Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leckagemessverfahren
sowie eine dasselbe anwendende Vorrichtung vorzusehen, die in der Lage
ist, festzustellen, ob in der Meßvorrichtung selber eine Leckage
vorliegt oder nicht.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist der Gegenstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Leckagemessvorrichtung zum Messen einer Leckagegröße bzw.
einer Leckagemenge aus einem Gegenstand eine Messunterlage, an der
der Gegenstand angebracht ist, eine Druckerzeugungs- bzw. Druckaufbringvorrichtung,
um ein Messmedium unter Druck zu setzen und das Messmedium mit einem
bestimmten Druck auf den Gegenstand aufzubringen, eine Volumenmessein richtung,
die eine Membran aufweist, mit dem Gegenstand derart in Fluid-Verbindung
steht, daß eine
Messmediumleckage aus dem Gegenstand an die Membran übertragen
wird, die einer Änderung
eines Leckagevolumens entsprechend versetzt wird, und ein den Versetzungsbetrag
der Membran angebendes Signal ausgibt, sowie eine Berechnungseinheit
zum Berechnen des Leckagevolumens in Abhängigkeit vom Signal von der
Volumenmesseinrichtung auf. Die Leckagemessvorichtung weist ferner
eine zweite Druckaufbringvorrichtung zum Einleiten eines Messmediums
mit einem bestimmten Prüfdruck
in ein Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand und der Volumenmesseinrichtung, ein
Schließventil
zum Schließen
bzw. Unterbrechen einer Verbindung zwischen der zweiten Druckaufbringvorrichtung
und dem Verbindungsrohr sowie eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen
einer Änderung
des Signals der Volumenmesseinrichtung bei geschlossenem Ventil
auf.
Da
das Leckagevolumen aus der Volumenänderung des Messmediums direkt
gemessen werden kann, kann das Leckagevolumen auf diese Weise gemessen
werden, ohne dabei von einer Druckänderung beeinflusst zu werden;
ferner kann die Genauigkeit der Messung verbessert werden. Zudem kann
eine defekte Dichtung im Messsystem durch das Überwachen der Volumenänderung
des Messmediums erfasst werden.
Die
Leckagemessvorrichtung kann vorzugsweise ferner eine mit der Volumenmesseinrichtung
in Fluid-Verbindung stehende Stabilisiereinrichtung aufweisen, um
einen Einfluss einer äußeren Störung auf die
Membran der Volumenmesseinrichtung zu unterdrücken. Die Stabilisiereinrichtung
kann ferner einen luftdicht abgeschlossenen Behälter mit einem Volumen aufweisen,
das in ausreichendem Maß größer ist
als eine durch den Versetzungsbetrag der Membran definierte Volumenänderung.
Die
Leckagemessvorrichtung kann vorzugsweise ferner eine zwischen dem
Gegenstand und der Volumenmesseinrichtung befindliche Schutzvorrichtung
zum Schutz der Membran aufweisen, um zu verhindern, daß die Leckage
des Messmediums an die Membran geleitet bzw. übertragen wird, wenn das Leckagevolumen
des Messmediums größer ist
als ein bestimmter Wert. Dementsprechend wird eine Beschädigung der
Membran durch eine übermäßige Leckagemenge
verhindert.
Die
Leckagemessvorrichtung kann vorzugsweise ferner einen Drucksensor
zum Erfassen eines auf die Membran übertragenen Leckagedrucks des Messmediums
aufweisen. Dementsprechend kann eine Unannehmlichkeit verhindert
und das Leckagevolumen mit einem hohen Grad an Stabilität gemessen
werden.
Weitere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die folgenden Zeichnungs figuren aus einem besseren Verständnis der
nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.
Nachstehend
erfolgt eine kurze Beschreibung der Zeichnung, wobei
1 ein
Blockschema ist, das eine Leckagemessvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
nach dem Stand der Technik zeigt,
2 ein
erläuterndes
Schema zur Verdeutlichung des Grundprinzips der Leckagemessung in der
ersten Ausführungsform
ist,
3 eine
graphische Abbildung ist, die einen Zusammenhang zwischen einem
Versetzungsbetrag einer Membran und einer Volumenänderung zeigt,
4 eine
schematische Ansicht ist, die einen Versetzungsbetrag h und einen
Radius r der Membran zeigt,
5 ein
Blockschema ist, das eine Abwandlung der ersten Ausführungsform
zeigt,
6 ein
Blockschema ist, das eine Leckagemessvorrichtung gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt,
7 ein
Blockschema ist, das eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt,
8 ein
Blockschema ist, das eine Leckagemessvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
nach dem Stand der Technik zeigt,
9 eine
schematische Ansicht ist, die einen Hauptabschnitt der Leckagemessvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
zeigt, und
10 eine
weitere schematische Ansicht ist, die einen Hauptabschnitt der Leckagemessvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
zeigt.
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnung werden nun die erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschrieben.
1 zeigt
eine Leckagemessvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
nach dem Stand der Technik. Gemäß 1 schützt eine
Versetzungsreguliervorrichtung 2 eine Membran-Volumenmesseinrichtung 1 vor
einer übermäßigen Belastung.
