RU2728323C1

RU2728323C1 - Способ контроля герметичности изделий

Info

Publication number: RU2728323C1
Application number: RU2019139578A
Authority: RU
Inventors: Владимир Ильич Миронченко
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский технологический институт им. П.И. Снегирева"
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-07-29

Abstract

Изобретение относится испытательной технике. Способ контроля герметичности изделий заключается в том, что задают начальное испытательное давление в контрольной камере, время выдержки изделия в вакууме, максимально допустимый объем магистрали, определяют начальное испытательное давление в магистрали, фактический объем магистрали. По эталону определяют приемочное значение давления. По разности максимально допустимого и фактического объемов магистрали определяют максимально допустимый дополнительный объем, в пределах которого задают дополнительный рабочий объем, предварительно подключают его к магистрали, задают начальный дополнительный рабочий объем, после вакуумирования контрольной камеры отключают ее от магистрали, уменьшают дополнительный рабочий объем до минимального и регистрируют начальное установившееся давление в магистрали, сравнивают с приемочным и по их разности определяют грубую негерметичность, увеличивают дополнительный рабочий объем до начального, подключают контрольную камеру, при ее отсутствии выдерживают изделие в вакууме заданное время, отключают контрольную камеру, уменьшают дополнительный рабочий объем до минимального и измеряют конечное установившееся давление в магистрали, сравнивают его с начальным и по их разности определяют герметичность изделия. Технический результат - повышение чувствительности и снижение относительной погрешности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно, к барометрическим способам испытаний изделий с замкнутыми объемами на герметичность и может быть использовано для контроля герметичности изделий с малыми внутренними свободными объемами.

Известен способ контроля герметичности емкостей (патент RU 2298774, МПК G01M 3/00, опубл. 10.05.2007 г.), при котором на стенках контролируемого или эталонного изделий или части их создают перепад давления газа, подключают к контролируемой полости детектор утечки и при испытании эталонного изделия в фазе контроля устанавливают порог разбраковки, при этом порог разбраковки устанавливают путем изменения шприцом объема контролируемой полости при испытании эталонного изделия на величину, пропорциональную допустимому потоку утечки газа и времени контроля и обратно пропорциональную относительному давлению в контролируемой полости.

Недостатком этого способа является большая относительная погрешность измерения и низкая чувствительность, поскольку мало относительное изменение объема контролируемой полости: объем системы, занимаемый газом, равен сумме испытательного объема, объема магистралей, подпоршневого объема шприца и подмембранной полости датчика детектора, а изменение объема контролируемой полости за счет изменения подпоршневого объема мало и тем меньше, чем меньше допустимый поток утечки газа.

Способ не позволяет контролировать тонкую негерметичноость серийных изделий, имеющих технологический разброс по объему и имеющих относительно малый внутренний свободный объем. Кроме того, способ нельзя применять для контроля герметичности изделий, для которых утечка газа из контролируемой полости недопустима, поскольку при этом изменение объема контролируемой полости будет равно нулю.

Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является способ контроля герметичности (OCT В84-939-87 «Изделия механические и электромеханические. Методы испытаний на герметичность», метод А, с. 20-25, далее - OCT В84-939-87), заключающийся в том, что задают начальное испытательное давление в контрольной камере, время выдержки изделия в вакууме, объем магистрали, определяют начальное испытательное давление в магистрали, устанавливают в контрольную камеру эталон, определяют приемочное значение давления в магистрали для определения грубой негерметичности, заменяют в контрольной камере эталон изделием, отключают ее от магистрали, вакуумируют магистраль основным насосом до испытательного давления, отключают ее от основного насоса и подключают к контрольной камере, вакуумирют ее, измеряют начальное установившееся давление, сравнивают с приемочным давлением, по их разности определяют грубую негерметичность, при наличии которой бракуют изделие, а при отсутствии - выдерживают изделие в вакууме заданное время, измеряют конечное давление, сравнивают его с начальным и по их разности определяют герметичность изделия.

