RU2442118C2 - Способ определения негерметичности изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на повышение точности контроля изделий, что обеспечивается за счет того, что помещают изделие в объем накопления, измеряют начальную концентрацию контрольного газа в объеме накопления с помощью индикатора контрольного газа, заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, выдерживают изделие под избыточным испытательным давлением контрольного газа в течение заданного времени, измеряют конечную концентрацию контрольного газа в объеме накопления с помощью индикатора контрольного газа и о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления, при этом после помещения изделия в объем накопления, перед измерением начальной концентрации контрольного газа в объеме накопления вводят порцию контрольного газа в объем накопления, измеряют приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа, делают выдержку для определения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, по окончании выдержки повторно измеряют приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа, определяют воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по значениям конечного и начального приращений концентрации контрольного газа в объеме накопления и длительности выдержки для определения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по математической формуле, приведенной в формуле изобретения, а о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, рассчитывая степень негерметичности изделия по другой математической формуле, приведенной в формуле изобретения.

Description

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям изделий космической техники на герметичность, и может найти применение в таких областях техники, как газовая, атомная, авиационная, машиностроение, где предъявляются повышенные требования к герметичности, долговечности и надежности изделий (трубопроводов, замкнутых отсеков).

Известен способ определения негерметичности изделий, заключающийся в том, что заполняют изделие контрольным газом, после чего последовательно перемещают щуп, соединенный с течеискателем, по поверхности изделия, а о негерметичности изделия судят по изменению показаний течеискателя (1, «Космодром». Под общей редакцией проф. А.П.Вольского, Москва, 1977 г., стр.67).

Недостаток способа заключается в том, что при помощи его трудно, а иногда невозможно определить негерметичность изделия, имеющего сложную конфигурацию и труднодоступные зоны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения негерметичности изделий, заключающийся в том, что помещают изделие в объем накопления, измеряют начальную концентрацию контрольного газа в объеме накопления, заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, выдерживают изделие под избыточным испытательным давлением контрольного газа, измеряют конечную концентрацию контрольного газа в объеме накопления и о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентрации контрольного газа в объеме накопления (2, «Технология сборки и испытаний космических аппаратов». Под общей редакцией проф. И.Т.Белякова и проф. И.А.Зернова, Москва, «Машиностроение», 1990 г., стр.179).

Данный способ определения негерметичности изделий принят авторами за прототип.

Недостатком прототипа является то, что при существовании негерметичности объема накопления часть контрольного газа вытекает из объема накопления. Кроме того, в объеме накопления происходит адсорбция части контрольного газа материалами внешней поверхности изделия. Это приводит к систематической ошибке при измерении концентрации контрольного газа в объеме накопления и в конечном итоге понижает точность результатов контроля герметичности.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности контроля герметичности.

Эта задача решается за счет того, что в предлагаемом способе определения негерметичности, в котором помещают изделие в объем накопления, измеряют начальную концентрацию контрольного газа в объеме накопления с помощью индикатора контрольного газа, заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, выдерживают изделие под избыточным испытательным давлением контрольного газа в течение заданного времени, измеряют конечную концентрацию контрольного газа в объеме накопления с помощью индикатора контрольного газа и о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентрации контрольного газа в объеме накопления, согласно изобретению после помещения изделия в объем накопления, перед измерением начальной концентрации контрольного газа в объеме накопления вводят порцию контрольного газа в объем накопления, измеряют приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа, делают выдержку для определения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, по окончании выдержки повторно измеряют приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа, определяют воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по значениям конечного и начального приращений концентрации контрольного газа в объеме накопления и длительности выдержки для определения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по формуле

где C₁ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное непосредственно после ввода порции контрольного газа в объем накопления,

C₂ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное по прошествии времени выдержки Δt после измерения приращения концентрации C₁,

P_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления,

V - величина объема накопления,

Δt - время выдержки между измерениями приращений концентраций C₁ и C₂,

определяют время Δt_{треб.выд.} требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по формуле

где C_{мин.рег.} - минимальная концентрация контрольного газа в воздухе, регистрируемая при помощи индикатора контрольного газа,

P_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления,

V - величина объема накопления,

Q_чув - требуемая чувствительность испытаний изделия,

C_изд - концентрация контрольного газа в изделии при испытаниях, выраженная в объемных процентах,

Q_возд - воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, определенный по формуле (1);

а о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, рассчитывая степень негерметичности изделия по формуле

где С_кон - конечная концентрация контрольного газа в объеме накопления,

С_нач - начальная концентрация контрольного газа в объеме накопления,

Р_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления,

V_пор - значение объема введенной в объем накопления порции контрольного газа при атмосферном давлении,

С_изд - концентрация контрольного газа в изделии при испытаниях, выраженная в объемных процентах,

C₁ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное непосредственно после ввода порции контрольного газа в объем накопления,

Δt_{треб.выд.} - время требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа, определенное по формуле (2),

Q_возд - воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, определенный по формуле (1),

V - величина объема накопления.

