Устройство контроля герметичности изделий

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет испытывать полые изделия газом на герметичность, например автотракторные теплообменники. Техническим результатом изобретения является повышение точности контроля герметичности за счет обеспечения дозированного подвода объема контрольного газа в изделие, обеспечения возвратно-поступательных перемещений подвижной перегородки индикатора в первоначально установленном диапазоне перемещений и поддержания изменения давления в устройстве испытаний в установленном диапазоне. Этот результат обеспечивается за счет того, что устройство содержит эталонную емкость, соединенный с ней через вентиль источник давления, магистраль, состоящую из двух участков, с запорным органом, выполненным в виде герметичного сосуда, частично заполненного жидкостью, две трубки, жестко соединенные с сосудом, открытые торцы которых погружены в жидкость на одинаковую глубину, вторые торцы трубок соединены с обращенными друг к другу концами участков магистрали. Один конец магистрали соединен с эталонной емкостью, а другой с изделием. Устройство имеет индикатор с подвижной перегородкой, первая полость которого сообщена с эталонной емкостью, вторая - с противоположной от запорного органа стороны. Устройство снабжено узлом поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда, а также снабжено возбудителем периодических колебаний давления, который вызывает возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки индикатора и подключен к концу магистрали, соединенному с эталонной емкостью и индикатором с подвижной перегородкой. К концу магистрали, соединенному с изделием и индикатором с подвижной перегородкой, подключена емкость переменного объема для дозированного подвода объема контрольного газа в изделие, обеспечения возвратно-поступательных перемещений подвижной перегородки индикатора в первоначально установленном диапазоне перемещений и поддержания изменения давления в устройстве испытаний в установленном диапазоне. 3 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет испытывать полые изделия газом на герметичность, например автотракторные теплообменники.

Известен патент на изобретение устройства для контроля герметичности изделий (Патент РФ №2234069, G 01 М 3/26, 10.08.2004), которое содержит эталонную емкость, соединенный с ней через вентиль источник давления, магистраль, состоящую из двух участков, с запорным органом, выполненным в виде герметичного сосуда, частично заполненного жидкостью, двух трубок, жестко соединенных с сосудом, открытые торцы которых погружены в жидкость на одинаковую глубину, вторые торцы трубок соединены с обращенными друг к другу концами участков магистрали, один конец магистрали соединен с эталонной емкостью, а другой - с изделием, индикатор с подвижной перегородкой, выполненный в виде трубки с каплей жидкости, первая полость которого сообщена с эталонной емкостью, вторая - с противоположной стороны от запорного органа и узел поворота магистрали с запорным органом и индикатора с подвижной перегородкой вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда, возбудитель периодических колебаний давления, подключенный к концу магистрали, соединенный с эталонной емкостью и индикатором с подвижной перегородкой, вызывающий возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки индикатора.

Однако это устройство имеет недостаточную точность контроля герметичности изделий из-за влияния объема эталонной емкости на перемещение подвижной перегородки индикатора, связанного со смещением подвижной перегородки индикатора от утечек контрольного газа из изделия и снижения давления газа как в изделии, так и в эталонной емкости.

Технический результат изобретения - повышение точности контроля герметичности за счет уменьшения влияния объема эталонной емкости.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем эталонную емкость, соединенный с ней через вентиль источник давления, магистраль, состоящую из двух участков, с запорным органом, выполненным в виде герметичного сосуда, частично заполненного жидкостью, двух трубок, жестко соединенных с сосудом, открытые торцы которых погружены в жидкость на одинаковую глубину, вторые торцы трубок соединены с обращенными друг к другу концами участков магистрали, один конец магистрали соединен с эталонной емкостью, а другой - с изделием, индикатор с подвижной перегородкой, выполненный в виде трубки с каплей жидкости, первая полость которого сообщена с эталонной емкостью, вторая - с противоположной стороны от запорного органа и узел поворота магистрали с запорным органом и индикатора с подвижной перегородкой вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда, возбудитель периодических колебаний давления, подключенный к концу магистрали, соединенный с эталонной емкостью и индикатором с подвижной перегородкой, вызывающий возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки индикатора, к концу магистрали, соединенному с изделием и индикатором с подвижной перегородкой, подключена емкость переменного объема для дозированного подвода объема контрольного газа в изделие, обеспечения возвратно-поступательных перемещений подвижной перегородки индикатора в первоначально установленном диапазоне перемещений и поддержания изменения давления газа в устройстве испытаний в установленном диапазоне.