Недостатком этого способа является низкая чувствительность метода, поскольку при негерметичности изделия с относительно малым внутреннем свободном объеме вытекшая из него масса газа мала и, соответственно, мало его парциальное давление в суммарном объеме контрольной камеры и объема магистрали.

Решаемой технической задачей является повышение чувствительности и уменьшение относительной погрешности измерения.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе контроля герметичности изделий, заключающемся в том, что задают номинальное начальное испытательное давление в контрольной камере, время выдержки изделия в вакууме, максимально допустимый объем магистрали, определяют начальное испытательное давление в магистрали, фактический объем магистрали, устанавливают в контрольную камеру эталон, определяют приемочное значение давления в магистрали для определения грубой негерметичности, заменяют в контрольной камере эталон изделием, отключают ее от магистрали, вакуумируют магистраль основным насосом до испытательного давления, отключают ее от основного насоса и подключают к контрольной камере, вакуумирют ее, измеряют начальное установившееся давление, сравнивают с приемочным давлением, по их разности определяют грубую негерметичность, при наличии которой бракуют изделие, а при отсутствии - выдерживают изделие в вакууме заданное время, измеряют конечное давление, сравнивают его с начальным и по их разности определяют герметичность изделия, при этом по разности максимально допустимого и фактического объемов магистрали определяют максимально допустимый дополнительный объем, в пределах которого задают дополнительный рабочий объем, предварительно подключают его к магистрали, задают начальный дополнительный рабочий объем, после вакуумирования контрольной камеры отключают ее от магистрали с дополнительным рабочим объемом, уменьшают дополнительный рабочий объем до минимального и регистрируют начальное установившееся давление в магистрали, увеличивают дополнительный рабочий объем до начального, подключают контрольную камеру, после выдержки изделия в вакууме заданное время отключают контрольную камеру, уменьшают дополнительный рабочий объем до минимального, измеряют конечное установившееся давление в магистрали, а в качестве соответственно начального и конечного давления принимают эти давления.

При заданном начальном дополнительном рабочем объеме, меньшем заданного дополнительного объема, перед каждым отключением контрольной камеры увеличивают дополнительный рабочий объем от начального до заданного.

При начальном дополнительном рабочем объеме, равным минимальному, и при заданном дополнительном рабочем объеме, большем минимального, после вакуумирования контрольной камеры перед каждым ее отключением увеличивают дополнительный рабочий объем до заданного.

Определение максимально допустимого дополнительного рабочего объема по разности максимально допустимого (например, OCT В84-939-87, метод А, с. 22) и фактического объемов магистрали позволяет изменять дополнительный рабочий объем в заданных пределах и повышать давление в магистрали. Подключение дополнительного рабочего объема к магистрали с манометром и отключение их от свободного объема контрольной камеры с изделием с последующим сжатием газа позволяет значительно повысить в магистрали давление вытекшего из негерметичного изделия газа, практически не влияя на процесс в контрольной камере. Соответственно увеличивается и разность давлений в магистрали в начале и конце времени выдержки изделия в вакууме, что позволяет снизить относительную погрешность измерения и увеличить чувствительность метода. Способ позволяет контролировать герметичность изделий, для которых утечка газа из внутренних свободных объемов недопустима.

Способ реализуется устройством, блок-схема которого представлена на фигуре.

Устройство содержит контрольную камеру 1, клапан 2, магистраль 3, установленный в магистрали 3 манометр 4, клапан 5, основной насос 6 (поршневого типа) и связанный с ним блок 7 регулирования объема основного насоса 6. Устройство содержит также дополнительный насос 8 (поршневого типа), подключенный к магистрали 3, и блок 9 регулирования рабочего объема дополнительного насоса 8. Клапан 2 установлен между контрольной камерой 1 и магистралью 3 и обеспечивает при открытии перетекание газа между ними в любом направлении. Такого же типа клапан 5 установлен между магистралью 3 и основным насосом 6. Блок 9 регулирования связан с дополнительным насосом 8. Рабочий объем дополнительного насоса 8 является дополнительным рабочим объемом.

