JP3054508B2 - 容器のガス漏れを計測する方法及び装置 - Google Patents
容器のガス漏れを計測する方法及び装置Info
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Description
ガス漏れを差圧方式によって正確に計測するための方法
及び装置に関する。
計測するために、被測定容器と全く同一の形状及び容積
を有し且つ空気漏れの全くない容器(バランス容器)を
製作し、被測定容器及びバランス容器に対して圧縮空気
を供給して互いに同一の圧力となるように充填した後、
圧縮空気の供給を停止し、その後のこれらの容器間にお
ける差圧を測定することが行われている。
容積から被測定容器の空気漏れ量を推定することができ
る。
の方法では、圧縮空気の圧縮又は膨張にともなう温度変
化の影響をなくすため、被測定容器と全く同一の形状及
び容積のバランス容器を用いる必要がある。
ぞれに対応したバランス容器を製作し、且つそれを配管
接続して取り付けなければならず、その手間が大変であ
り実用上極めて不便であった。
ス容器は空気漏れの全くないものでなければならないの
で、バランス容器の製作が容易ではなく、空気漏れの計
測に多大の時間とコストとを要していた。
定容器に対し、同一の基準容器を用いて空気漏れを正確
に計測する方法及び装置を提供することを目的とする。
法は、上述の課題を解決するため、基準容器と形状また
は容積の異なる被測定容器のガス漏れを計測する方法で
あって、被測定容器及び基準容器に対して圧縮ガスを供
給して充填した後に圧縮ガスの供給を停止し、その後、
これら各容器内の圧縮ガスが共に熱平衡状態に達する時
点tsまで待ち、熱平衡状態に達した時点ts以降にお
けるそれらの間の差圧の時間変化に基づいてガス漏れを
計測する。
状態に達した時点tsを、各容器内の圧縮ガスの温度変
化が一次遅れ要素のインディシャル応答であるとみなし
た場合の熱平衡時定数thに基づいて求める。
容器の熱平衡時定数thwを、基準容器の熱平衡時定数
thm、圧縮ガスの充填完了の時点ta、圧縮ガスの供
給を停止した時点tb、圧縮ガスの供給を停止した後に
差圧が極値となった時点tc、及び、時点tbにおける
差圧の関数として求める。
形状または容積の異なる被測定容器のガス漏れを計測す
る装置であって、被測定容器に接続するための配管接続
部と、漏れがなく熱平衡時定数thmが既知の基準容器
と、前記基準容器及び被測定容器に対して圧縮ガスを供
給するための圧縮ガス源と、前記基準容器及び前記被測
定容器と前記圧縮ガス源との間にそれぞれ設けられた開
閉弁と、前記基準容器及び前記被測定容器と前記各開閉
弁との間に設けられた絞り弁と、前記熱平衡時定数th
mに基づいて各容器内の圧縮ガスが共に熱平衡状態に達
する時点tsを求める手段と、前記基準容器と前記被測
定容器との間の差圧Dを、少なくとも各容器内の圧縮ガ
スが共に熱平衡状態に達した時点ts以降において計測
するための差圧計と、を有して構成される。請求項5の
発明に係る方法は、被測定容器のガス漏れを計測する方
法であって、被測定容器及び基準容器に対して圧縮ガス
を供給して充填した後に圧縮ガスの供給を停止し、これ
ら各容器内の圧縮ガスが共に熱平衡状態に達した時点t
s以降におけるそれらの間の差圧の時間変化に基づいて
ガス漏れを計測し、ここにおいて、前記熱平衡状態に達
した時点tsを、各容器内の圧縮ガスの温度変化が一次
遅れ要素のインディシャル応答であるとみなした場合の
熱平衡時定数thに基づいて求める。
い、これらの容器に対して圧縮ガスを供給して充填し且
つ圧縮ガスの供給を停止した後、これら各容器内の圧縮
ガスが共に熱平衡状態に達した時点ts以降における差
圧の時間変化に基づいて計測が行われる。
要素のインディシャル応答であるとみなされ、その熱平
衡時定数thに基づいて時点tsが求められる。被測定
容器の熱平衡時定数thwは、熱平衡時定数thm、時
点ta、tb、tc、及び時点tbにおける差圧の微分
値についての関数として求められる。
回路図である。図1において、計測装置1は、圧縮空気
源PS、フィルタFT、圧力調整弁RV、ソレノイドバ
ルブSV1〜3、絞り弁SE1〜2、基準容器(マスタ
容器)MV、差圧計DPS、記録計RE、被測定容器W
Vを接続するための配管接続部21などから構成されて
いる。
対して共通に用いられるものであり、漏れが全くなく、
熱平衡時定数thmが既知である。熱平衡時定数thm
については後述する。
器WVとの間の微少な差圧D(t)を計測するためのも
のである。記録計REは、差圧D(t)をメモリ上に記
録するものである。記録された差圧D(t)の時間的な
変化はマイクロコンピュータなどによって処理される。
定容器WVに対して圧縮空気を供給するためのものであ
り、圧力調整弁RVによって適当な圧力に調整される。
ソレノイドバルブSV1〜3は、基準容器MV又は被測
定容器WVへの圧縮空気の供給及び停止を制御するため
のものであり、ソレノイドバルブSV2、3を閉じた状