Ein Gegenstand 4, an dem die Messung durchzuführen ist,
ist an einer Messunterlage 3 luftdicht angebracht. Eine
Stabilisiereinrichtung 5 steht mit der Membran-Volumenmesseinrichtung
in Verbindung.
Ein
Leckagemesssystem 7 ist derart aufgebaut, daß die Messunterlage 3,
die Versetzungsreguliervorrichtung 2, die Membran-Volumenmesseinrichtung 1 sowie
die Stabilisiereinrichtung 5 über Fluidwege 6a bis 6c in
dieser Reihenfolge luftdicht angeschlossen sind. Eine Druckerzeugungs-
bzw. Druckaufbringvorrichtung 8 setzt ein Leckagemessmedium unter
Druck und beaufschlagt den an der Messunterlage 3 angebrachten
Gegenstand mit dem Leckagemessmedium. Das Messmedium kann ein Gas
oder eine Flüssigkeit
sein.
Im
Fluidweg 6a, der die Membran-Volumenmesseinrichtung 1 mit
der Versetzungsreguliervorrichtung 2 verbindet, ist ein Öffnungs-/Schließventil 9 eingerichtet,
das mit der Atmosphäre
in Verbindung steht. Ferner ist an der Messunterlage 3 bzw.
an der Stabilisiereinrichtung 5 jeweils ein Schließventil 10 bzw. 11 vorgesehen.
Daneben ist an der Messunterlage 3 desweiteren ein Drucksensor 12 zum
Erfassen eines Innendrucks des Leckagemesssystems 7 eingerichtet.
Signale, die von der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 und
dem Drucksensor 12 ausgegeben werden, werden in eine Verar beitungseinheit 13 eingegeben.
Die Verarbeitungseinheit 13 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit,
Speichereinrichtungen RAM, ROM oder dergleichen und Eingabe-/Ausgabeschnittstelleneinrichtungen
auf (wobei diese Komponenten in der Figur nicht dargestellt sind).
Die Verarbeitungseinheit führt
zur Berechnung eines Leckageausmaßes bzw. einer Leckagemenge ein
bestimmtes Verarbeitungsprogramm durch und überwacht in Abhängigkeit
von dem durch den Drucksensor 12 gemessenen Innendruck
des Leckagemesssystems 7 eine Anomalie an der Stelle, an der
der Gegenstand 4 an der Messunterlage 3 angebracht
ist, sowie eine Betriebsanomalie der Versetzungsreguliervorrichtung 2.
Die Verarbeitungseinheit führt
ferner beim Erfassen der Anomalie an der Stelle, an der Gegenstand 4 angebracht
ist, oder der Betriebsanomalie der Versetzungsreguliervorrichtung 2 einen
Sperr- bzw. Verriegelungsprozess durch. Der Drucksensor 12 wird
so gewählt,
daß dessen
Druckaufnahmeabschnitt eine gegenüber der Druckänderung
schwache bzw. geringfügige
Volumenänderung aufweist,
so daß ein
Einfluss auf die Leckagemessung ausgeschlossen wird.
Die
Membran-Volumenmesseinrichtung 1 ist in zwei Körper 21a bzw. 21b aufgeteilt,
die sich jeweils auf der linken bzw. rechten Seite befinden; zwischen
den Körpern 21a und 21b erstreckt
sich eine Membran 22 luftdicht. Die Membran 22 ist
so gewählt,
daß sie
auf eine durch die Fluidwege 23a und 23b übertragene
geringfügige
Volumenänderung empfindlich
reagiert. Die Membran kann vorzugsweise aus einem Material SUS410
mit einer Dicke von 0,05 mm hergestellt sein. An den Körpern 21a bzw. 21b sind
jeweils konkave Abschnitte 24a bzw. 24b ausgebildet,
in welchen die Membran 22 versetzt wird, wobei die konkaven
Abschnitte 24a bzw. 24b jeweils mit den Fluidwegen 23a bzw. 23b in
Verbindung stehen. Wenn aus dem Gegenstand 4 das Leckagemessgemedium
austritt, wird die Membran 22 der Volumenänderung
des Leckagemessmediums entsprechend geringfügig versetzt. Wie es in 2 gezeigt ist,
wird die Größe bzw.
der Betrag der geringfügi gen Versetzung
der Membran 22 über
einen Versetzungssensor 25 gemessen, der im allgemeinen
als ein Drucksensor zum Erfassen einer Reaktanzänderung verwendet wird, wobei
ein Signal vom Versetzungssensor 25 in die Verarbeitungseinheit 13 eingegeben
wird.
Der
Zusammenhang zwischen dem Versetzungsbetrag h (mm) der Membran 22 und
der Volumenänderung
(mm3) des Leckagemessmediums wird durch
die folgenden Formel bzw. Vorschrift (1) ausgedrückt: V = πh
(3r2 + h2) / 6 (1)wobei r (mm)
ein Radius der Membran 22 ist, wie es in 4 gezeigt
ist.
