维普资讯 http://www.cqvip.com 真空与低温 １５４ 第８卷第３期 ２００２年９月 Ｖａｃｕｕｍ＆Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ 环境温度对压降法漏率测试的影响 肖祥正 （兰州物理研究所，甘肃兰州 ７３００００） 摘要：介绍了差压法测量漏率的原理并结合差压测量的过程对环境温度变化的影响进行了分析，给出了温 度修正公式，提出了被检系统的有效容积的测量方法。 关键词：压降法；差压测量法；温度；有效容积 中图分类号：ＴＢ７７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７０８６（２００２）０３—０１５４—０３ ＴＨＥ ＥＦＦＥＣＴ ｏＮ ＴｏＴＡＬ ＬＥＡＫＡＧＥ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＥＣＲＥＡＳＥ ＭＥＴＨｏＤ ＢＥＣＡＵＳＥ ｏＦ ＥＮＶＩＲｏＮＭＥＮＴＡＬ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＸＩＡＯ Ｘｉａｎｇ—ｚｈｅｎｇ （Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｌｅａｋａｇｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ａｍｅｎｄｅｄ ｆｏｒｍｕｌａ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｇｉｖｅｖｎ．ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｍｅｔｈｏｄ；ｌｅａｋａｇｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｖｏｌｕｍｅ １ 引 言 静态压降法是压力系统总漏率测试的主要方法，压力测量中必须考虑温度变化的影响。在静态压降法总 漏率测试中，如果用绝压计分别直接测量被检系统在起始时间和 时间后的压力值，再计算压差，则会因被 测压力值较大（０．１５ ＭＰａ以上），环境温度变化对压力测量值的影响也较大。如果采用差压测量法，尽管此 时被检系统（测量室）和参考室中的工作压力也较大，这时测量的是两室之间的压力差，可以测量出较小的压 差。且环境温度变化对测量室和参考室压力的影响始终是同向的，当两室所处的工作温度相同时，其环境温 度变化对压力测量的影响基本可以相互抵消，这就是采用差压测量的重要特点。尽管如此，差压测量的主要 误差来源仍然是环境温度变化对压力测量的影响 ］。 ２测量分析 采用差压测量法对被检系统进行总漏率测试的测试系统如图１所示。它是以差压式电容薄膜规作为压 力传感器，测量被检系统在一定时间内的压力下降值，从而确定其总漏率大小的一种方法。差压式电容薄膜 规通过连接管道被接在参考室与测量室（被检系统）之间，测量室与参考室之间还装有一个阀门，以控制两室 之间的通断状态。参考室是一个经过严格检漏，其漏率极低的金属容器。测试时，先将阀门置于开启位置，向 测量室及参考室内部充以工况压力的空气，并静放一段时间，使两室的压力达到平衡。此时参考室与测量室 收稿日期：２００２—０６—１７ 作者简介：肖祥正（１ ９４Ｏ一），男，湖南省隆回县人，研究员，从事检漏技术的研究、开发和应用工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 肖祥正：环境温度对压降法漏率测试的影响 １５５ 处于同一压力，差压计指示为零，且两室之间的温度也基本相同。然后关闭阀门，如果测量室（被检系统）有 漏，测量室中的压力将随时间而下降，经过 时间后， 在参考室与测量室之间就出现压差，其压差Ａｐ值由 差压式电容薄膜规指示出来。