態では、これら容器MV、WVへの空気の流通は完全に
遮断される。
測定容器WVへの圧縮空気の流量を調整することによっ
て、圧縮空気の供給時においてこれら容器MV、WV間
にできるだけ差圧を発生させないようにするためのもの
である。したがって、被測定容器WVの側の絞り弁SE
2は可変絞りとなっており、被測定容器WVの容積に応
じて調整を行う。
を行う場合の各機器の動作タイミングを示す図である。
図2においては、基準容器MV内の圧力Pm(t)及び
被測定容器WV内の圧力Pw(t)の縦軸のスケールは
互いに等しく、これらに対して差圧D(t)の縦軸のス
ケールは拡大されている。
にソレノイドバルブSV2、3が同時にオンすることに
よって、基準容器MV及び被測定容器WVへの圧縮空気
の供給が開始される。供給の開始時点to=0である。
これによって、圧縮空気は絞り弁SE1〜2を通ってそ
れぞれの容器MV、WV内に流入し、それぞれの圧力P
m(t)、Pw(t)が上昇する。
力Pm(t)、Pw(t)が共に供給圧力Psに達した
時点ta、つまり両容器MV、WVへの充填が完了した
時点で差圧D(t)が0になる。
ルブSV2、3をオフし、両容器MV、WVへの圧縮空
気の供給を停止する。そうすると、基準容器MVにおい
ては圧縮空気の温度変化によって、被測定容器WVにお
いては圧縮空気の温度変化と漏れによって、それぞれ圧
力Pm(t)、Pw(t)が低下するため、図に示すよ
うな差圧D(t)が発生する。このとき、時点tcにお
いて、差圧D(t)の最初のピークが発生する。その
後、差圧D(t)は一旦0となり、正負が逆になって徐
々に増大する。
sにおいて熱平衡状態となり、それ以降においては被測
定容器WVの漏れのみによって差圧D(t)が変化す
る。時点tsから適当な時間を経過した後、ソレノイド
バルブSV1がオフの状態でソレノイドバルブSV2、
3をオンし、両容器MV、WV内の圧縮空気を排出す
る。その後、ソレノイドバルブSV2、3をオフし、差
圧D(t)の測定を終了する。
点ts以降における時間変化に基づいて、被測定容器W
Vの漏れ率qを求めることができる。つまり、漏れ率q
は、被測定容器WV内における空気量に対する単位時間
当たりに漏れた空気の割合であり、次の(1)式によっ
て求められる。
容器WVの形状及び容積などに係わらず、つまり被測定
容器WVを種々取り替えた場合でも、同一の基準容器M
Vを用い、基準容器MVを取り替えることをしない。そ
の代わり、これら容器MV、WVの形状及び容積が相違
することによる圧縮空気の温度変化の影響をなくすた
め、熱平衡状態となった時点ts以降における差圧D
(t)の時間変化に基づいて漏れ率q求めるのである。
被測定容器WVの熱平衡時定数thwが基準容器MVの
熱平衡時定数thmよりも小さい場合(thw≦th
m)のものであるが、図3はその逆の場合(thw>t
hm)の差圧D(t)の波形の例を示す図である。
る方法について説明する。まず、本発明の発明者は、容
器の壁を介する熱伝達による容器内の圧縮空気の温度変
化を、一次遅れ要素のインディシャル応答であると近似
した。そうすると、容器内の圧縮空気の温度T(t)
は、時定数thを用いて次の(2)式によって示され
る。
容器の温度そして、容器内の圧縮空気の熱平衡時定数は
(2)式の時定数thである、と定義できることを発見
し、それを実験的に確かめた。
数thwは、次のようにして求められる。まず、容器の
熱伝達性質に関する定数(熱伝達定数)Hを H=f(Sh,ht,V) ……(3) と定義する。ここで、Shは容器の熱伝達面積を、Vは
容積を、htは熱伝達率を、それぞれ表す。この(3)
式に基づいて、基準容器MVの熱伝達定数Hmを実験的
に求めておく。
伝達定数Hとの間には、 th=f(H,ρo,ρ) ……(4) の関係式が成り立つ。また、容器内の圧縮空気圧力Pと
温度Tとの間には、 P=R・ρ・T ……(5) の関係式が成り立つ。ここで、Rは空気のガス定数を、
ρoは大気の密度を、ρは容器内の圧縮空気の密度を、
それぞれ表す。
熱伝達定数Hmとの関係は次の(6)式で示される。 thm=(ρm/ρo)・(1/Hm) ……(6) ここで、ρmは次の(7)式で求められる。
Vと被測定容器WVとの間の差圧D(t)については、 D(t)=Pm(t)−Pw(t) =f〔t,Hm,thw,ρo,ρm,Tm(0),ρ
w,Tw(0),…〕 ……(8) という論理式が得られる。この(8)式を用いて導くこ
とによって、熱平衡時定数thwについての計算式であ
る次の(9)式が得られる。
圧D(t)のグラフから求められ、dD(t)/dtは
時点tbにおける差圧D(t)の数値微分により求めら
れる。また、基準容器MVの熱伝達定数Hmは実験的に
求めたものである。
ブSV1〜3の切り替えタイミングを適切に調整して差
圧D(t)のグラフを得、上述の(9)式を用いること
によって被測定容器WVの熱平衡時定数thwが推定さ
れるのである。
気の熱平衡時定数thwが求められると、これから時点