Durch
das Setzen des Radius r der Membran 22 auf einen geeigneten
Wert kann ein linear proportionaler Zusammenhang zwischen der Versetzung
h und der Volumenänderung
V geschaffen werden, wie es in 3 gezeigt
ist. Infolgedessen kann, da keine komplexe Korrektur ausgeführt werden
muß, um
die Volumenänderung
V des Leckagemessmediums zu berechnen, die Leckagemenge mit einem
einfachen Aufbau gemessen werden.
Im
Fall einer übermäßigen Leckage
aus dem Gegenstand 4 oder dergleichen schützt die
Versetzungsreguliervorrichtung 2 die Membran 22,
indem sie das Aufbringen einer übermäßigen Belastung
auf die Membran-Volumenmesseinrichtung 1 verhindert. Die
Versetzungsreguliervorrichtung 2 ist in zwei Körper 26a bzw. 26b aufgeteilt,
die sich jeweils auf der oberen bzw. unteren Seite befinden. Zwischen
den Körpern 26a und 26b erstreckt
sich eine Schutzfolie bzw. ein Schutzfilm 27 luftdicht.
An der oberen Seite ist am Körper 26a ein
konkaver Abschnitt 28a mit einer halbkugelförmigen Gestalt
ausgebildet. Bei einer normalen Leckagemessung wird der Schutzfilm 27 um
einen Weg versetzt, der vom Leckagevo lumen abhängt. Im Fall einer übermäßigen Leckage
kommt der Schutzfilm 27 jedoch in engen Kontakt mit einer Oberfläche des
konkaven Abschnitts 28a, so daß eine weitere Versetzung des
Schutzfilms 27 verhindert wird. Dementsprechend wird die
Volumenänderung
der Membran 22 in einem zulässigen Bereich gehalten, so
daß die
Membran 22 vor einer Beschädigung geschützt wird.
In den Körpern 26a bzw. 26b sind
jeweils Fluidwege 29a bzw. 29b ausgebildet, die mit
den Fluidwegen 6a bzw. 6b kommunizieren.
In
diesem Fall kann der Schutzfilm 27 vorzugsweise aus einem
Metallmaterial SUS304 mit einer Dicke von 0,005 mm hergestellt werden.
Für den Fall,
daß das
Leckagemessmedium eine Flüssigkeit
ist, kann die Versetzungsreguliervorrichtung 2 an einer
Position, die höher
ist als die Position, an der der Gegenstand 4 angebracht
ist, horizontal eingerichtet sein. Bei einer derartigen Anordnung
ist der Schutzfilm 27 parallel zum Körper 26b horizontal
angeordnet, wobei die ursprüngliche
Position ständig
beibehalten werden kann.
In
der Messunterlage 3 sind ein mit dem Fluidweg 6b in
Verbindung stehender Fluidweg 31a sowie senkrecht zum Fluidweg 31a Fluidwege 31b und 31c ausgebildet,
die jeweils mit dem Fluidweg 31a in Verbindung stehen.
Im Fluidweg 31a ist der Drucksensor 12 vorgesehen,
um den Innendruck des Leckagemesssystems 7 zu messen und
ein den gemessenen Innendruck angebendes Signal an die Verarbeitungseinheit 13 zu
liefern. Der Fluidweg 31b kommuniziert mit dem an der Unterlage 3 luftdicht
angebrachten Gegenstand 4. Ferner kommuniziert der Hydraulik-
bzw. Fluidweg 31c mit dem mit der Atmosphäre in Verbindung
stehenden Ventil 10.
Die
Stabilisiereinrichtung 5 unterdrückt einen Einfluss äußerer Störungen,
beispielsweise von Schwankungen des Atmosphärendrucks und Umgebungskonvektion,
auf die Membran 22 in der Membran-Volumenmesseinrichtung 1.
Die Stabilisiereinrichtung 5 weist einen luftdicht abgeschlossenen
Behälter
mit einem bestimmten Volumen auf, so daß sie von einer Druckänderung
nicht beeinflußt
wird, und steht über
den Fluidweg 6c mit dem Fluidweg 23a in der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 in
Verbindung. Da das Volumen des Behälters der Stabilisiereinrichtung 5 gegenüber der
Versetzungsänderung der
Membran 22 ausreichend größer ist, tritt mit der Versetzungsänderung
der Membran 22 im Behälter der
Stabilisiereinrichtung 5 nur eine schwache Druckänderung
auf und kann daher ignoriert werden.
Für den Fall,
daß die
Membran 22 in der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 aufgrund
einer thermischen Ausdehnung des in das Leckagemesssystems eingefüllten Leckagemessmediums
um einen bestimmten Wert bzw. Betrag oder mehr in eine Richtung
versetzt wird, wird eines der im Fluidweg 6a bzw. in der
Stabilisiereinrichtung 5 eingerichteten Öffnungs-/Schließventile 9 bzw. 11 geöffnet, so
daß das Leckagemesssystem 7 mit
der Atmosphäre
in Verbindung gebracht wird. Mit dem Öffnen eines der Öffnungs-/Schließventile 9 und 11 kehrt
die Membran in ihre ursprüngliche
Position zurück.