Предлагаемый способ определения негерметичности изделий осуществляется следующим образом:

- помещают изделие в объем накопления;

- вводят в объем накопления порцию контрольного газа, например гелия, объемом V_пор при атмосферном давлении, причем объем V_пор вычисляют по формуле

где С_{мин.рег.} - минимальная концентрация контрольного газа в воздухе, регистрируемая при помощи индикатора контрольного газа, например гелиевого масс-спектрометрического течеискателя,

V - величина объема накопления,

- измеряют приращение C₁ концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа с помощью индикатора контрольного газа, например гелиевого масс-спектрометрического течеискателя;

- делают выдержку Δt между измерениями приращений концентраций C₁ и С₂, при этом время выдержки Δt между измерениями приращений концентраций C₁ и С₂ определяется условиями проведения испытаний и вычисляется по формуле

где V_пор - значение объема введенной в объем накопления порции контрольного газа при атмосферном давлении,

P_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления,

C_{мин.рег.} - минимальная концентрация контрольного газа в воздухе, регистрируемая при помощи индикатора контрольного газа,

C₁ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное непосредственно после ввода порции контрольного газа в объем накопления,

Q_чув - требуемая чувствительность испытаний изделия;

- по окончании выдержки Δt повторно измеряют приращение C₂ концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа;

- определяют воздухообмен Q_возд объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по значениям конечного и начального приращений концентрации контрольного газа в объеме накопления и длительности выдержки Δt по формуле

где C₁ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное непосредственно после ввода порции контрольного газа в объем накопления,

C₂ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное по прошествии времени выдержки Δt после измерения приращения концентрации C₁,

P_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления,

V - величина объема накопления,

Δt - время выдержки между измерениями приращений концентраций C₁ и C₂;

- определяют время Δt_{треб.выд.} требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по формуле

где С_{мин.рег.} - минимальная концентрация контрольного газа в воздухе, регистрируемая при помощи индикатора контрольного газа,

P_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления,

V - величина объема накопления,

Q_чув - требуемая чувствительность испытаний изделия,

C_изд - концентрация контрольного газа в изделии при испытаниях, выраженная в объемных процентах,

Q_возд - воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, определенный по формуле (1);

- измеряют начальную концентрацию C_нач контрольного газа в объеме накопления;

- заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления;

- выдерживают изделие под избыточным испытательным давлением контрольного газа в течение времени требуемой выдержки Δt_{треб.выд.};

- после чего измеряют конечную концентрацию C_кон контрольного газа в объеме накопления;

- судят о степени негерметичности изделия Q_изд по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления с учетом определенного значения воздухообмена Q_возд объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, рассчитывая степень негерметичности изделия по формуле

где С_кон - конечная концентрация контрольного газа в объеме накопления,

С_нач - начальная концентрация контрольного газа в объеме накопления,

Р_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления,

V_пор - значение объема введенной в объем накопления порции контрольного газа при атмосферном давлении,

С_изд - концентрация контрольного газа в изделии при испытаниях, выраженная в объемных процентах,

C₁ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное непосредственно после ввода порции контрольного газа в объем накопления,

Δt_{треб.выд.} - время требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа, определенное по формуле (2),

Q_возд - воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, определенный по формуле (1),

V - величина объема накопления.

В предлагаемом способе повышают точность измерения степени негерметичности изделия, устраняя систематическую ошибку, связанную с воздухообменом объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, а также с адсорбцией части контрольного газа материалами внешней поверхности изделия. Названные физические процессы приводят к понижению концентрации контрольного газа в объеме накопления в течение выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа. Данное понижение концентрации может привести к ошибочному заключению о заниженной степени негерметичности изделия. Чтобы исключить возможность такого ошибочного заключения, в предлагаемом способе для расчета степени негерметичности изделия используют зависимости, основанные на анализе решений дифференциальных уравнений, описывающих накопление контрольного газа в объеме накопления в условиях массообмена между объемом накопления и окружающей объем накопления атмосферой, а также в условиях адсорбции контрольного газа поверхностями материалов изделия и объема накопления.

