CN205091234U - 一种气体渗透率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体渗透率测试装置，涉及材料阻隔性检测技术领域。本实用新型提供的气体渗透率测试装置，包括真空腔、真空泵、第一管路、第二管路和控制系统；所述真空腔被测试试样分割为试验气体腔和测试腔；所述测试腔通过第一管路与真空泵相连通；所述试验气体腔通过第二管路与真空泵相连通；控制系统用于控制管路上阀门的自动开启和关闭，并与采集气压数值并存入计算机。本实用新型能依据ASME标准实现管状试样气体渗透率的测试与分析；多阀门单区真空度独立控制，灵活性高；结构简单、可靠；测试全程自动控制，减少人员操作引入的误差。

Description

一种气体渗透率测试装置

技术领域

本实用新型涉及材料阻隔性检测技术领域，涉及一种针对管状材料的气体透过性进行测试的装置。

背景技术

承压设备用非金属材料，尤其是无机非金属材料，如石墨等，由于构件采用粉末浸渍、烧结等工艺制作而成，往往存在致密性低于金属材料的问题。因此这类材料在用作承压设备材料时，必须满足足够低的气体渗透率的要求。美国机械工程师协会(ASME)针对石墨制压力容器材料的相关测试标准中，强制采用压差法进行石墨类非金属材料气体渗透率测试，但未明确其具体的测试方法。目前，我国压力容器行业尚未有针对该类材料的专用测试方法与测试设备。

压差法是气体渗透率测试的常用方法。其设备结构简单，参数数据易于采集和处理。压差法的基本原理是在被测材料两侧营造气压差，驱动气体从高压区透过试样进入低压区，不同材质或试样对气体的阻隔性不同，通过实时监测低压区的气压变化来实现对材料气体透过性的评估。

与薄膜或平板类材料不同，管状结构是非金属类压力容器的常见结构，因此针对管状结构的密封及装卡是实现准确测量的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有装置和技术的欠缺或不足，依据ASME的气体渗透率测试标准要求，解决管状非金属材料的气体渗透率测试问题。测试过程全自动控制，极大程度避免了人员操作引入的测试误差。

本实用新型提供的气体渗透率测试装置，包括真空腔、真空泵、第一管路、第二管路和控制系统；

所述测试试样为管状试样；所述真空腔被测试试样分割为试验气体腔和测试腔两部分；

所述测试腔通过第一管路与真空泵相连通，在所述的第一管路上从测试腔开始依次设置有第一真空计、第一破真空阀门和第一真空阀门。

所述试验气体腔通过第二管路与真空泵相连通，在所述的第二管路上从试验气体腔开始依次设置有第二真空计、第二破真空阀门和第二真空阀门。

所述第二破真空阀门的进气端与气源相连通。

控制系统分别连接第一破真空阀门和第一真空阀门、第二破真空阀门和第二真空阀门，用于控制第一破真空阀门、第一真空阀门、第二破真空阀门和第二真空阀门的自动开启和关闭，并与第一真空计和第二真空计通信采集气压数值并存入计算机。

本实用新型的有益效果：

1.能依据ASME标准实现管状试样气体渗透率的测试与分析；

2.多阀门单区真空度独立控制，灵活性高；

3.可进行空气、氧气、氮气、氦气等各种无毒无腐蚀性气体的渗透率测试；

4.结构简单、可靠；

5.测试全程自动控制，减少人员操作引入的误差。

附图说明

图1为本实用新型提供的气体渗透率测试装置的结构示意图；

图2为管状试样密封示意图。

图中：

I.试验气体腔；II.测试腔；III.真空泵；IV.第一真空计；V.第二真空计；

VI.第一管路；VII.第二管路；VIII.气源；

A.第一破真空阀门；B.第一真空阀门；C.第二真空阀门；D.第二破真空阀门；

1.测试试样；2.真空橡胶；3.压板。

具体实施方式

下面通过附图及实施例进一步详细描述本实用新型。

本实用新型提供一种气体渗透率测试装置，用于测试管状非金属材料(测试试样1)的气体渗透率。所述测试装置包括真空腔、真空泵III、第一管路VI、第二管路VII和控制系统。如图1所示，所述真空腔被测试试样1分割为试验气体腔I和测试腔II两部分。如图2所示，所述测试试样1通过真空橡胶2密封的方式实现将真空腔分割为试验气体腔I和测试腔II两部分，具体为，测试试样1为管状结构，在两个端面处分别采用上下两块压板3进行密封，并在压板3和测试试样1端面处采用真空橡胶垫2实现密封，实施时，先将下层真空橡胶垫2于下压板之上，然后将管状测试试样1放置于下层真空橡胶垫之上，再放好上层真空橡胶垫和上压板，对两块压板3施加一定压力使真空橡胶垫2变形而完成密封。测试气体腔I为钟罩形结构，测试腔II完成密封后，将钟罩结构盖于测试试样1之外，从而形成密闭的试验气体腔I。所述的压力可以通过在两块压板3之间设置螺杆螺母连接的方式实现紧固施压。