Als
nächstes
erfolgt die Beschreibung eines Betriebs der Leckagemessvorrichtung
mit dem vorstehenden Aufbau für
den Fall, daß das
Leckagevolumen aus einem Kraftstoffeinspritzventil gemessen wird,
das als der Gegenstand 4 verwendet wird. Der Gegenstand 4 wird
an der Messunterlage 3 luftdicht angebracht, und die Druckaufbringvorrichtung
beaufschlagt das Leckagemessmedium mit einem bestimmten Druck und
transportiert es zum Gegenstand 4. Wenn am Gegenstand 4 eine
geringfügige Leckage
eintritt, wird das Leckagevolumen durch die Fluidwege 31b und 6b zum
Schutzfilm 27 befördert und über den
Schutzfilm 27 weiter auf die Membran 22 übertragen.
Die Membran 22 wird durch die Volumenänderung dem zu ihr übertragenen
Leckagevolumen entsprechend versetzt. Die Volumenänderung, die
durch den Versetzungssensor 25 als eine Versetzung der
Membran 22 gemessen wurde, wird an die Verarbeitungseinheit 13 ausgegeben.
Die Verarbeitungseinheit 13 berechnet aus der Formel (1),
die den in 3 gezeigten Zusammenhang zwischen der
Versetzung h (mm) der Membran 22 und der Volumenänderung
V (mm3) ausdrückt, die Leckagemenge.
Wie
es vorstehend beschrieben ist, erfasst bei diesem Leckagemessverfahren
die Leckagemessvorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform eine
Volumenänderung
des in das luftdicht abgeschlossene Leckagemesssystem 7 eingefüllten Leckagemessmediums
anstelle einer Druckänderung des
Leckagemessmediums. Daher kann die Leckagemenge durch das Messen
der Versetzung der extrem flexiblen Membran 22, die selbst
auf eine geringfügige
Volumenänderung
empfindlich reagiert, direkt gemessen werden. Außerdem kann durch eine Verwendung
der extrem flexiblen Membran 22 eine so geringe bzw. schwache
Versetzung geschaffen werden, daß eine während der Messzeit durch andere
Faktoren im Leckagemesssystem 7 hervorgerufene Druckänderung
ignoriert werden kann. Daher kann die Leckagemenge mit einem hohen
Grad an Genauigkeit gemessen werden, ohne dabei von einer Druckänderung
beeinflusst zu werden.
Die
Versetzungsreguliervorrichtung 2, die verhindert, daß die Membran 22 um
einen bestimmten Weg oder mehr versetzt wird, ist zum Schutz der Membran 22 gegen
eine Beschädigung
vorgesehen. Außerdem
wird der Innendruck des Leckagemesssystems 7 durch den
Drucksensor 12 gemessen, um einen anomalen Betrieb der
Versetzungsreguliervorrichtung 2 zu überwachen. Daher kann ein durch
einen anomalen Betrieb hervorgerufenes Problem behoben werden.
Für den Fall,
daß die
Leckagestelle des Gegenstands, an welchem die Messung auszuführen ist,
nicht identifiziert werden kann, kann das Leckagevolumen durch eine
Leckagemessvorrichtung mit einem in 5 gezeigten
Aufbau gemes ausgetretenen Messmediums äquivalent ist, in ein Leckagemesssystem
eingeführt
wird. Die Einstellvorrichtung 14 ist in der Messvorrichtung
während
der ganzen Zeit stationär
eingerichtet. Da die Membran der Einstellvorrichtung 14 ausreichend
härter
ist als die Membran der Membran-Volumenmesseinrichtung 1, kann
ein durch die Versetzung der harten Membran der Einstellvor sen
werden. Der Gegenstand 44, an dem die Messung durchzuführen ist,
befindet sich in einem luftdicht abgeschlossenen Behälter 45.
Wenn die Druckaufbringvorrichtung 8 auf den Gegenstand 44 einen
Druck aufbringt, tritt in dem Behälter 45 eine dem Leckagevolumen
aus dem Gegenstand 44 entsprechende Volumenänderung
ein. Die Volumenänderung
wird durch den Fluidweg 6b, die Versetzungsreguliervorrichtung 2 und
den Fluidweg 6a auf die Volumenmesseinrichtung 1 übertragen,
wodurch das Leckagevolumen gemessen werden kann.
Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf 6 eine erfindungsgemäße Ausführungsform
beschrieben. Die Beschreibung des Aufbaus von Teilen oder Komponenten
sowie von Betriebsvorgängen gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die
denen der ersten Ausführungsform
identisch oder äquivalent
sind, wird ausgelassen.
Gemäß 6 weist
eine Membran-Volumenmesseinrichtung 1 eine
flexible Membran auf. Die Membran wird in Abhängigkeit von dem Leckagevolumen
aus dem Gegenstand 4, an dem die Messung durchzuführen ist,
versetzt. Der Aufbau der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 im
Detail entspricht dem der ersten Ausführungsform nach dem Stand der
Technik.
