Манометрический метод

Способы:

• компрессионный;
• вакуумный;
• камерный;
• дифференциальный.

Манометрический метод основан на регистрации изменения давления в объекте контроля, обусловленного утечкой пробного газа через течи.

Он часто применяется на практике, так как это один из самых доступных в реализации методов контроля герметичности промышленных изделий. Широкое распространение манометрического метода обусловлено возможностью применения обычного сжатого воздуха в качестве пробного вещества (реже применяются аргон, азот и другие газы), стандартной пневмоаппаратуры, наличия разнообразных и достаточно простых технических средств измерения давления - манометров (класса точности - не ниже 0,15). В качестве регистрирующих устройств, кроме серийно выпускаемых манометров, широко применяются различного рода оригинальные конструкции датчиков давления, потока и других преобразователей.

Манометрический метод контроля по изменению давления часто применяют при предварительных испытаниях объектов с целью выявления сравнительно крупных сквозных дефектов. Самостоятельно этот метод применяют при контроле герметичности, когда требования к порогу чувствительности не превышают 1∙10^-5 м³∙Па/с. При контроле объектов малого объема (V <∙10^-4 м³) в зависимости от условий контроля может быть достигнут порог чувствительности 1∙10^-6 м³∙Па/с.

Объект контроля может либо помещаться в камеру (при камерном способе), либо нет. При этом перепад давления на стенках объекта может создаваться не только опрессовкой избыточным давлением (компрессионный способ), но и вакуумированием (вакуумный способ).

Компрессионный способ или способ падения давления

Наиболее распространенный бескамерный способ падения давления заключается в опрессовке контролируемого объекта давлением воздуха или другого газа, отсечке от источника давления, выдержке в течение определенного времени и последующем контроле падения давления.

Вакуумный способ или повышения давления

Способ повышения давления отличается от предыдущего тем, что вместо избыточного давления в объекте создают вакуум и после отсечки вакуумного насоса, вакуум будет ухудшаться при натекании в объект воздуха

Если рост давления будет все время иметь линейный характер, то это свидетельствует о натекании. Процесс газовыделения уменьшается по мере возрастания в системе давления. Построив график изменения давления во времени можно определить суммарную величину течей. Способ повышения давления обладает более высокой чувствительностью, чем способ падения давления.

Два вышеназванных способа применяются для определения суммарной негерметичности объектов. Порог чувствительности способов 1∙10^-3 м³Па/с. При испытаниях следует стремиться к минимальному объему присоединяемых магистралей, увеличивающих контроли­руемый объем.

Запорная арматура, технологическая оснастка и их соединения, применяемые при испытаниях, должны быть герметичным.

На каждый испытуемый объект должно быть установлено не менее двух приборов, из­меряющих давление контрольного газа. Давление измеряют на входе и выходе испытуемого объекта или в местах, наибо­лее удаленных друг от друга.

При заполнении объекта контроль­ным газом может происходить его разо­грев, что отражается на точности резуль­татов испытаний. Для охлаждения газа дается выдержка. Ее продолжительность устанавливается опытным путем в зави­симости от объема и конструктивных осо­бенностей объекта.

При испытаниях следует также учиты­вать, что падение давления в объекте суще­ственно зависит от температур контрольного газа и окружающей среды и атмосферно­го давления. Изменение этих факторов в процессе испытаний может внести сущест­венные погрешности в результаты измере­ний, особенно при больших выдержках. При этом надо следить за тем, чтобы раз­ность температур окружающей среды и контрольного газа не превышала значения, допускаемого для контрольного манометра (например, для манометра с классом точности 0,1 допускаемая разность температур составляет ±1°С)

Схема контроля способом повышения (спада) давления

1 - пневмопульт, 2 - вентиль, 3 - объект испытания, 4 - датчик давления (манометр)

Преимущества:

• высокая производительность;
• универсальность.

Недостатки:

• низкая чувствительность 1∙10^-3 м³Па/с;
• влияние изменения температуры, барометрического давления;
• повышенные требования по технике безопасности.

Дифференциальный способ (сравнения)

Отдельно следует выделить дифференциальный способ (сравнения). При этом способе одновременно создают давление в контролируемом объекте и во вспомогательном (заведомо герметичном) объекте, перекрывают источник давления и после выдержки определяют перепад давлений между ними, возникающий в случае утечки газа из контролируемого объекта. При этом результаты воздействия внешних факторов на контролируемый и вспомогательный объекты во многом взаимно уравновешиваются. Вместо избыточного давления в объектах можно создавать вакуум. Дифференциальный способ обеспечивает большую чувствительность испытаний по сравнению с обычным способом падения общего давления, т.к. может быть применен дифференциальный манометр с небольшими пределами измерения перепада давления, а следовательно, более высокой чувствительностью. Порог чувствительности способа сравнения 1∙10^-5 м³Па/с.

Схема контроля способом сравнения

1 - пневмопульт, 2 - вентиль, 3 - объект испытания, 4 - датчик давления (манометр), 5 - дифференциальный манометр, 6 - эталонная емкомсть

Преимущества:

• высокая производительность;
• высокая чувствительность 1∙10^-5 м³Па/с;
• возможность исключения влияния температуры и барометрического давления.

Недостатки:

• высокие требования к запорной арматуре;
• повышенные требования по технике безопасности.

Количественная оценка герметичности объекта проводится по формуле:

с учетом изменения температуры:

Q = V ∙ (P₁ - P₂ ∙ T₁ / T₂) / t,

где Q - поток газа, м³∙Па/с; V - внутренний объем испытательной системы, в которой контролируется давление пробного газа; ΔP - изменение давления пробного газа за время контроля; t - время контроля; Р₁ и Р₂ - начальное и конечное абсолютные давления газа в объекте соответственно, Па; Т₁ и Т₂ - начальная и конечная абсолютные температуры газа в объекте, К.

При проведении манометрических испытаний особо следует учитывать влияние температуры воздуха, окружающей среды и контролируемого изделия, изменение атмосферного давления, изменение объема изделия, вследствие его недостаточной жесткости, дросселирование нагнетаемого воздуха и др. Эти факторы могут внести существенные погрешности в результаты измерений, особенно при больших выдержках по времени.

Для применения этого метода создано большое количество испытательных стендов, в том числе и автоматизированных установок. Несмотря на кажущуюся простоту метода, использование его часто сдерживается по причине сравнительно низкой чувствительности метода, а в ряде случаев большой длительностью цикла измерений. При совершенствовании метода устранению влияния температуры на результаты контроля принадлежит ведущая роль. В последние годы в связи с развитием техники контроля малых изменений давления и температуры возможности метода расширились.