На фиг.1 изображена схема устройства контроля герметичности изделий, на фиг.2 представлены графики, построенные по данным таблицы, для устройства контроля герметичности изделий по патенту РФ №2234069, а на фиг.3 - графики, построенные для устройства контроля герметичности изделий по заявляемому устройству.

Устройство содержит эталонную емкость 1, соединенный с ней через вентиль 2 источник давления 3. Магистраль, состоящая из двух участков 4 и 5, соединена с эталонной емкостью 1 и изделием 6 через вентиль 7 гибкими трубопроводами 8 и 9. Герметичный сосуд 10 частично заполнен жидкостью, например ртутью. В нее на одинаковую глубину погружены открытые торцы двух трубок 11 и 12, жестко соединенных с обращенными друг к другу концами участков 4 и 5 магистрали и с сосудом 10. Имеется узел поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок 11 и 12 с воздушной полостью сосуда 10. Узел поворота выполнен в виде шарнира 13, на который опирается конец участка 4 магистрали, и неподвижной опоры 14, на которую опирается конец участка 5 магистрали. В трубке 12 выполнено отверстие 15, соединяющее ее полость с воздушной полостью сосуда 10. Индикатор 16 с подвижной перегородкой 17, например капли токопроводящей жидкости, одной полостью соединен с участком 4 магистрали со стороны эталонной емкости, а другим - с участком 5 магистрали. Датчики положения 18 с вторичным прибором 19 измеряют положение подвижной перегородки 17. К магистрали 4, соединенной с эталонной емкостью 1 и индикатором 16 с подвижной перегородкой 17, подключен возбудитель периодических колебаний давления 20, вызывающих возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки 17 индикатора 16. К концу магистрали 5, соединенному с изделием 6 и индикатором 16 с подвижной перегородкой 17, подключена емкость переменного объема 21 с микровинтом 22, винтовой парой 23, показывающей стрелкой 24 и пластиной 25 со шкалой. Один торец емкости 21 закреплен жестко, а другой подвижный торец соединен с микровинтом 22. Микровинт 22 установлен в винтовой паре 23, основание которой закреплено жестко. На микровинте 22 закреплена показывающая стрелка 24, а пластина со шкалой 25, отградуированной на объем контрольного газа, закреплена жестко.

Устройство работает следующим образом.

Герметичную емкость 10, частично заполненную жидкостью, две трубки 5 и 4, индикатор 16 с подвижной перегородкой 17 наклоняют путем поворота вокруг шарнира 13 на угол, при котором трубки 4 и 5 полностью выходят из жидкости, находящейся в сосуде 10. Подсоединяют к магистрали эталонную емкость 1 и изделие 6 с помощью гибких трубопроводов 8 и 9. Открывают запорные вентили 2 и 7 и заполняют устройство контрольным газом от источника 3 до необходимого давления. Прекращают подвод контрольного газа путем перекрытия вентиля 2 и устанавливают сосуд 10 с индикатором 16 в горизонтальное положение на опору 14. При этом открытые торцы трубок 4 и 5 погружаются в жидкость и рассоединяют эталонную емкость 1 от изделия 6. Во время погружения трубок 4 и 5 в жидкость из них вытесняются равные объемы контрольного газа, в результате чего давления в эталонной емкости 1 и изделии 6 остаются равными. Включают в работу возбудитель периодических колебаний 20, создавая возвратно-поступательные движения подвижной перегородки 17 индикатора 16 в установленном диапазоне перемещений, и берут отсчет по вторичному прибору 19, подключенному к датчикам положения 18. Этот отсчет берут по крайнему левому или крайнему правому положениям перемещающейся возвратно-поступательно подвижной перегородки, или по вычисленному среднему значению крайних правых и крайних левых положений подвижной перегородки. Берут первый отсчет положения стрелки 24 по шкале на пластине 25. Шкала на пластине 25 отградуирована на объем контрольного газа. Испытывают изделие на герметичность в течение заданного промежутка времени, и при каждом колебании давления газа от возбудителя 20 берут отсчет по вторичному прибору 19 о положении подвижной перегородки 17, а с помощью микровинта 22, при каждом таком колебании давления газа в устройстве испытаний, подводят в изделие газ из емкости переменного объема 21 до тех пор, пока положение подвижной перегородки 17 при воздействии возбудителя периодических колебаний по показывающему прибору 19 возвратится в первоначально установленный диапазон перемещений. В конце испытаний изделия берут второй отсчет положения стрелки 24 по шкале на пластине 25.

