Способ контроля герметичности изделий и устройство для его осуществления

 

Использование: в измерительной технике для испытания на герметичность изделий, имеющих непроницаемые внутренние полости. Сущность изобретения: способ заключается в заполнении изделия пробным газом, индикации и нахождении протечки путем облучения и измерения мощности модулированного вышедшим сквозь неплотности газа излучения, по которой судят о нарушении герметичности. В качестве пробного газа используют смесь, содержащую в своем составе легкую компоненту и тяжелую компоненту в виде газа, обладающего острым запахом. Устройство для контроля герметичности содержит емкость с пробным газом, систему подачи газа в изделие, источник и приемник излучения. Устройство снабжено двумя газосборниками, выполненными конусовидной формы, и установленными над и под изделием раструбами, обращенными навстречу друг другу. Причем первый газосборник имеет в узкой части пару расположенных параллельно друг другу прозрачных окон, по одну сторону которых размещен источник, а по другую - приемник излучения, а узкая часть второго газосборника соединена трубкой с выходным отверстием. 2 с. и 4 з. п ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для испытания на герметичность изделий, имеющих непроницаемые внутренние полости.

Известны способы контроля герметичности изделий, основанные на индикации газа, истекающего под избыточным давлением из проверяемой на герметичность полости. В качестве пробного газа по этой методике обычно применяют галоиды, так как последние легко регистрируются простыми средствами. Метод при этом называют галоидным, а из галоидов для этой цели используются преимущественно фреоны. Способ обладает достаточно высокой чувствительностью и приемлемой для технологических целей оперативностью.

Недостатком использования галоидов является то, что утечка последних в процессе проведения операций контроля сильно влияет на геофизическое состояние атмосферы планеты, разрушая необходимый для радиационной (ультрафиолетовой) защиты живых организмов озоновый слой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля герметичности изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие заполняют пробным газом под избыточным давлением, сканируют изделие электромагнитным излучением, например пучком лазера, и определяют мощность рассеянного сканируемой поверхностью лазерного пучка, по которой судят о качестве изделия. В качестве пробного газа при этом используют углекислый газ, поскольку последний имеет соответствующую линию поглощения излучения лазера.

Недостаток известного решения заключается в том, что методика поиска течи в нем предполагает довольно длительную процедуру обследования всей поверхности испытуемого объекта лазерным пучком, которое осуществляют последовательным сканированием всей площади подвергаемого контролю изделия. Указанная операция требует большой затраты времени, что резко снижает оперативность контроля и пропускную способность поста контроля. Этот недостаток становится особенно ощутимым при использовании способа для контроля герметичности изделий в массовом их производстве. Использование приема в ускорении контроля, заключающегося в проверке только подозрительных на негерметичность мест, значительно снижает надежность контроля, что в ряде случаев является недопустимым.

Целью изобретения является повышение оперативности и достоверности контроля.

Для достижения цели в способе контроля герметичности изделий, заключающемся в заполнении изделия пробным газом, индикации и нахождении протечки путем облучения и измерения мощности модулированного вышедшим сквозь неплотности газом излучения, по которой судят о герметичности, в качестве пробного газа используют смесь, содержащую легкую компоненту и тяжелую компоненту в виде газа, обладающего резким запахом, а перед облучением и измерением мощности модулированного излучения индикацию утечки осуществляют по появлению запаха, причем в качестве пробного газа используют смесь, содержащую легкую компоненту, состоящую из метана, и тяжелую компоненту в виде газа из семейства меркаптонов при содержании последних от 2 до 50% а для индикации запаха используют обученное на запах пробного газа животное.

Прототипом устройства для контроля герметичности изделий является установка, содержащая емкость с пробным газом, связанную с емкостью систему подачи пробного газа в изделие, источник и приемник излучения. Отличие предлагаемого устройства заключается в том, что оно снабжено двумя газосборниками, выполненными конусовидной формы и установленными над и под контролируемым изделием, раструбами, обращенными навстречу друг другу, в узкой части первого газосборника выполнены два расположенных параллельно друг другу прозрачных окна, со стороны одного из которых размещен источник, а со стороны другого приемник излучения, а узкая часть второго газосборника соединена с трубкой с выходным отверстием, причем устройство снабжено запорным клапаном, установленным на выходе трубки второго газосборника.

