表1 汽车发动机零件允许泄漏率值举例
(×10５Pa)
3 不同的空气密封性即泄漏试验方法 以空气为介质的自动气密试验，工件合格与否取决于测试前后的压力差下空气的流失。但空气的流失无法直接测量出，而只能通过压力变化—工件与气源分开(压力测量法)，或者流入工件的气量—工件与气源相连(流量测量法)表现出来，无论压力法还是流量法都有不同的变形。3.1 压力测量 在工业泄漏测试中，压力测量是最常见的方法，在测试腔较小的情况下，可检测到0.1cc/min或更小的泄漏率。 相对压力或压力测量法具有测试单元集成化、测量系统自身容积最小的特点，且可靠性高、测量范围宽，测试信号分辨力取决于使用的测试压力。 在测试压力较高的情况下，差压法测量的精度要高于压力法，因为其分辨力与使用的测试压力无关。 压力降测量是向被测件充以正压，模拟正常的工作状态。 在不同的压力测量法中，升压法受温度变化，密封装置和工件容积不稳定的影响小于降压法，过压法中压力升高的测量可以没有平衡阶段，并且由于不受测试压力制约，使用的测试压力不受测量元件的测量范围限制。3.2 流量测量 流量测量的测量信号与测试容积无关，不同于压力测量中测量信号随着测试容积的增大而减小。这在标定时是个优点，测量信号直接对应于通过泄漏标定仪的气体流量，标定过程中不再需要知道确切的测试容积，也不用考虑确定泄漏率。 体积流量法，一般不用于泄漏检测而是用于流量控制中，如在用同样的测量元件(差压传感器)进行降压法泄漏测试前，对气体系统中的自由通道进行流量监控。 在质量流量法中，测试信号不仅与测试容积无关且与测试压力也无关，而是直接对应于标准泄漏率Std cm３/min，不象压力法测量中要计算允许泄漏率。4 用压力测量法进行泄漏测试 一个完整的自动泄漏测试包括四个阶段： ● 充气 ● 平衡 ● 测量 ● 排气4.1 充气阶段 被测工件按一定压力进行充气，充气何时结束，可由时间或压力控制。通过充气阶段的压力上升曲线可粗略地对被测容积加以估算，或者检查仪器中与工件相连的自检阀是否处于“开”位置。4.2 平衡阶段 在这一阶段检测系统必须稳定下来，充气阶段的波动必须停止，测试空气的温度变化也须消失，进入工件的气体在充气阀处膨胀并冷却，而原先工件中的空气被压缩并升温，如图2缸体-曲轴箱的水套在四个泄漏检测阶段的温度曲线所示，后者在充气阶段占主导地位。
图2 温度与压力变化曲线
检测腔中的压力与温度相同也在变化。如果要使一个密封件试漏仪指示为零，则需等到恒温状态，然而要达到“完全平衡”所需的时间远远比正常批量生产允许的节拍长。
有三种方法缩短平衡时间： ● 补偿充气 补偿充气指充气阶段以稍高于检测压力的气压充气，到平衡阶段降至检测压力，在这一膨胀过程中，被测腔内的气体冷却，这样即可对“不完全平衡”加以补偿。对一个密封件来说，通过改变充气压力，即使在短暂的平衡后也可能获得零指示，并且还可缩短充气时间。 ● 参考容器＝被测容器 在差压法泄漏检测系统中，在参考侧连接一个密封件，以便在充气平衡阶段压力传感器两侧具有相同的状态，这样可对消它们的影响。 ● 提前测量时间 因为获得零指示并非泄漏测试的目的，所以最简单的是通过提前测量阶段来缩短平衡时间。平衡时间可以减少到测量阶段前的系统状态不再现为止。这样，对于一个密封件，其测量结果可能不为“0”而为“X”。所以废品值也须据此加以修正。 实际工作中，上述三种方法经常一起使用。4.3 测量阶段 被测腔中空气的渗漏将产生一个压力降，这就可通过差压传感器测出相对于参考容器的压力差，也可通过压力传感器测出压力变化，测量方法见图3所示。
图3 差压测量方法(a)与相对压力测量方法(b)
