JP3143299B2 - 容器のガス漏れの計測方法 - Google Patents
容器のガス漏れの計測方法Info
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Description
ガス漏れを差圧方式によって計測するための方法に関す
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ガスの漏れを正
確に計測する方法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、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、その後における前記基準容器と前記被測定容
器との間の差圧D(t)を所定の時間計測し、計測され
た差圧D(t)から、被測定容器及び基準容器について
の2つの一次遅れ要素のインディシャル応答の差とみな
して求めておいた伝熱による差圧成分DH(t)、及び
初期差圧D(tb)を、それぞれ差し引くことによっ
て、漏れによる差圧成分DL(t)を求め、求めた漏れ
による差圧成分DL(t)に基づいてガス漏れを求める
方法である。
V、圧力P、及び温度Tである。したがって、容積変化
の無い容器の場合には、容器内のガスの圧力変化及び温
度変化を正確に測定できれば容器からのガス漏れを高精
度で検出することができる。しかし、現在のセンサー技
術では、圧力変化を差圧計(差圧センサー)によって比
較的正確に(誤差±P×10-5)測定することはできる
が、温度変化を正確に(誤差制限±T×10-5)測定す
ることは極めて困難である。
付けて内蔵した基準容器MV及び差圧計DPSを用い
て、基準容器MV内の圧力Pmと被測定容器WV(ワー
ク)内の圧力Pwとの差(差圧)D=Pm −PW を差圧
計DPSによって比較的に正確に測定し、得られた差圧
の時間変化D(t)から伝熱による差圧成分DH(t)
及び漏れによる差圧成分DL(t)を解析することによ
って、ガスの漏れ量VL又は漏れ率qが高精度で計測さ
れる。すなわち、図4に示されるように、測定された差
圧D(t)は、伝熱による差圧成分DH(t)と、漏れ
による差圧成分DL(t)と、初期差圧D(tb)とを
合成したものである。したがって、測定された差圧D
(t)から、伝熱による差圧成分DH(t)及び初期差
圧D(tb)を差し引くことにより、漏れによる差圧成
分DL(t)が求められる。ここで、伝熱による差圧成
分DH(t)は、伝熱による影響を2つのステップ入力
として扱うことにより、図5に示すように、被測定容器
及び基準容器についての2つの一次遅れ要素のインディ
シャル応答の差とみなして予め求めておくことができ
る。その際に、測定の初期においては誤差が大きいの
で、その間(ta→tb)を無駄時間とし、時刻tbを
始点としてそれ以降における差圧成分DH(t)を求め
る。そして、予め求めておいたDH(t)を用いて、計
測された差圧D(t)から、そのDH(t)および初期
差圧D(tb)を差し引き、漏れによる差圧成分DL
(t)を求める。このようにして求めた差圧成分DL
(t)を時間の一次関数とし、ガスの状態方程式などを
用いた式によってガスの漏れ量VL又は漏れ率qが求め
られる。
流体回路図である。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SV1〜4、ストップバルブSV5、基準容器
(マスタ容器)MV、差圧計DPS、被測定容器WV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、漏れが実質的に全
くなく、容積Vmが既知である。差圧計DPSは、基準
容器MVと被測定容器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。
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SV1〜4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
のものである。各ソレノイドバルブSV1〜4によって
空気が流通する状態を「開」、遮断された状態を「閉」
という。また、ソレノイドへの通電を「オン」、通電の
停止を「オフ」という。したがって、図1から明らかな
ように、ソレノイドバルブSV1〜3については「オ
ン」のときに流路が「開」となるが、ソレノイドバルブ
SV4については、常時開のバルブであるので、「オ
フ」のときには流路が「開」であり、「オン」のときに
流路が「閉」となる。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。また、ソレノイドバルブSV4をオ
フした状態では、差圧D(t)が零となり、測定を開始
するまでに差圧計DPSに大きな差圧力が加わるのを防
止できる。
を示すブロック図である。図2において、計測装置1
は、差圧計DPSから出力される検出信号を増幅する増
幅器31、デジタル信号に変換するA/D変換器32、
漏れ量の演算を始めとする種々の演算やソレノイドバル
ブSV1〜4の制御のための演算などを行って計測装置
1の全体を制御する演算装置33、差圧D(t)のデー
タを始めとして種々のデータを格納するメモリ34、入
力装置35、表示装置36、プリンタ装置37、ソレノ
イドバルブSV1〜4を駆動するためのドライバ回路3
8などから構成されており、必要に応じて磁気ディスク
装置などの外部記憶装置が接続され、また回線を通じて
他のシステムとの通信が行われる。
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3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。これによって、圧縮空気はそれぞ
れの容器MV、WV内に流入し、それぞれの圧力Pm
(t)、Pw(t)が上昇する。
した時点taにおいて、ソレノイドバルブSV2、3を
オフし、両容器MV、WVへの圧縮空気の供給を停止す