Операции по проведению контроля в соответствии со способом осуществляют в два этапа. На первом этапе устанавливается факт наличия течи в изделии или же отсутствие таковой. На этом этапе используются свойства пробного газа, состоящего из легкой и тяжелой компонент. Первая из них имеет ярко выраженную линию поглощения широко распространенного гелий-неонового лазера, последняя обладает резким запахом. Указанные качества позволяют с помощью предлагаемого устройства легко и быстро индицировать наличие течи в подвергаемом контролю изделии или отсутствие таковой. В последнем случае проведение контроля собственно и прекращается. При наличии же факта протечки проводят второй этап контроля, который сводится к отысканию места течи и который осуществляют последовательным сканированием испытуемого объекта лазерным лучом в соответствии с прототипом или же с использованием для этой цели обученного на запах компонент пробного газа животного.

На чертеже изображено устройство, с помощью которого может быть реализован способ.

Устройство содержит емкость 1 с пробным газом, систему подачи газа в испытуемое изделие, состоящую из подводящего трубопровода 2, запорного крана 3 и соединительной муфты 4, источник 5 и приемник 6 излучения, верхний 7 и нижний 8 газосборники, выполненные в виде конусовидных щитов. Первый газосборник в своей верхней части имеет два прозрачных для излучения окна 9, которые установлены одно параллельно другому. Второй газосборник в своей нижней части из конуса переходит в сужение, заканчивающееся трубкой 10 с выходным отверстием 11. На трубке 11 установлен запорный клапан 12.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемое изделие 13 размещают в пространстве между верхним 7 и нижним 8 газосборниками и присоединяют с помощью муфты 4 к газонаполнительной системе 1. Открытием крана 3 заполняют полость изделия 13 пробным газом, содержащим легкую компоненту в виде метана (СН₄) и тяжелую остропахучую компоненту из газов семейства меркаптанов, например метилмеркаптана (СН₃SH). При наличии утечки из испытуемого изделия компоненты пробного газа вследствие большого различия в плотностях, а также благодаря дополнительному термодинамическому охлаждению при выходе из течи претерпевают разделение на свои составляющие. При этом легкая компонента, имея плотность в два раза меньше плотности воздуха, диффундирует вверх, а тяжелая претерпевает перемещение вниз. Первая компонента, вытесняя воздух из верхнего газосборника 7, заполняет в нем пространство, сформированное в его верхней части окошками 9. Тяжелая компонента, вытесняя воздух из нижнего газосборника 8, заполняет пространство в нижней части последнего.

Проведение первого этапа контроля проводится с использованием соответствующих свойств легкой и тяжелой компонент пробного газа, т.е. фиксированием факта появления резкого запаха тяжелого газа, скапливающегося в нижнем газосборнике 8. Индуцирование запаха может производиться оператором, либо использованием для этой цели обученного на запах животного. В последнем случае чувствительность к фиксации газа может быть резко повышена. Во избежание сбоя, обусловленного адаптацией обоняния оператора или животного к запаху, контроль течи автоматически дублируется приборным методом, осуществляемым индикацией линии поглощения пучка излучения от гелий-неонового лазера метаном, скапливающимся в межокошечном пространстве верхнего газосборника. Очевидно, что указанные средства индицирования течи могут использоваться и независимо друг от друга.

Эффективному сбору легкой и тяжелой компонент пробного газа способствует форма выполнения газосборников в виде улавливающих конусов, обращенных расширениями в сторону потоков от источника газов, которым является испытуемый объект. Причем индицированию тяжелого газа посредством обоняния способствует дополнительно то, что его газосборник из сужения переходит в трубку с выходным отверстием в его нижней части, где и происходит его индикация. Сжатие газового потока увеличивает чувствительность к фиксированию запаха при малых количествах утечки индикаторного газа. Снабжение выходного отверстия трубки запорным клапаном дает возможность осуществлять управление выводом запахового индикатора, способствуя его накоплению, а значит, и дополнительному увеличению чувствительности.

