устройство контроля герметичности изделий
| Классы МПК: | G01M3/26 измерением степени утечки или увеличения количества жидкости, например с помощью устройств, чувствительных к давлению или расходомеров |
| Автор(ы): | Жежера Николай Илларионович (RU), Абубакиров Денис Равильевич (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2005-11-03 публикация патента:
27.03.2007 |
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. 
Формула изобретения
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.
Описание изобретения к патенту
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) Vp , м3, и изделия Vu , м3, и относительной погрешностью контроля герметичности изделий 
, %, в следующем виде:
Из этого выражения получим:
Если Vp=Vu , тогда погрешность контроля герметичности изделий
Если Vp=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, мм 3, 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 мм 3 (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 Vут, см 3, 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.
Класс G01M3/26 измерением степени утечки или увеличения количества жидкости, например с помощью устройств, чувствительных к давлению или расходомеров