Eine
Einstellvorrichtung 14 hat denselben Aufbau wie die Membran-Volumenmesseinrichtung 1,
sie hat aber anstelle der flexiblen Membran eine extrem harte Membran.
Mit einem elektro-pneumatischen Wandler 15 wird die harte
Membran so um einen bestimmten Weg oder mit einer bestimmten Zeitrate
versetzt, daß das
Messmedium mit einem bestimmten Volumen, das dem Volumen des vom
Gegenstand 4 richtung 14 hervorgerufener Fehler
ignoriert werden. Durch das Ausführen
eines derartigen der Leckage äquivalenten
Betriebs mit der Einstellvorrichtung 14 und dem elektro-pneumatischen Wandler 15 in
bestimmten Intervallen kann die Messgenauigkeit der Messvorrichtung
aufrechterhalten und leicht gesteuert werden.
Eine
Verarbeitungseinheit 113 wandelt ein analoges Signal von
der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 in ein digitales Signal
um und führt
den Prozess zur Berechnung des Leckagevolumens aus. Außerdem steuert
die Verarbeitungseinheit 113 den elektro-pneumatischen
Wandler 15 in Abhängigkeit von
einem Ausgangssignal der D/A-Umwandlung und führt in Abhängigkeit von einem Signal von
einem Drucksensor 12 einen Verriegelungsprozess aus.
Eine
Leckagemessmediumversorgungsvorrichtung 80 bringt auf den
Gegenstand 4 einen bestimmten Druck auf; ein Leckagemessmediumversorgungskreis
wird ferner durch Ventile 81 bis 84 gesteuert.
Das Ventil 81 verbindet die Leckagemessmediumversorgungsvorrichtung 80 mit
dem Gegenstand 4, und das Ventil 82 steuert die
Versorgung des Leckagemessmediums. Das Ventil 83 bringt
bei einer Dichtheitsprüfung
einen Flüssigkeitssäulendruck
auf. Das Ventil 84 zirkuliert das Leckagemessmedium, wenn
keine Leckagemessung durchgeführt
wird.
Anschließend erfolgt
die Beschreibung eines vollständigen
Betriebs dieser Ausführungsform
für den
Fall, daß eine
Flüssigkeit
als das Leckagemessmedium verwendet wird. Vor (oder nach) der Leckagemessung
wird in einem Zustand, in dem der Gegenstand 4 an der Messunterlage 3 angeordnet
ist, die Dichtheitsprüfung
durchgeführt,
um festzustellen, ob in dem Zustand, in dem der Gegenstand 4 angeordnet
ist, in der Messvorrichtung selbst eine Leckage vorliegt oder nicht.
In diesem Fall kann auch festgestellt werden, ob der Gegenstand 4 luftdicht
angeordnet ist oder nicht. Im besonderen wird in dem Zustand, in
dem die Ventile 82 und 84 geschlossen und die
Ventile 81 und 83 geöffnet sind, bei einem offenen Sitzabschnitt
des Gegenstands 4, der eine Ventilöffnungs-/schließfunktion
hat, ein im voraus eingestellter Flüssigkeitssäulendruck auf die Messvorrichtung aufgebracht.
Dann wird der Sitzabschnitt luftdicht geschlossen und eine Änderung
eines Ausgangswerts der Volumenmesseinrichtung beobachtet. Falls
dabei eine Leckage auftritt, zeigt die Volumenmesseinrichtung eine
negative Änderung
oder einen Abfall an, da der dem Flüssigkeitssäulendruck entsprechende Ausgangswert
nicht aufrechterhalten werden kann. Auf diese Weise kann die Dichtheitsprüfung durchgeführt werden.
Als eine Folge davon kann ein stabiler Prüfdruck vorgesehen werden.
Als
nächstes
wird eine Leckagemessung durchgeführt. In dem Zustand, in dem
das Ventil 83 geschlossen und das Ventil 82 geöffnet ist,
wird mittels der Leckagemessmediumversorgungsvorrichtung 80 ein
bestimmter Druck auf den Leckagemessgegenstand 4 aufgebracht.
Dabei sind die Öffnungs-/Schließventile 9, 10 und 11 geschlossen. Falls
eine Leckage aus dem Gegenstand 4 eintritt, wird die Membran
der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 dem Leckagevolumen
entsprechend versetzt, das über
eine Versetzungsreguliervorrichtung 2 an die Membran übertragen
wird. In diesem Fall wird ein von der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 ausgegebenes
Signal an die Verarbeitungseinheit 13 geliefert und in
das Leckagevolumen umgewandelt. Das Verfahren zur Umwandlung des
ausgegebenen Signals in das Leckagevolumen kann die Formel (1) gemäß der ersten
Ausführungsform
oder eine Gleichung verwenden, die durch einen Mustergegenstand
bereits bekannter Leckagegrößen kalibriert wird.
Gemäß den vorstehend
beschriebenen Betriebsweisen ist es möglich, eine geringfügige Leckagemenge
mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit und
einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen, wobei eine Selbstdiagnose
für die
Dichtheitsprüfung angewendet
wird.