Также в предлагаемом способе повышают точность измерения степени негерметичности изделия, выбирая время Δt_{треб.выд.} требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой. В объеме накопления, в котором отсутствует воздухообмен с окружающей объем накопления атмосферой, процесс накопления контрольного газа, вытекающего из испытываемого изделия, описывается линейными зависимостями, тогда как при существовании воздухообмена между объемом накопления и окружающей его атмосферой данный процесс является нелинейным - в начале выдержки изделия под испытательным давлением скорость роста концентрации контрольного газа в объеме накопления максимальна, а с течением времени выдержки эта скорость постоянно уменьшается, спадая до нуля по прошествии достаточно большого промежутка времени. Иными словами, по прошествии достаточно длительного времени выдержки изделия под избыточным испытательным давлением устанавливается равновесие между потоками контрольного газа, поступающими в объем накопления из испытываемого изделия, и уходящими из объема накопления вследствие воздухообмена между объемом накопления и окружающей объем накопления атмосферой. Если индикатор контрольного газа способен зарегистрировать в воздухе некую минимальную концентрацию контрольного газа, то время требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа, необходимое, чтобы в объеме накопления создалась вышеупомянутая минимальная регистрируемая концентрация контрольного газа, должно быть выбрано с учетом не только требуемой чувствительности испытаний изделия, т.е. того минимального потока контрольного газа из изделия, который должен быть достоверно зарегистрирован при испытаниях, а также концентрации контрольного газа в изделии при испытаниях и величины объема накопления, но и с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой. При этом следует опять же руководствоваться результатами анализа решений дифференциальных уравнений, описывающих накопление контрольного газа в объеме накопления в условиях массообмена между объемом накопления и окружающей объем накопления атмосферой.

Использование предлагаемого способа позволяет за счет увеличения точности контроля повысить качество испытаний изделий на герметичность и, как следствие, повысить надежность и долговечность их в эксплуатации.

Способ достаточно прост в реализации и не требует дополнительных средств на доработку существующего испытательного оборудования.

Claims (1)

1. Способ определения негерметичности изделий, заключающийся в том, что помещают изделие в объем накопления, измеряют начальную концентрацию контрольного газа в объеме накопления с помощью индикатора контрольного газа, заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, выдерживают изделие под избыточным испытательным давлением контрольного газа в течение заданного времени, измеряют конечную концентрацию контрольного газа в объеме накопления с помощью индикатора контрольного газа, и о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления, отличающийся тем, что после помещения изделия в объем накопления перед измерением начальной концентрации контрольного газа в объеме накопления вводят порцию контрольного газа в объем накопления, измеряют приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа, делают выдержку для определения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, по окончании выдержки повторно измеряют приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления от введенной порции контрольного газа, определяют воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по значениям конечного и начального приращений концентрации контрольного газа в объеме накопления и длительности выдержки по формуле
   

   

   
   где С₁ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное непосредственно после ввода порции контрольного газа в объем накопления;
   С₂ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное по прошествии времени выдержки Δt после измерения приращения концентрации С₁;
   Р_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления;
   V - величина объема накопления;
   Δt - время выдержки между измерениями приращений концентраций С₁ и С₂,
   определяют время Δt_{треб.выд} требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой по формуле
   

   

   
   где С_{мин.рег} - минимальная концентрация контрольного газа в воздухе, регистрируемая при помощи индикатора контрольного газа;
   Р_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления;
   V - величина объема накопления;
   Q_чув - требуемая чувствительность испытаний изделия;
   С_изд - концентрация контрольного газа в изделии при испытаниях, выраженная в объемных процентах;
   Q_возд - воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, определенный по формуле (1),
   а о степени негерметичности изделия судят по разности конечной и начальной концентраций контрольного газа в объеме накопления с учетом определенного значения воздухообмена объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, рассчитывая степень негерметичности изделия по формуле
   

   

   
   где С_кон - конечная концентрация контрольного газа в объеме накопления;
   С_нач - начальная концентрация контрольного газа в объеме накопления;
   Р_атм - атмосферное давление воздуха в объеме накопления;
   V_пор - значение объема введенной в объем накопления порции контрольного газа при атмосферном давлении;
   С_изд - концентрация контрольного газа в изделии при испытаниях, выраженная в объемных процентах;
   С₁ - приращение концентрации контрольного газа в объеме накопления, измеренное непосредственно после ввода порции контрольного газа в объем накопления;
   Δt_{треб.выд} - время требуемой выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа, определенное по формуле (2);
   Q_возд - воздухообмен объема накопления с окружающей объем накопления атмосферой, определенный по формуле (1);
   V - величина объема накопления.