В качестве тяжелой запаховой компоненты пробного газа предлагаемым способом рекомендуется использовать газообразное вещество с резким запахом, неприятное по своему качеству. Последнее свойство, действуя усиленно на обоняние, одновременно предотвращает адаптацию обоняния оператора к запаху при длительной работе с газом. В частности, для приготовления пробного газа может быть использован бутил- или метилмеркаптан, или же их смесь, имеющие характерный для сернистых соединений тухлый запах. При чувствительности обоняния человека к меркаптанам 2· 10^-9 мг/л в воздухе 2-3% вводимого в пробный газ запахового индикатора достаточно для практики проведения контроля герметичности предлагаемым способом. Дальнейшее уменьшение содержания тяжелой компоненты в пробном газе неоправданно снижает возможности способа в индицировании течи. При необходимости увеличения чувствительности к индикации течи на первом этапе контроля содержание меркаптана в смеси без существенного снижения возможностей приборного метода может быть увеличено до 40-50% Очевидно, что дальнейшее перераспределение состава газа в сторону тяжелой компоненты прибавки в чувствительности к запаховой компоненте не дает, однако снижает возможности приборной методики, т.е. фиксацию течи лазерным лучом.

Отыскание места утечки на втором этапе осуществляют с использованием для этой цели лазерного пучка методом сканирования, либо с использованием запахового индикатора. В последнем случае для поиска протечки возможно использование обученного на запах пробного газа животного с повышенными обонятельными способностями, в частности породы собак, предрасположенные для выполнения данной операции. Очевидно, что затраты времени для этого существенно сократятся, а точность поиска при этом повысится. Существенным при этом является тот факт, что животное может ощущать и запах легкой компоненты смеси пробного газа. Указанные выше оптические средства описка играют при этом резервную роль, например, на случай отказа живого индикатора по причине усталости.

Использование предлагаемого изобретения наиболее выгодно для испытания на герметичность крупных объектов, проведение испытаний известными способами которых затруднительно, в частности это относится к контролю герметичности всевозможных транспортных средств, например внутренних полостей высотных самолетов, подводных и т. п. объектов. Существенно облегчается и ускоряется процесс контроля герметичности и в массовом производстве изделий сложной и с развитой поверхностью формой, например внутриполостное пространство компрессионных холодильников, базовым средством контроля которых являются галоидные течеискатели с применением для этой цели фреона. Использование для этой цели предлагаемого решения позволит внести существенный вклад в снижение загрязнения окружающей среды от опасного компонента современной технологии фреона.

Определенный эффект в реализации способа дает и использование в нем более доступного и дешевого рабочего вещества, поскольку метан, или топливный газ, в котором содержится до 90% метана, значительно дешевле используемого в базовом объекте фреона или даже используемого в прототипе углекислого газа.

Формула изобретения

1. Способ контроля герметичности изделий, заключающийся в заполнении изделия пробным газом, индикации и нахождении протечки путем облучения и измерения мощности модулированного вышедшим сквозь неплотности газом излучения, по которой судят о герметичности, отличающийся тем, что в качестве пробного газа используют смесь, содержащую легкую компоненту и тяжелую компоненту в виде газа, обладающего резким запахом, а перед облучением и измерением мощности модулированного излучения индикацию утечки осуществляют по появлению запаха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для индикации запаха используют обученное на запах пробного газа животное.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве легкой компоненты пробного газа используют метан, а в качестве тяжелой компоненты газ из семейства меркаптанов.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что пробный газ содержит от 2 до 50% тяжелой компоненты.

5. Устройство для контроля герметичности изделий, содержащее емкость с пробным газом, связанную с емкостью систему подачи пробного газа в изделие, источник и приемник излучения, отличающееся тем, что оно снабжено двумя газосборниками, выполненными конусовидной формы и установленными над и под изделием раструбами, обращенными навстречу друг другу, в узкой части первого газосборника выполнены два расположенных параллельно друг другу прозрачных окна, со стороны одного из которых размещен источник, а со стороны другого - приемник излучения, а узкая часть второго газосборника соединена трубкой с выходными отверстиями.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено запорным клапаном на выходе трубки второго газосборника.

РИСУНКИ

Рисунок 1