Anschließend wird
eine Mustergegenstandprüfung
für die
tägliche
Wartung und Behandlung der Messvorrichtung beschrieben. Ein leckagefreier
Gegenstand wird an der Messunterlage 3 angeordnet. In dem
Zustand, in dem die Öffnungs-/Schließventile 9, 10 und 11 geschlossen
sind, bringt der durch die Verarbeitungseinheit 13 gesteuerte
elektro-pneumtatische Wandler 15 auf eine Seite der Einstellvorrichtung 14 einen
Druck auf. Der Zusammenhang zwischen dem auf die Einstellvorrichtung 14 aufgebrachten
Druck und dem Leckagevolumen wird im voraus kalibriert. Die Membran
der Einstellvorrichtung 14 wird versetzt, wobei das Leckagemessmedium
mit einem dem Leckagevolumen aus dem Gegenstand 4 äquivalenten
Volumen durch den elektro-pneumatischen Wandler 15 in das
Messsystem eingeleitet wird. Durch einen Vergleich des von der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 erhaltenen
Messwerts mit dem eingefüllten
Leckagemessmedium (dem Leckagevolumen) mittels der Einstellvorrichtung 14 kann
die Messgenauigkeit gewährleistet
werden.
Bei
der erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird, wie es bereits bei der ersten Ausführungsform nach dem Stand der
Technik erwähnt
ist, die Leckage aus dem Produkt (dem Gegenstand 4, an
dem die Messung durchzuführen
ist) als eine Volumenänderung
im Leckagemesssystem statt als eine Druckänderung gemessen. Ferner kann
durch eine Verwendung einer extrem flexiblen Membran in der Membran-Volumenmesseinrichtung
die Versetzung der Membran klein genug gehalten werden, so daß eine Druckänderung
während
der Messzeit ignoriert werden kann. Auf diese Weise kann ein Leckagemessverfahren
erzielt werden, das von einer Druckänderug nicht beeinflusst wird.
Bei
dieser Ausführungsform
wird ein Sensor mit demselben Aufbau wie die Membran-Volumenmesseinrichtung
als eine Einstellvorrichtung verwendet, die in der Anlage während der
ganzen Zeit eingerichtet ist, um in Verbindung mit dem elektro-pneumatischen Wandler
als ein Wartungs-/Behandlungsmustergegenstand
zu dienen. Dementsprechend kann eine Leckage mit einem hohen Grad
an Genauigkeit gemessen werden.
Wenn
die Leckagestelle nicht identifiziert werden kann, kann die Leckagemenge
durch eine Leckagemessvorrichtung mit einem in 7 gezeigten
Aufbau gemessen werden. Ein Gegenstand 19, an dem die Messung
durchzuführen
ist, wird in einem luftdicht abgeschlossenen Behälter 18 angeordnet, der
mit einer Druckaufbringvorrichtung in Verbindung steht. Bei dieser
Anordnung wird eine Leckage aus dem Gegenstand 19 an die
Volumenmesseinrichtung 1 übertragen, die in der Lage
ist, die Leckagemenge zu messen. Eine Dichtheitsprüfung kann
auf dieselbe Art und Weise wie bei der vorigen Ausführungsform durchgeführt werden,
wobei eine Vorrichtung 20 zum Aufbringen eines Dichtheitsprüfdrucks
verwendet wird. Dadurch kann ein stabiler Prüfdruck vorgesehen werden.
Unter
Bezugnahme auf die 8 bis 10 wird
nun eine zweite Ausführungsform
nach dem Stand der Technik beschrieben. Eine Beschreibung derselben
Effekte und Merkmale wie bei der ersten Ausführungsform wird ausgelassen.
Gemäß 8 weist
eine Innendruckreguliermembran 101 eine harte Membran auf.
Die Innendruckreguliermembran 101 reguliert das Volumen
eines von einem konkaven Abschnitt 103a und der Innendruckreguliermembran 101 eingeschlossenen
Innendruckregelraums 103e derart, daß das Volumen eines Leckagemesssystems
reguliert wird. Die Innendruckreguliermembran 101 ist dicht
bzw. eng an einer Messunterlage 103 angebracht.
Die
Innendruckreguliermembran 101 wird durch eine Innendruckreguliermembranversetzungsvorrichtung 102 (die
später
beschrieben wird) mechanisch betätigt.
Das Volumen des Leckagemesssystems wird durch einen Biegebetrag
der Innendruckreguliermembran 101 eingestellt. Die Innendruckregu liermembranversetzungsvorrichtung 102 ist
in dieser Ausführungsform
eine Messschraube.
Die
Messunterlage 103 weist den konkaven Abschnitt 103a,
einen ersten Verbindungsweg 103b, einen zweiten Verbindungsweg 103c,
einen dritten Verbindungsweg 103d, den Innendruckregulierraum 103e,
einen Endabschnitt 103f und ein Dichtmaterial (einen O-Ring) 103g auf.
Ein
Drucksensor 104 überwacht
einen Druck im Leckagemesssystem. Eine Membran-Volumenmesseinrichtung 105 misst
die Leckagemenge und gibt einen das Leckagevolumen angebenden Wert aus.