tsが次のようにして求められる。つまり、時点tsは
容器内の圧縮空気の熱平衡時間であるから、時点tsは
次の(10)式により求められる。
響をx(t)で評価しており、ここでのx(ts)は定
数(=10-7)とみなすことができる。
数thmに変えることにより、次の(12)式のように
表すことができる。
れている。
Psは供給圧力をそれぞれ示す。上述したように、差圧
方式による漏れ率qの算出に当たっては、圧縮空気の温
度変化による影響を無視することができないが、原理的
には、容器内の圧縮空気の温度変化を理論式によって定
量的に評価することができれば、その問題を解決するこ
とが可能である。また、容器内の圧縮空気の熱平衡時定
数thを与え、さらに容器内の圧縮空気の初期状態及び
容器外の環境などを表す諸パラメータを与えれば、容器
内の圧縮空気の温度変化を表す理論式が求められる。
質などに支配されているため、検査対象の被測定容器W
Vについての熱平衡時定数thwは、漏れ率qの計測の
前には未知の定数である。
法では、熱平衡時定数thwを、差圧D(t)の計測の
実行時における圧縮空気の充填及び熱平衡といった段階
で差圧方式によって推定することとしたのである。
から時点tsが求められ、時点ts以降における差圧D
(t)の時間変化に基づいて漏れ率q求められるから、
同一の基準容器MVを用いても被測定容器WVとの相違
による温度変化の影響を受けることがなく、正確に漏れ
率qを計測することができる。
それぞれに対応した基準容器MVを製作したりそれを配
管接続して取り付けたりする必要がなく、計測のための
作業が極めて簡便になる。しかも、1個の空気漏れのな
い基準容器MVを製作すればよいので、時間とコストを
大幅に低減することができる。
容積が大きく異なる場合には、計測の全過程における充
填、平衡、及び測定などといった各段階におけるソレノ
イドバルブSV1〜3の切り替えタイミングによって、
差圧計DPSの測定レンジよりもかなり大きいオーバー
プレッシャーが測定時に発生する可能性がある。しか
し、絞り弁SE2を調整することによってそれぞれの充
填完了までの時間がほぼ同じになるように調整し、差圧
D(t)が余り大きくならないようにすることができ
る。
の空気漏れによる以外に、被測定容器WVと基準容器M
Vとの容積差、及び温度変化の影響によっても発生す
る。図2に示される時点ta以前の差圧D(t)は前者
により、時点ta以降の差圧D(t)は後者により、そ
れぞれ発生することが判明している。
り弁SE2の調整により軽減される。時点ta以降の差
圧D(t)については、その極値〔D(tc)〕及び熱
平衡状態すなわち時点ts以降の差圧D(t)の値が時
点tbなどの関数となっているので、ソレノイドバルブ
SV1〜3の切り替えタイミングによって時点tbを調
整することによって、オーバープレッシャーを無くし又
は軽減することができる。
時点tbからの基準容器内空気の圧力Pm(t)を実験
的に測定し、次式を用いて最小二乗法により求められ
る。
は、容器内空気の渦流れなどの影響によって、容器壁の
熱伝達率thmが加圧工程以外の場合に比べてかなり大
きくなり、基準容器MVの熱伝達定数Hmは上述の方法
で求めたものよりもかなり大きくなることが予想され
る。このため、加圧工程における熱伝達定数Hmの値の
みを次式を用いて実験的に求める必要がある。
び基準容器MVの流路の開閉のためにソレノイドバルブ
SV1〜3を用いたが、これ以外の種々の弁を用いるこ
とができる。絞り弁SE1を可変としてもよい。その
他、計測装置1の構成は本発明の主旨に沿って種々変更
することができる。本発明は、自動車業界、バルブ業
界、医療器具業界、電機業界、その他の種々の業界にお
ける種々の容器のガス漏れの計測に適用することができ
る。
し、同一の基準容器を用いて空気漏れを正確に計測する
ことができる。
れの計測において時点tsを求めることができ、熱平衡
状態に達したことをより早く知って計測を短時間で行う
ことができる。
る。
各機器の動作タイミングを示す図である。
時定数よりも小さい場合の差圧の波形の例を示す図であ
る。
Claims (5)
- 【請求項1】基準容器と形状または容積の異なる被測定
容器のガス漏れを計測する方法であって、 被測定容器及び基準容器に対して圧縮ガスを供給して充
填した後に圧縮ガスの供給を停止し、その後、これら各
容器内の圧縮ガスが共に熱平衡状態に達する時点(t
s)まで待ち、熱平衡状態に達した時点(ts)以降に
おけるそれらの間の差圧の時間変化に基づいてガス漏れ
を計測することを特徴とする容器のガス漏れを計測する
方法。 - 【請求項2】前記熱平衡状態に達した時点(ts)を、
各容器内の圧縮ガスの温度変化が一次遅れ要素のインデ
ィシャル応答であるとみなした場合の熱平衡時定数(t
h)に基づいて求めることを特徴とする請求項1記載の
容器のガス漏れを計測する方法。 - 【請求項3】前記被測定容器の熱平衡時定数(thw)
を、基準容器の熱平衡時定数(thm)、圧縮ガスの充
填完了の時点(ta)、圧縮ガスの供給を停止した時点