Устройство содержит также измеритель времени (например, часы или таймер, на фигуре не показан). Блок 9 регулирования осуществляет изменение рабочего объема дополнительного насоса 8. Управление насосами 6, 8 может осуществляться вручную или автоматически.

Объем камеры дополнительного насоса 8 определяют следующим образом. Предварительно задают максимально допустимое в системе значение объема Vмах магистрали 3 (объема части системы, внешней по отношению к объему контрольной камеры 1, например, согласно ОСТ В 84-939-87, метод А, с. 22). (Анализируемая система включает часть устройства до клапана 5, остающаяся после настройки начального давления в контрольной камере 1 и закрытия клапана 5: контрольную камеру 1 с изделием или эталоном, клапаны 2, 5, манометр 4, магистраль 3, дополнительный насос 8 с блоком 9 регулирования.)

В объем магистрали 3 входят объем трубопровода между клапанами 2 и 5, присоединенный объем манометра 4 и присоединенный объем дополнительного насоса 8 (и его минимально возможный объем Vмин, если Vмин>0). Объем Vм магистрали 3 делают минимально возможным, обеспечивающим работу устройства. Фактический объем магистрали 3 определяют расчетным (по измеренным значениям геометрических параметров магистрали 3) или экспериментальным путем. Фактический объем магистрали 3 экспериментально определяют любым известным способом, например, заполнением его жидкостью с последующим измерением ее объема. Максимально допустимый дополнительный объем Vнмах берут равным разности максимально допустимого объема Vмах и фактического объема Vм магистрали 3.

Дополнительный рабочий объем Vн задают в пределах максимально допустимого объема Vмах из условия

Этот объем Vн формируется рабочим объемом дополнительного насоса 8, который предварительно подключают к магистрали 3.

При контроле герметичности изделия используют воздух или газ.

Задают начальное значение рабочего дополнительного объема Vp перед вакуумированием контрольной камеры 1 из условия

и устанавливают его путем регулирования положения поршня дополнительного насоса 8 блоком 9 регулирования.

Пусть внутренний объем контрольной камеры Vк0, объем изделия Vи, внутренний свободный объем Vси изделия, объем эталона Vэ.

Тогда свободный объем контрольной камеры 1 после установки в нее эталона (объем, образованный внутренней поверхностью контрольной камеры и наружной поверхностью установленного в нее эталона) будет

а свободный объем контрольной камеры 1 после установки в нее изделия (объем, образованный внутренней поверхностью контрольной камеры и наружной поверхностью установленного в нее изделия) будет

Задают номинальное начальное испытательное давление Pк0 в контрольной камере 1, допустимую погрешность его установки δPк0, время выдержки Т изделий в вакууме в контрольной камере 1 (одинаковое для всех контролируемых изделий данного типа). Это время задают намного больше, чем время переходных процессов в системе, при этом измеряется установившееся давление, поэтому в первом приближении можно считать процессы изотермическими.

По номинальному начальному испытательному давлению Pк0 в контрольной камере 1 определяют начальное испытательное давление Pм0 в магистрали 3. Его можно определить, например, экспериментально, установив давление Pк0±δPк0 в контрольной камере 1.

Экспериментально начальное давление в контрольной камере 1 устанавливают так же, как и в прототипе (OCT В84-939-87, с. 23) следующим образом. В исходном состоянии рабочий объем основного насоса 6 минимален, клапаны 2, 5 открыты, и в пневматической системе устанавливается одинаковое давление Р0 (например, атмосферное), измеритель времени обнулен. В контрольную камеру 1 устанавливают эталон, затем закрывают клапаны 2,5. Герметизируют контрольную камеру 1, открывают клапан 5 и основным насосом 6 устанавливают в магистрали с присоединенным дополнительным насосом 8, имеющим начальный рабочий объем Vp, давление ниже номинального начального испытательного давления в контрольной камере 1, что определяют манометром 4. Закрывают клапан 5, открывают клапан 2, и после установления давления измеряют его манометром 4 и сравнивают с номинально заданным начальным испытательным давлением Pк0. Если манометр 4 показывает давление, отличающееся от Pк0±δPк0, то обратной последовательностью операций приводят устройство в исходное состояние. Блоком 7 регулирования изменяют рабочий объем основного насоса 6 и повторяют предыдущие операции сначала до тех пор, пока начальное испытательное давление в контрольной камере 1 не достигнет заданного начального давления Pк0±δPк0. При открытом клапане 2 начальное давление Pм0 в магистрали 3 и в начальном рабочем объеме равно начальному давлению Pк0 в контрольной камере 1.