るとともに、ソレノイドバルブSV4をオンする。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)は時点tp
において一旦零となり、その後増大する。
のデータをメモリ34に格納する。その後、ソレノイド
バルブSV4をオフするとともにソレノイドバルブSV
2、3をオンし、両容器MV、WV内の圧縮空気を排出
する。そして、ソレノイドバルブSV2、3をオフし、
測定を終了する。
間変化に基づいて、被測定容器WVの漏れ量VLが演算
装置33によって求められる。次に、差圧D(t)から
漏れ量VLの求め方について説明する。
から、最小2乗法などの近似方法を用いて次の近似式
(1)を求める。 D(t)=DH(t)+DL(t)+D(tb) …(1) 但し、差圧変化についての始点を時点tbとする。した
がって、時点tbにおいて時刻t=0、つまりtb=0
である。
る差圧成分、DL(t)は漏れによる差圧成分、D(t
b)は時刻tb(=0)における差圧D(t)の測定値
である。この(1)式により、漏れによる差圧成分DL
(t)は、差圧D(t)から差圧成分DH(t)及び初
期差圧D(tb)を差し引くことにより求められる。
び漏れによる差圧成分DL(t)は、それぞれ次式
(2)(3)によって示される。
次遅れ要素の時定数、Poは周囲環境の大気圧、qは被
測定容器WVから単位容積且つ単位時間当たりに大気へ
漏れるガスの体積である漏れ率を示す。ここで、伝熱に
よる差圧成分DH(t)を示す(2)式は、伝熱による
影響を2つのステップ入力として扱うことにより、図5
に示すように、被測定容器及び基準容器についての2つ
の一次遅れ要素のインディシャル応答の差とみなして求
めることができる。その際に、測定の初期においては誤
差が大きいので、その間(ta→tb)を無駄時間と
し、時刻tbを始点としてそれ以降における差圧成分D
H(t)を求める。
れは、一見すると求めたい漏れ率qの関数となっている
が、次の理由により、q値に関わらず一意的に決定され
る関数である。 すなわち、式(2)の右辺の1つ目の大
括弧内は、
ように、差圧成分DH(t)は、漏れ率qに関わらない
で一意的に決定されるものである。 しかし、差圧成分D
H(t)の値は、段落番号0011および0048にお
いて説明されるように、上の式(2)により、計測され
たq・P 0 の値を用いて計算で予め求めておくことがで
きるものである。
qを求め、さらにqの値に基づいて、被測定容器WVか
ら単位時間当たりに大気へ漏れるガスの体積であるガス
漏れ率QL、及び被測定容器WVから所定時間内に大気
へ漏れるガスの体積である漏れ量VLを、それぞれ次式
(4)(5)によって求める。
の容積、tdは差圧変化の測定の終了時刻を示す。
ついて説明する。図4は差圧D(t)の成分を示す図、
図5は伝熱による差圧成分DH(t)を求めるためのブ
ロック図である。
に、時点tbから時点tdまでの間における差圧D
(t)は、伝熱による差圧成分DH(t)、漏れによる
差圧成分DL(t)、及び時点tbにおける初期差圧D
(tb)に分解される。またDH(t)及びDL(t)
の初期値は零である。
は、被測定容器WV内の圧力Pw(t)が周囲環境にお
ける大気圧の1.9倍(絶対圧での比較)以上であれ
ば、漏れの質量流量は被測定容器WV内の圧力変化又は
温度変化によらないことから、時間の一次関数とするこ
とができ、ガスの状態方程式を用いて上述の式(3)が
得られる。
いては、伝熱による影響を2つのステップ入力として扱
い、図5に示されるように、被測定容器WV及び基準容
器MVについての2つの一次遅れ要素のインディシャル
応答の差として扱うことができる。
のラプラス変換DH(s)は次式(6)のようになる。
れぞれ被測定容器WV又は基準容器MVの内部のガス密
度wを、thw及びthmはそれぞれ被測定容器WV又
は基準容器MVの時定数を示す。
分DH(t)を求めることができるが、DH(t)を表
す理論式には未知の定数が多い。そこで、本発明者は、
式(6)に対して適切な近似を行い、伝熱による差圧成
分DH(t)を表す近似式を得た。すなわち、式(6)
の内の二次遅れ要素である次の式(7)、
誤差が非常に大きい無駄時間(ta→tb)内における
過渡応答を0とし、時間tb以降における一次遅れ要素
である式(8)のステップ入力(1/s)に対する応答
を求めることとした。なお、Aは一次遅れ要素のゲイン
定数、thは一次遅れ要素の時定数を示す。
ャル応答(ステップ入力に対する応答)の一般解は次の
式(10)で示される。
れる。
が得られる。
(2)が得られる。
は、計測によって得られた差圧D(t)を、時間t=t
bにおいて微分した値であり、計算によって求めること
ができる。この値の中には、伝熱による差圧成分DH
(t)の時間t=tbにおける微分値と、差圧成分DL
(t)の時間t=tbにおける微分値q・P 0 (直線の
傾き)とが含まれている。 このq・P 0 値は、差圧D
(t)に含まれる差圧成分DH(t)が定常値に収束し
た後の差圧D(t)の微分値、つまり図3において時間
が充分に経過した後の差圧D(t)の傾きと等しくな
り、差圧D(t)を長時間計測することから求められ
る。 したがって、右辺の第1項から第2項(q・P 0 値
自体)を差し引くことによって、伝熱による差圧成分D
H(t)の時間t=tbにおける微分値が求められる。
ここで求められたDH(t)の時間t=tbにおける微
分値、つまり、
辺の第2項(q・P 0 値自体)とを引き算したものであ
り、実はq・P 0 が相殺されて得られているものである
ことが分かり、したがって、漏れ率qには依存せず、一
意的に決定されるものであることも明らかである。な
お、上述の実施例の計測装置1は、演算装置33内のR
OMに適切なプログラムが組み込まれている。そのRO
Mを計測装置1にインストールするときに、計測装置1
に用いられている実際の流体機器に合わせて、次のパラ
メータを設定しておく。
2 O) 基準容器MVの容積Vm(cc) 配管接続部21などを含めた被測定容器側のデッドボリ
ュームVwd(cc) 計測装置1による計測を実際に行う際に、被測定容器W
Vの容積Vw(cc)、許容される漏れ率の最大値NG