Eine Versetzungsreguliervorrichtung 106 schützt die
Membran-Volumenmesseinrichtung 105 vor einer hohen Leckage.
Eine
Stabilisiereinrichtung 107 schützt die Membran-Volumenmesseinrichtung 105 vor
Störungen,
wie z. B. einer Umgebungskonvektion und einer Atmosphärendruckänderung. Öffnungs-/Schließventile 108, 109 stellen
die Kommunikation mit der Atmosphäre her oder unterbrechen diese.
Eine Verarbeitungseinheit 110 berechnet aus dem von der Membran-Volumenmesseinrichtung 105 ausgegebenen
Wert ein Leckagevolumen und weist einen Betrieb der Messschraube 102 als
die Innendruckreguliermembranversetzungsvorrichtung dem Ausgang
des Drucksensors 104 entsprechend an. Eine Druckaufbringvorrichtung 112 bringt
auf einen Gegenstand 111, an dem die Messung durchzuführen ist,
einen Druck auf.
Anschließend wird
ein Betrieb der Leckagemessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform
nach dem Stand der Technik beschrieben.
Beim
Anbringen des Gegenstands 111 an der in 8 gezeigten
Leckagemessunterlage 103 ändert sich das Volumen im Leckagemesssystem durch
eine Verformung des Dichtmaterials (des O-Rings) 103g und
der Innendruck des Leckagemesssystems steigt an. Um einen Anstieg
des Innendrucks zu ver hindern, wird die Messschraube 102 vor der
Anordnung des Gegenstands 111 in eine Richtung verstellt,
in welche die Innendruckreguliermembran 101 derart an eine
Anfangsposition verstellt wird, daß das Volumen des Innendruckregulierraums 103e verringert
wird, wie es in 10 gezeigt ist. In diesem Zustand
gibt der Drucksensor 104 den Atmosphärendruck an.
Als
nächstes
wird der Gegenstand 111 am Endabschnitt 103f der
Unterlage 103 angeordnet. Während der Überwachung des Anstiegs des
Innendrucks unter Verwendung des Drucksensors 104 wird
die Position der Innendruckreguliermembran 101 in eine
das Volumen des Innendruckregulieraums 103e erhöhende Richtung
zurückgestellt,
wobei die Messschraube 102 verwendet wird, um den Anstieg
des Innendrucks auf Null zu steuern. Dadurch kann ein durch einen
Anstieg des Innendrucks hervorgerufenen Messfehler (eine Änderung
des Prüfdrucks)
beseitigt werden, welcher beim Anordnen des Gegenstands 111 auftreten
kann.
Dann
wird unter Verwendung der Druckaufbringvorrichtung 112 auf
den Gegenstand 111 ein Druck aufgebracht. Dadurch kann
das Leckagevolumen mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen
werden.
Ferner
wird für
die Anwendung einer Zuverlässigkeitsfunktion
bzw. eines Zuverlässigkeitsbetriebs,
der verhindert, daß ein
defektes Produkt als ein nicht defektes Produkt bestimmt wird, die
Innendruckreguliermembran 101 in die das Volumen des Innendruckregulierraums 102 vergrößernde Richtung
verstellt, wobei die Messschraube 102 verwendet wird, um
den Innendruck auf einen negativen Wert einzustellen bzw. zu regeln.
Auf diese Weise hat eine Leckage aus einem verschlossenen bzw. abgedichteten
Abschnitt des Gegenstands 111, einer Spannvorrichtung oder
eines Rohrsystems dieselbe Richtung wie die Leckage aus dem Gegenstand 111, wobei
ein Zuverlässigkeitsbetrieb
erhalten werden kann, bei dem das defekte Produkt immer durch "eine Leckage liegt
vor" bestimmt werden
kann.
Unter
Bezugnahme auf 8 werden nun Messbetriebsvorgänge genauer
beschrieben. Die Öffnungs-/Schliessventile 108 und 109 werden
zur Atmosphäre
geöffnet.
Dann wird die Innendruckreguliermembran 101 in eine Richtung
verstellt, in welche das Volumen des konkaven Abschnitts 103a mit
der Messschraube 102 um einen bestimmten Weg derart verringert
wird, daß das
Volumen des Leckagemesssystems verkleinert wird.
Im
Anschluß daran
wird der Leckagemessgegenstand 111 auf der Unterlage 103 angeordnet. Der
Anstieg des Innendrucks wird dabei, während der Ausgang des Drucksensors 104 überwacht
wird, durch das Zurückstellen
der Innendruckreguliermembran 101 mit der Messschraube 102 auf
Null reduziert. Dann werden die Öffnungs-/Schließventile 108, 109 geschlossen,
und die Druckaufbringvorrichtung 112 bringt auf den Gegenstand 111 einen
Druck auf. Dadurch kann das Leckagevolumen mit einem hohen Grad
an Genauigkeit gemessen werden.