После установления в контрольной камере 1 заданного начального давления переходят к работе.

Пусть до начала вакуумирования контрольной камеры 1 масса газа в ее свободном объеме с эталоном равна Мкэ, масса газа в свободном объеме камеры 1 с контролируемым изделием - Мк1, начальная масса газа во внутреннем свободном объеме изделия - Ми0.

Пусть при начальном давлении Рм0 масса газа в магистрали 3 равна Мм0, а масса газа в начальном дополнительном рабочем объеме равна Мр0.

В контрольную камеру устанавливают эталон и герметизируют ее. Открывают клапан 5, основным насосом 6 вакуумируют магистраль 3 с дополнительным рабочим объемом дополнительного насоса 8 до заданного начального давления Рм0.

При начальном дополнительном рабочем объеме Vp, большем минимального дополнительного рабочего объема Vмин, но меньше заданного дополнительного рабочего объема Vн (Vнмах≥Vн>Vр>Vмин≥0) возможны два варианта способа.

В первом варианте после каждого отключения контрольной камеры путем закрытия клапана 2 (после вакуумирования контрольной камеры 1 и после выдержки заданное время) блоком 9 регулирования уменьшают дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 от начального Vp до минимального (например, до нуля), и затем измеряют установившееся в магистрали 3 давление.

Во втором варианте перед каждым отключением контрольной камеры 1 закрытием клапана 2 (после вакуумирования контрольной камеры 1 и после выдержки заданное время) дополнительный рабочий объем насоса 8 увеличивают блоком 9 регулирования от начального Vp до заданного дополнительного рабочего объема Vн, и после установления давления отключают контрольную камеру 1 путем закрытия клапана 2. Далее делают операции, как и в первом варианте, т.е. после каждого закрытия клапана 2 дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 с помощью блока 9 регулирования уменьшают до минимального и затем измеряют установившееся в магистрали 3 давление.

При начальном дополнительном рабочем объеме Vp, равным минимальному объему, и при заданном дополнительном рабочем объеме, большем минимального (например, Vн>Vp=Vмин=0), перед каждым отключением контрольной камеры 1 (после вакуумирования контрольной камеры 1 и после выдержки заданное время Т) увеличивают дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 с помощью блока 9 регулирования до заданного Vн, а после каждого закрытия клапана 2 дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 с помощью блока 9 регулирования уменьшают до минимального и затем измеряют установившееся в магистрали 3 давление.

При начальном дополнительном рабочем объеме Vp, равным заданному дополнительному рабочему объему Vн (Vp=Vн>0) второй вариант способа переходит в первый. При этом после каждого отключения контрольной камеры 1 путем закрытия клапана 2 (после вакуумирования контрольной камеры 1 и после выдержки заданное время Т) уменьшают дополнительный рабочий объем насоса 8 до минимального, и после установления давления в магистрали 3 измеряют его.

Наибольшее увеличение давления в магистрали 3 достигается в обоих вариантах при Vн=Vнмах. При Vн=Vр=0 приходим к прототипу.

Рассмотрим оба варианта и сравним с прототипом. Для этого рассмотрим распределение масс газа в объемах системы в каждом варианте и в прототипе. В прототипе рассматриваемая система содержит свободный объем контрольной камеры 1, объем магистрали 3 с присоединенным объемом манометра 4.

Масса газа М01э в системе после вакуумирования магистрали 3 с начальным дополнительным рабочим объемом Vp и закрытия клапана 5 до первого открытия клапана 2 будет

Масса газа Мп01э в системе в случае прототипа в тот же момент времени будет

При установившемся давлении распределение масс газа будет пропорционально занимаемым им объемам.