О негерметичности изделия 6 судят по разности второго и первого отсчетов положения стрелки 24 по шкале на пластине 25. По полученной разности отсчетов по шкале на пластине 25 определяют количество контрольного газа, подведенного в изделие, и утечки контрольного газа из изделия, равные количеству газа, подведенного в изделие.

Отверстие 15 в нижней части трубки 12 предназначено для аварийного выравнивания давлений между эталонной емкостью 1 и изделием 6, когда сосуд 10 не наклонен при выполнении подготовительной операции перед контролем изделия 6 на герметичность.

По сравнению с прототипом изобретение позволяет повысить точность контроля герметичности изделия за счет уменьшения влияния объема эталонной емкости в процессе контроля герметичности изделий.

Известно, что в производственных условиях при контроле герметичности изделий с использованием подобных устройств считают, что объем эталонной емкости необходимо выбирать равным объему изделия. Часто на практике это невозможно выполнить из-за больших объемов изделий. Поэтому принимают объем эталонной емкости меньшим, чем объем изделия.

В А.С. №1546863 СССР, G 01 M 3/06, 28.02.1990 г. защищено аналитическое выражение, которое устанавливает взаимосвязь между объемами эталонной емкости (ресивера) V_p, м³, и изделия V_u, м³, и относительной погрешностью контроля герметичности изделий β, %, в следующем виде:

Из этого выражения получим:

Если V_p=V_u, тогда погрешность контроля герметичности изделий

Если V_p=0,5 V_u, тогда погрешность контроля герметичности изделий

Эта погрешность контроля герметичности относится к самой схеме контроля герметичности изделий с использованием эталонной емкости и не относится к другим погрешностям, например, к погрешностям, которые вносятся датчиками положения 18 и вторичным прибором 19.

Поэтому погрешности, вносимые датчиками положения 18 и вторичным прибором 19, как и погрешности измерений объема газа емкостью переменного объема 21 для дозированного подвода контрольного газа в изделие, не рассматриваются. Погрешности измерения объема газа подвижной перегородкой 17 индикатора 16, датчиками положения 18 и вторичным прибором 19 соизмеримы с погрешностью измерения объема газа емкостью переменного объема 21 с микровинтом 22, винтовой парой 23, показывающей стрелкой 24 и пластиной 25 со шкалой.

Отметим, что при использовании известного устройства по патенту РФ №2234069 контроль герметичности изделия производится по косвенному параметру - по расходу контрольного газа из эталонной емкости в изделие. Это фактически не утечки газа из изделия - это перетечки газа из эталонной емкости в изделие в устройстве испытаний при утечках газа из изделия в атмосферу.

Кроме того, при контроле герметичности изделий с использованием устройства по патенту РФ №2234069 измерение утечек газа по перемещению перегородки индикатора происходит при понижении давления газа как в изделии, так и в эталонной емкости.

По заявляемому устройству производится более точное измерение утечек контрольного газа потому, что это количество утечек определяется по количеству подведенного газа в изделие и при поддерживаемом первоначально установленном диапазоне колебаний давления контрольного газа как в изделии, так и в эталонной емкости.

В таблице приведены значения перемещения подвижной перегородки 17 индикатора 16 на расстояние L, мм, объем контрольного газа V, мм³, который соответствует перемещению подвижной перегородки в индикаторе на расстояние L, мм, при диаметре подвижной перегородки, равной 4 мм, а также пятидесятипроцентные значения погрешности оценки утечек газа из изделия по объему газа V, мм³, определяемого по перемещению подвижной перегородки 17 индикатора 16.

Таблица
L, мм	25	50	100	150	200
V, мм3	314	628	1256	1884	2512
Погрешность оценки утечек газа из изделия по V, мм3, в мм3 при ±50% погрешности	±157	±314	±628	±942	±1256

Рассмотрим, например, два изделия, контролируемые на герметичность с использованием устройства по прототипу (патенту РФ №2234069), которые имеют утечки, измеряемые по индикатору 16 с подвижной перегородкой 17, равные 2512 и 314 мм³ (таблица). Если измерять утечки из изделия, равные 2512 мм³, по индикатору с подвижной перегородкой, то это измеренное значение утечек, определенное с погрешностью ±50% (см. выше расчеты), составляет ±1256 мм³.

Если измерять утечки газа из изделия этим же устройством по индикатору 16 с подвижной перегородкой 17, равные 314 мм³, тогда погрешность ±50% составит ±157 мм³ (таблица).