(tb)、圧縮ガスの供給を停止した後に差圧が極値と
なった時点(tc)、及び、時点(tb)における差圧
の関数として求めることを特徴とする請求項2記載の容
器のガス漏れを計測する方法。 - 【請求項4】基準容器と形状または容積の異なる被測定
容器のガス漏れを計測する装置であって、 被測定容器に接続するための配管接続部と、 漏れがなく熱平衡時定数(thm)が既知の基準容器
と、 前記基準容器及び被測定容器に対して圧縮ガスを供給す
るための圧縮ガス源と、 前記基準容器及び前記被測定容器と前記圧縮ガス源との
間にそれぞれ設けられた開閉弁と、 前記基準容器及び前記被測定容器と前記各開閉弁との間
に設けられた絞り弁と、 前記熱平衡時定数(thm)に基づいて各容器内の圧縮
ガスが共に熱平衡状態に達する時点(ts)を求める手
段と、 前記基準容器と前記被測定容器との間の差圧Dを、少な
くとも各容器内の圧縮ガスが共に熱平衡状態に達した時
点(ts)以降において計測するための差圧計と、 を有することを特徴とする容器のガス漏れを計測する装
置。 - 【請求項5】被測定容器のガス漏れを計測する方法であ
って、 被測定容器及び基準容器に対して圧縮ガスを供給して充
填した後に圧縮ガスの供給を停止し、これら各容器内の
圧縮ガスが共に熱平衡状態に達した時点(ts)以降に
おけるそれらの間の差圧の時間変化に基づいてガス漏れ
を計測し、 ここにおいて、前記熱平衡状態に達した時点(ts)
を、各容器内の圧縮ガスの温度変化が一次遅れ要素のイ
ンディシャル応答であるとみなした場合の熱平衡時定数
(th)に基づいて求めることを特徴とする容器のガス
漏れを計測する方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4346347A JP3054508B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 容器のガス漏れを計測する方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06194257A JPH06194257A (ja) | 1994-07-15 |
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Family
ID=18382799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4346347A Expired - Fee Related JP3054508B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 容器のガス漏れを計測する方法及び装置 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP3054508B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6517192B2 (en) | 2001-02-23 | 2003-02-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus and method |
US9782986B2 (en) | 2011-03-18 | 2017-10-10 | Ricoh Company, Limited | Image forming apparatus and computer program product |
Families Citing this family (2)
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JP3820168B2 (ja) * | 2002-03-15 | 2006-09-13 | オリンパス株式会社 | リークテスタ |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP4346347A patent/JP3054508B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6517192B2 (en) | 2001-02-23 | 2003-02-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus and method |
US9782986B2 (en) | 2011-03-18 | 2017-10-10 | Ricoh Company, Limited | Image forming apparatus and computer program product |
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JPH06194257A (ja) | 1994-07-15 |
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