Тогда в первом варианте способа в суммарном объеме магистрали с начальным дополнительным рабочим объемом Vp будет масса газа

Эта масса газа обусловит давление в магистрали 3 после уменьшения дополнительного рабочего объема до минимального.

Во втором варианте после увеличения рабочего объема от начального Vp до заданного Vн масса газа Ммд2 в магистрали 3 с дополнительным рабочим объемом будет

А в случае прототипа в объеме Vм магистрали 3 будет масса газа

В изотермическом процессе при постоянном объеме давление пропорционально массе газа в этом объеме, поэтому отношение давлений в магистрали для вариантов способа будет равно отношению масс газа

где Рмэ2 - давление в магистрали 3 в первом варианте после закрытия клапана 2 и уменьшения дополнительного рабочего объема до минимального,

Рмэ1 - давление в магистрали 3 во втором варианте при тех же условиях.

С учетом (3) (здесь и далее при сравнении используется утверждение: если к числителю и знаменателю правильной дроби прибавить одно и то же положительное число, то дробь увеличится) получаем

К21э≥1

Равенство достигается при Vр=Vн.

Поэтому увеличение давления во втором варианте способа при тех же условиях при Vн>Vр будет больше, чем в первом.

При сравнении с прототипом первого варианта имеем

причем при Vp>0 неравенство строгое.

Для второго варианта получаем

при Vн>0 неравенство строгое.

После измерения давления в магистрали 3 манометром 4 задают приемочное давление (Рг1 для первого варианта способа или Рг2 для второго варианта) для контроля грубой негерметичности. Приемочное давление задают исходя из погрешности измерения и уровня доверительной вероятности. Оно может быть равно измеренному: Рг1=Рмэ1 для первого варианта способа или Рг2=Рмэ2 для второго варианта, или снижено на величину абсолютной погрешности измерения давления δР или ее части.

После проведения измерения давление в магистрали 3 изменяют блоком 9 регулирования дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 до первоначального, открывают клапан 2, затем устанавливают насос 6 в исходное положение, открывают клапан 5, давление в контрольной камере 1 восстанавливается до первоначального и ее разгерметизируют. Устройство приводят в исходное состояние.

После этого в контрольную камеру устанавливают контролируемое изделие объемом Vи. Герметизируют контрольную камеру 1, закрывают клапан 2.

Основным насосом 6 устанавливают давление Рм0 в магистрали 3. Закрывают клапан 5, открывают клапан 2.

Проводят те же операции, что и с эталоном. В первом варианте клапан 2 закрывают и блоком 9 регулирования уменьшают дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 от начального Vp до минимального. Измеряют манометром 4 начальное давление Рми11 в магистрали 3. Сравнивают полученное начальное давление Рми11 с соответствующим приемочным. При Рми11>Рг1 изделие признают негерметичным.

Во втором варианте дополнительный рабочий объем насоса 8 увеличивают блоком 9 регулирования от начального Vp до заданного Vн, и после установления давления закрывают клапан 2. После закрытия клапана 2 дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 уменьшают блоком 9 регулирования от заданного Vн до минимального. Измеряют манометром 4 начальное давление Рми21 в магистрали 3. Сравнивают полученное начальное давление Рми21 с соответствующим приемочным давлением Рг2 и при Рми21>Рг2 изделие признают негерметичным.

В противном случае насос 8 приводят блоком 9 регулирования в исходное состояние, когда дополнительный рабочий объем равен начальному Vp, открывают клапан 2, запускают измеритель времени, выдерживают заданное время Т.

Через заданное время Т повторяют операции.

В первом варианте клапан 2 закрывают и блоком 9 регулирования уменьшают дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 до минимального. После этого измеряют манометром 4 давление Рми12 в магистрали 3 и сравнивают его с начальным Рми11 для данного варианта. Если давления равны (Рми11=Рми12) в пределах погрешности измерения, то изделие признают герметичным, в противном случае его признают негерметичным и бракуют.