(cc/min)、及び時点td(s)の値を、オペレ
ータが入力装置35から入力することによって、差圧D
(t)の計測及び漏れ率q、漏れ量VLの演算が自動的
に行われ、その結果が表示装置36に表示され、必要に
応じてプリンタ装置37によってプリントされる。
では、被測定容器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MVを用いることとし、基準容器MVを取り
替えることをしない。
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。
挙すると次のとおりである。 温度変化による影響は理論計算によって処理される
ため、被測定容器WVまでの配管やその周辺の温度など
といった計測条件の制限が緩和され、ガス漏れの計測が
容易である。 漏れ率qは差圧D(t)の時間変化の曲線の形から
算出されるため、差圧D(t)のばらつきやノイズなど
による影響は計算によって補正され、高い精度が得られ
る。 理論計算をベースとして差圧D(t)の計測タイミ
ングが決定されるので、短時間で計測が行われ、1つの
被測定容器WVの漏れ量VLを計測し又は検査する時間
が短縮される。また、計測装置1によって対応可能な計
測範囲が極めて広いので、計測又は検査に要するコスト
が大幅に低減される。
び基準容器MVの流路の開閉のためにソレノイドバルブ
SV1〜4を用いたが、これ以外の種々の弁を用いるこ
とができる。その他、計測装置1の流体回路、電気回
路、又はそれらの各部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。
し、同一の基準容器を用いてガスの漏れを正確に計測す
ることができる。
である。
ク図である。
各機器の動作タイミングを示す図である。
ブロック図である。
Claims (1)
- 【請求項1】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、 その後における前記基準容器と前記被測定容器との間の
差圧D(t)を所定の時間計測し、 計測された差圧D(t)から、被測定容器及び基準容器
についての2つの一次遅れ要素のインディシャル応答の
差とみなして求めておいた伝熱による差圧成分DH
(t)、及び初期差圧D(tb)を、それぞれ差し引く
ことによって、漏れによる差圧成分DL(t)を求め、 求めた漏れによる差圧成分DL(t)に基づいてガス漏
れを求める、 ことを特徴とする容器のガス漏れの計測方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05311713A JP3143299B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 容器のガス漏れの計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP05311713A JP3143299B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 容器のガス漏れの計測方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07174661A JPH07174661A (ja) | 1995-07-14 |
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Family
ID=18020579
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP05311713A Expired - Fee Related JP3143299B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 容器のガス漏れの計測方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3143299B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103604572A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-02-26 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 一种中央空调铜管的泄漏检测方法 |
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---|---|---|---|---|
KR100946506B1 (ko) * | 2008-05-28 | 2010-03-11 | 현대자동차주식회사 | 에스씨알시스템의 크랙 진단방법 |
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JP6738702B2 (ja) * | 2016-06-29 | 2020-08-12 | 暎三 浦田 | リーク検査方法 リーク検査装置 |
WO2021065005A1 (ja) * | 2019-10-04 | 2021-04-08 | 三菱電機株式会社 | 気密性評価装置 |
-
1993
- 1993-12-13 JP JP05311713A patent/JP3143299B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN103604572A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-02-26 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 一种中央空调铜管的泄漏检测方法 |
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JPH07174661A (ja) | 1995-07-14 |
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