Прямая линия 1 на фиг.2 отражает изменение объема газа, который перемещается в изделие из эталонной емкости при контроле герметичности изделия и наличии утечек газа из него, в зависимости от перемещения подвижной перегородки 17 индикатора 16. Прямые линии 2 и 3 ограничивают диапазон погрешностей, которые возникают при оценке утечек контрольного газа из изделия по перемещению подвижной перегородки 17 в индикаторе 16.

Из фиг.2 видно, что в абсолютном значении объем контрольного газа от погрешности измерений уменьшается (значение 2512 мм³ по отношению к значению 314 мм³) с уменьшением смещения подвижной перегородки 17 индикатора 16 относительно нулевого значения этого индикатора.

Прямая линия 1 на фиг.3 отражает изменение объема контрольного газа, подаваемого в изделие 6 (и равного количеству утечек газа из изделия V_ут, см³) из емкости переменного объема 21 в зависимости от поворота микровинта 22 со стрелкой 24 и числа делений n, дел, по шкале на пластине 25. Прямая линия 1 на фиг.3 построена для равновеликих величин по осям координат с величинами, по которым построена прямая линия 1 на фиг.2. Прямая линия 1 (фиг.3) построена для случая контроля герметичности изделия при непрерывных периодических перемещениях подвижной перегородки 17 в индикаторе 16 на расстояние 0-25 мм, при возврате этих перемещений в первоначально установленный диапазон перемещений за счет подвода при каждом перемещении подвижной перегородки 17 индикатора 16 контрольного газа в изделие из емкости переменного объема 21 при повороте микровинта 22 со стрелкой 24.

Прямые линии 2 и 3 на фиг.3 отражают значения погрешностей измерения утечек газа из изделия V_ут, см³, являющиеся результатом того, что объем контрольного газа в изделие 6 подается из емкости переменного объема 21 с помощью микровинта 22, а оценивается количество подачи этого объема газа в изделие по возвратно-поступательному перемещению подвижной перегородки 17 в индикаторе 16 на расстояние от 0 до 25 мм.

Эти значения погрешностей, ограниченные прямыми линиями 2 и 3 (на фиг.3), являются постоянными и не зависящими от измеряемого значения утечек газа из изделия. То есть погрешности, ограниченные прямыми линиями на фиг.2, трансформируются в погрешности, ограниченные прямыми линиями на фиг.3.

Поэтому контроль герметичности изделий, который проводится при возвратно-поступательных перемещениях подвижной перегородки индикатора в диапазоне, близком к начальному значению, и при постоянном давлении в эталонной емкости и изделии, производится с более высокой точностью, чем контроль герметичности изделий при возвратно-поступательных перемещениях подвижной перегородки индикатора на полном диапазоне перемещений подвижной перегородки 17 индикатора 16. Кроме того, контроль герметичности изделий при возвратно-поступательных перемещениях подвижной перегородки индикатора в диапазоне, близком к начальному значению, проводится по количеству контрольного газа, подводимого в испытываемое изделие из емкости переменного объема 21, то есть при минимальной и постоянной погрешности индикатора 16 с подвижной перегородкой 17.

Устройство контроля герметичности, содержащее эталонную емкость, соединенный с ней через вентиль источник давления, магистраль, состоящую из двух участков, с запорным органом, выполненным в виде герметичного сосуда, частично заполненного жидкостью, двух трубок, жестко соединенных с сосудом, открытые торцы которых погружены в жидкость на одинаковую глубину, вторые торцы трубок соединены с обращенными друг к другу концами участков магистрали, один конец магистрали соединен с эталонной емкостью, а другой - с изделием, индикатор с подвижной перегородкой, выполненный в виде трубки с каплей жидкости, первая полость которого сообщена с эталонной емкостью, вторая - с противоположной стороны от запорного органа, и узел поворота магистрали с запорным органом и индикатора с подвижной перегородкой вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда, возбудитель периодических колебаний давления, подключенный к концу магистрали, соединенный с эталонной емкостью и индикатором с подвижной перегородкой, вызывающий возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки индикатора, отличающееся тем, что к концу магистрали, соединенному с изделием и индикатором с подвижной перегородкой, подключена емкость переменного объема для дозированного подвода объема контрольного газа в изделие, обеспечения возвратно-поступательных перемещений подвижной перегородки индикатора в первоначально установленном диапазоне перемещений и поддержания изменения давления в устройстве испытаний в установленном диапазоне.