Во втором варианте дополнительный рабочий объем насоса 8 увеличивают блоком 9 регулирования от начального Vp до заданного Vн, и после установления давления закрывают клапан 2. После закрытия клапана 2 дополнительный рабочий объем дополнительного насоса 8 уменьшают блоком 9 регулирования от заданного Vн до минимального. После этого измеряют манометром 4 давление Рми22 в магистрали 3 и сравнивают с начальным Рми12. Если давления равны (Рми12=Рми22) в пределах погрешности измерения, то изделие признают герметичным, в противном случае его признают негерметичным и бракуют.

Заметим, что начало отсчета времени выдержки можно задавать (после ваккумирования магистрали 3 с дополнительным рабочим объемом) и с момента первого открытия клапана 2 и (или) установления давления в системе, что определяют по манометру 4, поскольку при этом начинается вакуумирование изделия.

Сравним оба варианта с прототипом.

В первом варианте масса газа М11 в системе до первого закрытия клапана 2 будет

где Мит11 - масса газа, вытекшая из изделия (парциальная масса) с начала вакуумирования до момента первого закрытия клапана 2 в первом варианте,

Во втором варианте масса газа M12 в системе до первого закрытия клапана 2 будет

где Мит12 - масса газа, вытекшая из изделия с начала вакуумирования до первого закрытия клапана 2 во втором варианте. Поскольку с начала увеличения дополнительного рабочего объема с Vp до Vн давление в контрольной камере 1 в системе понижается, то

Мит12≥Мит11.

В случае прототипа масса газа Мпи1 в системе до первого закрытия клапана 2 будет

где Мип1 - масса газа, вытекшая из изделия с начала вакуумирования до момента первого закрытия клапана 2.

Через время выдержки Т в случае первого варианта способа масса газа М21 в системе будет:

где Мит21 - масса газа, вытекшая из изделия до момента второго закрытия клапана 2.

В случае второго варианта способа масса газа М22 в системе через время выдержки Т будет:

где Мит22 - масса газа, вытекшая из изделия до момента второго закрытия клапана 2.

В случае прототипа масса газа Мпи2 в системе будет:

где Мип2 - масса газа, вытекшая из изделия с начала вакуумирования до момента второго закрытия клапана 2.

При этом

Поскольку разность давлений газа в контрольной камере 1 и в изделии в течение всего времени испытаний в любом варианте способа не меньше разности давлений в прототипе, то разность масс вытекшего из негерметичного изделия газа

причем при Vp>0, Vн>0 неравенства строгие.

Рассмотрим два случая негерметичности изделия - грубую и тонкую (согласно OCT В84-939-87). При грубой негерметичности контролируемый внутренний объем изделия сообщается с внешней средой через щель, при которой при вакуумировании контрольной камеры 1 с изделием время установления давления во внутреннем объеме изделия близко времени установления давления в контрольной камере 1. При тонкой негерметичности эти времена значительно отличаются.

Сначала рассмотрим случай тонкой негерметичности.

Поскольку в установившемся состоянии газ распределяется равномерно по занимаемому им объему, то масса газа в магистрали 3 после первого закрытия клапана 2 будет в первом варианте

во втором варианте

В случае прототипа при первом измерении давления масса газа Ммп1 в магистрали 3 будет

При этом клапан 2 остается открытым.

Через время выдержки Т масса газа Мм21 в магистрали 3 будет до второго закрытия клапана 2:

в первом варианте способа

во втором варианте способа

в случае прототипа

Клапан 2 остается открытым.

Поскольку процесс изотермический, давление газа в магистрали 3 пропорционально массе газа в ней, поэтому отношение давлений в магистрали 3 будет равно отношению масс газа в ней. Соответственно отношение разностей давлений в магистрали 3, если они не равны нулю (в случае негерметичности) будет равно отношению разностей масс газа в ней.