充气、平衡时间可根据经验设定，但测量时间可用波义耳-玛略特气体方程计算出： P．V/T＝常数 这里，我们假设测量过程中温度不变，则方程变为： P．V＝常数 转化成降压法泄漏检测的形式，方程变为： P１．Vｔ＝P２．Vｔ＋Pat．VＬ式中 P１——测量阶段开始时被测腔内的压力 P２——测量阶段末被测腔内的压力 Vｔ——被测腔容积 Pat——大气压 VL——泄漏的气体体积(大气压下的体积)测量阶段的压力变化 ΔP＝P１－P２即，P２＝P１－ΔP，测量过程的方程变为：
ΔP．Vｔ＝Pat．VＬ 或者ΔP＝Pat．VＬ／Vｔ
值得注意的是公式中没有测试压力，测试压力对被测腔中的压力变化无影响，即在相同泄漏率条件下，无论测试压力是0.1MPa还是1MPa工件中的压力降是相同的。但是泄漏率随着测试压力升高而增大，测试压力与泄漏率的关系见图1。 对某一特定测试，测量时间可由下式计算出： Tｍ＝RP．Vｔ．60／Pat．VＬ式中 Tｍ——测量时间，s RP——废品点，mmH２O Pat——大气压力，mmH２O Vｔ——被测容积，cm３ VＬ——泄漏率，cm３／min5 对测量结果的影响 前面已经讲过，用空气进行泄漏检测无法直接测量出泄漏的气体，而只能通过被测腔内压力的影响检测出来。根据气态方程，除了泄漏、温度和体积的变化也会影响被测腔内的压力，所以要进行高精度的泄漏测试，首先要保证测得的压力变化仅仅是由于泄漏造成的。5.1 测量精度会因下列影响而降低5.1.1 温度影响 必须保证测量阶段空气温度保持不变，或每次测量都地重复相同的温度变化。为满足这一要求，所有与测试有关的部件如被测工件、测试气体、密封装置等必须具有相同的温度，或每次测量的温差都相同。在正常生产状态下，这只能近似实现,是否需用这一方法取决于允许泄漏率对应的测量信号变化与温度影响造成的测量信号变化之比。5.1.2 容积变化 在测量阶段要保证没有容积变化，如果由于测试压力使得容积增大，相当于模拟了泄漏。如果由于密封压头的接触压力使得容积减小，则会补偿本来存在的泄漏，为避免密封件的“胀缩”，必须确定密封件尺寸和密封压力，保证在密封状态下，密封件与工件之间有挡铁接触。因为在压力法测量中，容积大小与泄漏率大小直接相关，容积误差必将造成测量误差。5.1.3 试漏仪的重复性 生产用的试漏仪质量好坏，其精度并不是位的，而是重复性。仪器的重复性由各种组成部件的误差组成，如测量传感器、电子测量单元、阀、管路、调压器等，正确设定的试漏仪的典型重复性值是： 压力或相对压力试漏仪 1～10Pa(取决于测试压力) 差压试漏仪 1Pa5.1.4 标定 泄漏检测的精度还取决于标定装置的精度，多数情况下是用装在仪器中的一个浮子流量计的可调阀进行泄漏模拟，这种方法应用方便，但流量计的精度仅为量程的3%。同样浮子有时难以检测，并且读数精度低。 正确的标定方法是将一样件(密封件)放到夹具中，连续模拟允许泄漏，这可通过工件气路分支上的阀实现，这个阀必须调到允许泄漏率。我们有标定好的泄漏率一定的模拟装置，还有精密可调截流阀，泄漏率可从0.1cm３／min起设定，从阀漏出的空气用一个标定好的标定仪测量，分辨率为0.01Std cm３/min。5.2 试漏仪无法判定工件的泄漏部位5.2.1 密封不严 试漏仪无法判定泄漏来自工件的质地疏松部位还是密封不好，如果连续出现不合格，则可能是密封问题如橡胶老化，或测试系统内部有泄漏。5.2.2 累积泄漏 自动泄漏测试中，测量的是累积泄漏(集中测量)，这样可能每个单独的泄漏小于允许泄漏率，而累积泄漏大于允许值，此时工件错误地被判为废品。然而，在确定允许泄漏率时必须假设出现最严重的泄漏情况。5.3 被测容器的表面情况 泄漏会由于表面潮湿而被掩饰，无法检测到，然而会在以后的工作状态下表现出来。对灰铸铁缸体的测试表明，在干燥状态下泄漏率达80cm３/min的工件，在潮湿状态(切削液)下却无法检测到泄漏。即使施以高压进行检测也不行。因此保证工件干燥在泄漏检测中是很必要的。
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