所述测试腔II通过第一管路VI与真空泵III连通，在所述的第一管路VI上设置有第一真空计IV、第一破真空阀门A和第一真空阀门B。

所述试验气体腔I通过第二管路VII与真空泵III相连通，在所述的第二管路VII上设置有第二真空计V、第二破真空阀门D和第二真空阀门C。所述第二破真空阀门D的进气端与气源VIII相连通。

所述第一真空阀门B作用是控制真空泵III对测试腔II的抽真空操作；所述第二真空阀门C的作用是控制真空泵III对试验气体腔I的抽真空操作。

所述第一破真空阀门A的作用是控制测试腔II真空环境的释放；第二破真空阀门D的作用是控制试验气体腔I真空环境的释放以及将气源VIII气体释放入试验气体腔I；

所述第一真空计IV和第二真空计V的作用是分别独立测量测试腔II和试验气体腔I内的气体绝对压力。

所述控制系统包括数据采集与控制硬件和软件，硬件包括计算机、数字IO继电器、数采通信接口。控制系统主要功能是控制第一破真空阀门A、第一真空阀门B、第二真空阀门C、第二破真空阀门D的自动开启和关闭，与第一真空计IV和第二真空计V通信采集气压数值并存入计算机。

实施例：

如图1的示意，将真空泵III、第一真空计IV、第二真空计V、试验气体腔I、测试腔II、第一管路VI、第二管路VII连接组装好，将测试试样1按照图2所示装卡于夹具中固定于真空腔内，将真空腔分割成试验气体腔I和测试腔II两部分。关闭第一破真空阀门A和第二破真空阀门D，开启第一真空阀门B和第二真空阀门C，开启真空泵III对试验气体腔I和测试腔II抽真空；通过第一真空计IV测量测试腔II的真空度，通过第二真空计V测量试验气体腔I的真空度；当二者真空度均达到本底真空度后，如<100Pa，关闭第一真空阀门B和第二真空阀门C，开启第一破真空阀门D将试验气体从气源VIII释放入试验气体腔I中，直至试验气体腔I中的气压达到常压状态并稳定；此时记录第二真空计V中的读数作为试验气体腔I的压力，记录第一真空计IV的读数随时间的变化曲线；最后将记录的压力曲线按照ASME的测试标准要求进行气体渗透率k(L)的计算，计算公式为：

$K\left(L\right)=\frac{\left(P_{12}-P_{11}\right)V}{\mathrm{\&Delta;}t}\&CenterDot;\frac{\ln \frac{d_a}{d_i}}{2{\mathrm{\&pi;l}}_2}\&CenterDot;\frac{1}{P_a-\left(P_{11}+P_{12}\right)/2}$

其中，K(L)为气体渗透率，单位mm²/s；d_a为测试试样外径，单位mm；d_i为测试试样内径，单位mm；l₂为试样长度，单位mm；P₁₁为测试开始时测试腔的压力，单位MPa；P₁₂为测试结束时测试腔的压力，单位MPa；Pa为试验气体腔的压力，单位MPa；Δt为测试开始与结束的时间差，单位s；V为测试腔及第一管路IV的容积之和，单位mm³。按照本实施例，材料气体渗透率的检出下限可达到10^-6mm²/s。

Claims (2)

1.一种气体渗透率测试装置，其特征在于：包括真空腔、真空泵、第一管路、第二管路和控制系统；

所述真空腔被测试试样分割为试验气体腔和测试腔两部分；

所述测试腔通过第一管路与真空泵相连通，在所述的第一管路上从测试腔开始依次设置有第一真空计、第一破真空阀门和第一真空阀门；

所述试验气体腔通过第二管路与真空泵相连通，在所述的第二管路上从试验气体腔开始依次设置有第二真空计、第二破真空阀门和第二真空阀门；

所述第二破真空阀门的进气端与气源相连通；

控制系统分别连接第一破真空阀门和第一真空阀门、第二破真空阀门和第二真空阀门，用于控制第一破真空阀门、第一真空阀门、第二破真空阀门和第二真空阀门的自动开启和关闭，并与第一真空计和第二真空计通信、采集气压数值并存入计算机。

2.根据权利要求1所述的一种气体渗透率测试装置，其特征在于：测试试样为管状结构，在两个端面处分别采用上下两块压板进行密封，并在压板和测试试样端面处采用真空橡胶垫实现密封，实施时，先将下层真空橡胶垫于下压板之上，然后将管状测试试样放置于下层真空橡胶垫之上，再放好上层真空橡胶垫和上压板，对两块压板施加压力使真空橡胶垫变形而完成密封；测试气体腔为钟罩形结构，测试腔完成密封后，将钟罩结构盖于测试试样之外，从而形成密闭的试验气体腔。