Разность масс в магистрали 3 при первом и втором измерении давления составит в первом варианте способа

во втором варианте

в случае прототипа

Поскольку в изотермическом процессе давление в данном объеме пропорционально массе находящегося в нем газа, и, полагая, что изделие негерметично, а для негерметичного изделия Ммп2-Ммп1>0, для первого варианта имеем отношение изменения давлений в магистрали 3

где ΔРм1 - изменения давления в магистрали 3 в первом варианте за время выдержки,

Рмп - изменения давления в магистрали 3 в случае прототипа за то же время.

Для второго варианта аналогично получаем

где ΔРм2 изменение давления в магистрали 3 во втором варианте за то же время.

При Vp>0, Vн>0 неравенства строгие, равенство в (31), (32) достигается при Vp=Vн=0 (случай прототипа).

Сравним первый и второй варианты способа для негерметичного изделия, аналогично получаем

Равенство достигается при Vp=Vн.

Поскольку для негерметичного изделия

то Δ12/Δ11>1

При Vн>Vр неравенство строгое, следовательно, второй вариант способа дает меньшую, чем первый, относительную погрешность измерения и большую чувствительность.

Соответственно уменьшение относительной погрешности по сравнению с прототипом для негерметичного изделия будет в первом варианте в К1п раз, во втором варианте - в К2п раз.

Теперь рассмотрим случай грубой негерметичности. В этом случае масса газа Мги1 в системе после закрытия клапана 5 будет в первом варианте

Во втором варианте

В случае прототипа

Масса газа в магистрали 3 после закрытия клапана 2 будет в первом варианте

во втором варианте

в случае прототипа

Поскольку в изотермическом процессе давление в данном объеме пропорционально массе находящегося в нем газа, то для первого варианта по сравнению с прототипом имеем

где Рмг1 - давление в магистрали 3 при грубой негерметичности в первом варианте,

Рмпг - давление в магистрали 3 при грубой негерметичности в случае прототипа.

Для второго варианта по сравнению с прототипом имеем

где Рмг2 - давление в магистрали 3 при грубой негерметичности во втором варианте.

Сравним варианты:

Равенство достигается при Vр=Vн.

Максимальное давление в магистрали 3 после закрытия клапана 2 и после сжатия газа достигается при Vр=Vн=Vнмах, при этом

Из (41, 42) следует, что при ненулевом начальном дополнительном рабочем объеме Vр при тех же исходных условиях в любом из этих вариантов давление в магистрали 3 после сжатия газа будет больше, чем в случае прототипа. Соответственно будет больше и разность давлений в начале и в конце времени выдержки, чем в случае прототипа, что позволяет уменьшить относительную ошибку измерения и повысить чувствительность.

Действительно, при одинаковой абсолютной погрешности для двух измеренных значений давления Ри1, Ри2 имеем

где Δи1, Δи2 - соответствующие относительные погрешности их измерения, поэтому при Ри2/Ри1>1 будет и Δи1/Δи2>1, т.е., относительная погрешность во втором случае будет меньше.

Чувствительность способа пропорциональна минимальному изменению давления δР, регистрируемому средством измерения (ОСТ В 84-939-87, с. 9), поэтому, в силу вышеизложенного, чувствительность будет больше, чем в прототипе, в К раз,

Рассмотрим конкретный пример реализации и сравним его с прототипом для одного и того же изделия.

В качестве манометра 4 используем цифровой манометр ДМ5001М-Г с относительной погрешностью 0,06%, он имеет присоединенный объем, равный 0,4 см3, диапазон измерения давления от -0,1 МПа до 0,06 Мпа, абсолютная погрешность 96 Па. Относительная погрешность измерения давления будет Δи1=96/Ри, где Ри - измеренное значение давления в Па.

Согласно OCT В84-939-87, с. 22, максимально допустимый объем магистрали 3 равен Vмах=6 см3, время выдержки изделия в вакууме Т=60 с. Пусть начальное давление в контрольной камере 1 Р0=1 атм., заданное контрольное давление в ней Рк0=0,8 атм., температура воздуха t=20°С, свободный объем контрольной камеры 1 с изделием равен Vк=6 см3, объем магистрали 3 Vм=3 см3, внутренний свободный объем изделия Vси=2 см3. Тогда, подставляя исходные данные в (1), получим максимально допустимый дополнительный объем Vнмах=3 см3. Зададим Vн=Vнмах.

