压，编码器13产生一个电信号给控制器9，编码器13产生的电信号可以用来标定电机12的转动角位移，通过转动的角位移可以表示容积补偿气缸14活塞的移动距离，容积补偿气缸14的活塞移动的距离与气缸的面积的乘积是密封被测件15在检测过程中的泄漏量，编码器13传输给控制器9的电信号就可以计算出密封被测件15在单位时间内单位气压下的气体泄漏量，达到检测的目的。在具有人机交互界面的控制终端8上可以显示检测的泄漏量，也可以通过设定一个泄漏的合格标准来显示检测后的密封被测件合格与否。
实施例3
参照图2、图3、图4，本实施例的基本结构、工作过程与实施例2相同，区别点在于：编码器13是增量式编码器，增量式编码器是将角位移转化成周期性变化的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用计数脉冲的个数表示位移的大小。增量式编码器记录电机1的转动的角位移，间接的标定间接的标定气缸14给密封被测件15补偿气体时移动的距离，从而可以计算出密封被测件15在单位时间内单位压力下的泄漏量。
Claims (10)
1、一种高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的装置包括气源、气源处理设备、气源电磁换向阀、第一电磁换向阀、标准密封件、第二电磁换向阀、被测密封件以及控制器，所述的气源连接气源处理设备，所述的气源处理设备的出口设有气源电磁换向阀，所述的气源电磁换向阀通过第一电磁换向阀连通标准密封件，所述的气源电磁换向阀通过第二电磁换向阀连通被测密封件，所述的标准密封件与被测密封件之间设有高精度压差传感器，所述的气源电磁换向阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀以及高精度压差传感器与控制器电连接；
所述的被测密封件连通容积补偿气缸，所述的容积补偿气缸带有活塞、活塞杆；
所述的装置还包括用于检测活塞移位距离的位置检测设备，所述的位置检测设备与控制器电连接；
所述的控制器包括用于控制电磁换向阀动作的开关控制模块，用于接收压差传感器的信号并进行量化计算的反馈控制模块，用于根据量化计算结果向电机输出执行信号的驱动输出模块，用于根据位置检测设备的信号计算泄漏量的泄漏量计算模块；
所述的驱动输出模块的输出连接电机，所述的电机连接执行机构，所述的执行机构为容积补偿气缸的活塞杆驱动装置。
2、如权利要求1所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：
所述的位置检测设备为安装在容积补偿气缸内的活塞位移传感器。
3、如权利要求1所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的位置检测设备为用于标定电机的转动角位移的编码器，所述的编码器与电机连接，所述的编码器的信号输出端与控制器电连接。
4、如权利要求1-3之一所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的电机为步进电机或伺服电机。
5、如权利要求1-3之一所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的驱动装置为滚珠丝杆，所述的滚珠丝杆的连接电机的输出轴，所述的丝杆连接容积补偿气缸的活塞杆。
6、如权利要求1-3之一所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的驱动装置为齿轮齿条装置，所述的齿轮齿条装置的齿轮连接电机，齿条连接容积补偿气缸的活塞杆。
7、如权利要求4所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：
所述的驱动装置为滚珠丝杆，所述的滚珠丝杆的连接电机的输出轴，
所述的丝杆连接容积补偿气缸的活塞杆。
8、如权利要求4所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：
所述的驱动装置为齿轮齿条装置，所述的齿轮齿条装置的齿轮连接电机，齿条连接容积补偿气缸的活塞杆。
9、如权利要求1-3之一所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的气源电磁换向阀为两位三通常断型电磁换向阀，所述的第一电磁换向阀、第二电磁换向阀为三位三通中位封闭式电磁换向阀。
10、如权利要求1-3之一所述的高精度微量气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的气源处理设备与气源电磁换向阀之间设有压力表。
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