Für die Anwendung
des Zuverlässigkeitsbetriebs
wird die Innendruckreguliermembran 101 ferner durch die
Verwendung der Messschraube 102 in eine Richtung versetzt,
in der der Druck des Innendruckregulierraums 103e so eingestellt
wird, daß er negativ
wird. Auf diese Weise wird der Innendruck des Leckagemesssystems
so eingestellt, daß er
um einen bestimmten Wert negativ ist. Ein Schutzfilm einer Versetzungsreguliervorrichtung 106 wird
dabei so versetzt, daß er
nicht mit einem konkaven Abschnitt, der eine halbkugelförmige Oberfläche aufweist,
in Kontakt kommt, wie es in 8 durch
eine gestrichelte Linie gezeigt ist.
In
diesem Zustand werden die Öffnungs-/Schliessventile 108 und 109 luftdicht
verschlossen, und die Leckage wird gemessen. Falls aus dem Gegenstand 111 eine
Leckage eintritt, wird die Membran der Membran-Volumenmesseinrichtung 105 versetzt,
so wie es mit der gestrichelten Linie in 8 gezeigt
ist, und die Membran-Volumenmesseinrichtung 105 gibt einen
dem Versetzungsbetrag der Membran entsprechenden Wert aus. Der Wert
wird durch die Verarbeitungseinheit 110 in das Leckagevolumen
umgewandelt.
Außerdem tritt
für den
Fall, daß aus
der Spannvorrichtung oder dem Rohrsystem eine Leckage vorliegt,
Fluid von der Außenseite
ein, da der Innendruck negativ ist. Die Versetzung der Membran der
Membran-Volumenmesseinrichtung 105 hat dieselbe Richtung
wie die Leckage aus dem Leckagemessgegenstand 111, und
die Leckage aus der Spannvorrichtung, dem Rohrsystem oder dergleichen
wird zur Leckage aus dem Messgegenstand 111 hinzugegeben,
so daß der
Zuverlässigkeitsbetrieb
erfüllt
wird, bei der das defekte Produkt nicht als ein nicht defektes Produkt
bestimmt wird.
Gemäß der vorstehend
beschriebenen Erfindung kann das Innenvolumen des Leckagemesssystems
eingestellt bzw. geregelt werden, ohne eine Leckage zu verursachen,
und durch die Beseitigung einer Prüfdruckabweichung, die von einer
Innendruckänderung
verursacht wird, welche beim Anordnen des Gegenstands auftreten
kann, kann das Leckagevolumen mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen
werden.
Wenn
der Innendruck des Leckagemesssystems auf einen negativen Wert eingestellt
wird, ist es ferner möglich,
eine höchst
zuverlässige
Leckagemessvorrichtung und ein Leckagemessverfahren mit einem Zuverlässigkeitsbetrieb
bereitzustellen, der selbst für
den Fall, daß die
Messvorrichtung versagt, die Bestimmung eines defekten Gegenstands
als einen nicht defekten Gegenstand verhindert.
Bei
dem Leckagemessverfahren gemäß dieser
Ausführungsform
wird die Leckage zwar auf der Leckseite gemessen, sie kann aber
ebenso auch auf der Druckversorgungsseite gemessen werden.
D.
h., daß die
in 8 gezeigte Innendruckreguliermembran 101 und
Messschraube 102 auf der Druckbeaufschlagungsseite eingerichtet
werden.
Nach
dem Aufbringen eines bestimmten Drucks auf den Gegenstand wird der
Messkreis durch beispielsweise ein Ventil luftdicht geschlossen. Dabei
kann der Innendruck durch die Betätigung bzw. den Betrieb des
Ventils beeinflusst werden. In diesem Fall wird die Leckage jedoch
an der Druckbeaufschlagungsseite gemessen, wodurch die Abweichung
bzw. Änderung
des Innendrucks die Messung nicht beeinflussen kann.
Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen gezeigt
und beschrieben wurde, ist es für
einen Fachmann ersichtlich, daß Änderungen
in der Form und Einzelheit ausgeführt werden können, ohne
dabei vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie sie in den anhängigen Ansprüchen definiert
ist.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Leckagemessvorrichtung somit eine Volumenmesseinrichtung
mit einer Membran, die in Abhängigkeit
von einer Volumenänderung
des aus einem Gegenstand ausgetretenen und an die Membran übertragenen
Messmediums versetzt wird, eine Dichtheitsprüfdruckaufbringvorrichtung zum
Aufbringen eines Messmediums mit einem bestimmten Prüfdruck in
einem Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand und der Volumenmesseinrichtung,
ein Schließventil
zum Schließen
einer Verbindung zwischen der Dichtheitsprüfdruckaufbringvorrichtung und
dem Verbindungsrohr sowie eine Überwachungsvorrichtung
zum Überwachen
einer Signaländerung
der Volumenmesseinrichtung bei geschlossenem Schliessventil auf.
Auf diese Weise kann, da das Leckagevolumen aus einer Volumenänderung
des Messmediums direkt gemessen werden kann, das Leckagevolumen
ohne eine Beeinflussung von einer Druckänderung gemessen und die Genauigkeit
der Messung verbessert werden. Desweiteren kann eine defekte Dichtung
im Messsystem durch eine Überwachung
der Volumenänderung
des Messmediums erfasst werden.