Поскольку имеет место вакуумирование, а при сжатии газа давление в магистрали 3 повышается не более чем в 2 раза, то плотность газа невелика, и для описания газовых процессов в системе можно использовать уравнение состояния идеального газа, из которого можно определить массу газа в системе.

Рассмотрим случай грубой негерметичности. Рассмотрим первый вариант способа, когда Vр=Vнмах. Используя уравнение состояния идеального газа для определения массы газа и подставляя вышеуказанные значения в (41), получаем для первого варианта К1гп=1,93.

Теперь рассмотрим случай тонкой негерметичности. Пусть за время выдержки изделия в контрольной камере 1 под вакуумом масса газа во внутреннем свободном объеме Vси изделия в случае способа уменьшилась на 1%, а в случае прототипа - на 0,9%. Подставляя исходные значения в (31), получаем при Vр=Vн=Vнмах уменьшение относительной погрешности и увеличение чувствительности по сравнению с прототипом в К1п=1,75 раза.

Рассмотрим второй вариант способа при Vp=0 и Vн=Vнмах. Подставляя исходные значения в (32), получаем К2п=1,67.

Таким образом, увеличение давления в магистрали 3, где происходит его измерение, при тех же исходных условиях будет больше, чем в прототипе. Соответственно больше будет разность давлений в магистрали 3 в начале и в конце времени выдержки и меньше относительная погрешность измерения и больше чувствительность. За счет повышения чувствительности способ позволяет сместить нижнюю границу диапазона контролируемых барометрическим способом внутренних объемов изделий в сторону меньших объемов.

Анализ заявленного технического решения показывает, что предлагаемый способ контроля герметичности изделий обладает существенными отличиями от известных аналогов и соответствует критерию «новизна», а также обеспечивает достижение вышеуказанного технического результата, явно не следующего из технического уровня существующих аналогов, т.е. соответствует критерию «изобретательский уровень».

Claims

1. Способ контроля герметичности изделий, заключающийся в том, что задают номинальное начальное испытательное давление в контрольной камере, время выдержки изделия в вакууме, максимально допустимый объем магистрали, определяют начальное испытательное давление в магистрали, фактический объем магистрали, устанавливают в контрольную камеру эталон, определяют приемочное значение давления в магистрали для определения грубой негерметичности, заменяют в контрольной камере эталон изделием, отключают ее от магистрали, вакуумируют магистраль основным насосом до испытательного давления, отключают ее от основного насоса и подключают к контрольной камере, вакуумирют ее, измеряют начальное установившееся давление, сравнивают с приемочным давлением, по их разности определяют грубую негерметичность, при наличии которой бракуют изделие, а при отсутствии - выдерживают изделие в вакууме заданное время, измеряют конечное давление, сравнивают его с начальным и по их разности определяют герметичность изделия, отличающийся тем, что по разности максимально допустимого и фактического объемов магистрали определяют максимально допустимый дополнительный объем, в пределах которого задают дополнительный рабочий объем, предварительно подключают его к магистрали, задают начальный дополнительный рабочий объем, после вакуумирования контрольной камеры отключают ее от магистрали с дополнительным рабочим объемом, уменьшают дополнительный рабочий объем до минимального и регистрируют начальное установившееся давление в магистрали, увеличивают дополнительный рабочий объем до начального, подключают контрольную камеру, после выдержки изделия в вакууме заданное время отключают контрольную камеру, уменьшают дополнительный рабочий объем до минимального, измеряют конечное установившееся давление в магистрали, а в качестве соответственно начального и конечного давления принимают эти давления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при заданном начальном дополнительном рабочем объеме, меньшем заданного дополнительного объема, перед каждым отключением контрольной камеры увеличивают дополнительный рабочий объем от начального до заданного.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при начальном дополнительном рабочем объеме, равным минимальному, и при заданном дополнительном рабочем объеме, большем минимального, после вакуумирования контрольной камеры перед каждым ее отключением увеличивают дополнительный рабочий объем до заданного.