计算被检系统总漏率Ｑ： 的公式如下 Ｑ 一Ａｐ×Ｖ ／Ａｔ （１） 式中△￡为测试时间，Ｓ；Ａｐ为在测试时间 效容积，ｒｎ。。 内，因被 图１差压法总漏率测试系统 检系统泄漏产生的压力下降，Ｐａ；Ｖ 为被检系统的有 下面结合差压测量的过程对环境温度变化的影响进行分析。 （１）测试前，两室之间的阀门处于开启状态，通过充气系统向两室中充人高压气体，经过一段时间的稳 定后，参考室与测量室中的温度、压力均达到平衡，即有 ￡一０时，Ｔ ｏ一丁Ｒｏ一丁ｏ， Ｐｘ０－－ＰＲＯ＝Ｐｏ’ ＰＲＯ—Ｐ ０—０。 （２）测试开始，在￡一０时，关闭阀门。经过时间 后，因泄漏的影响，测量室的压力变为Ｐ 压差为△声 ， 而参考室的压力为户 。如果在此测试时间内，环境温度保持不变，设丁。温度下因泄漏引起的测量室的压力 变化为Ａｐ，则有 ｔ＝Ａｔ时，Ｔ ＝丁Ｒｔ一丁０， 。ＰＲ，＝ＰＲｏ＝户。（参考室无泄漏）， Ｐ ｔ一户 ｏ一△户一户ｏ－－Ａｐ。 参考室与测量室之间的压差为Ａｐ （即差压计的读数）为 Ａｐｔ＝ＰＲｔ－－ｐ ｔ—ＰＯ一（Ｐｏ—Ａｐ）一Ａｐ （２） 如果在测试时间内，环境温度发生变化，测量室温度变为丁 参考室温度变为丁 ，则有 ￡＝Ａｔ时，丁 ≠丁Ｒｔ 因环境温度变化造成的参考室起止温度差ＡＴ 为 △丁Ｒ—ＴＲｔ一丁Ｒｏ一丁Ｒｔ一丁０ 因环境温度变化造成的测量室起止温度差ＡＴ 为 ＡＴ 一丁 ｔ一丁ｘ０一丁 ｔ一丁０ 在测试期问，参考室与测量室之间的温度差△丁为 △Ｔ一丁Ｒ 一Ｔ 一ＡＴＲ—ＡＴ 参考室和测量室之间的压力分别为 ＰＲｔ－－ＰＲ０×ＴＲｔ／丁Ｒｏ；Ｐ 一（户 ｏ—Ａｐ）×Ｔ ／丁ｘ０ 所以，测试期间参考室与测量室之间的压差Ａｐ （即差压计的测量值）为 Ａｐｔ＝ＰＲｔ－－ｐ ＝ＰＲｏ×ＴＲｔ／ＴＲｏ一（ ｏ－－Ａｐ）×７ ／丁 ｏ— Ｐｏ×ＴＲ ／丁。一（户。一△户）丁 ／丁。一户ｏ×△丁／丁ｏ＋Ａｐ×Ｔ ／丁ｏ （３） 由式（３）可知：①当环境温度变化造成参考室和测量室的温度变化完全相同，即Ｔ 一丁…ＡＴ＝ＴＲ。一 Ｔｘｔ一０时，Ｐｏ×ＡＴ￣Ｔｏ＝０，这表明环境温度变化对测量室和参考室本底压力的影响完全抵消，故有 ．Ａｐ ＝Ａｐ×Ｔ ／丁ｏ （４） 即压差的测量值与温度成正比关系，这种修正非常简单。②当环境温度变化￣Ｊｌｉｌｇ参考室与测量室之间的温 ｒ￣ｉｇＮ－ｆ４，即出现温度差ＡＴ＝Ｎ０时，测量值Ａｐ 由两部分组成，一部分是由被检系统泄漏造成的Ｐ× Ｔｘｔ／Ｔｏ项；另一部分是因本底压力引起的Ｐ。×ＡＴ／Ｔ。项。在总漏率测试时，需要测量的是前面一项，即Ａｐ ＸＴｘｔ／Ｔｏ，而由本底压力引起的Ｐｏ×ａＴ／Ｔｏ项是应该避免和扣除的。因此，希望Ｐ。×ａＴ／Ｔ。项的值越小越 维普资讯 http://www.cqvip.com １５６ 真空与低温 第８卷第３期 好，这样对△户×Ｔ ／丁。项的测量就越容易和越精确。如Ｐ。×ＡＴ／Ｔ。》△户×Ｔ ／丁。，则／ＸｐＸＴ ｔ／Ｔ。项的测量 就变得十分困难，甚至不可能，因为Ｐ。×Ａ７ ／Ｔ．．值会将△户×Ｔ ／丁。值覆盖。⑧要提高总漏率测试中的准确 性，延长测试时间Ａｔ可以使△户 的值增加，但同时也将使△丁变大。因此这不是一种可行的办法。有效的方 法是尽可能地降低△丁，为此需要采取措施，有效地控制测试环境的温度变化。除此之外，在设计参考室时， 要注意其材料、形状、结构、大小均应与被检系统相接近，并保证参考室与测量室之间具有良好的热传导性。 提高总漏率测试精度的另一条途径是选用带有恒温装置的高精度电容薄膜规，最大限度地减小差压规本身 的零点漂移。恒温型电容薄膜规的恒温温度范围是４５～５０ Ｃ，环境温度越接近恒温温度，其效果就越差。由 于差压规的工作环境温度一般不会超过４０ ｃ，所以选用恒温型电容薄膜规对降低压力传感器的零点漂移是 十分有效的。大量实验证明：当环境温度变化１ Ｃ时，电容薄膜规的温度变化只有０．０１～０．０２ Ｃ，薄膜规的 零点漂移只有满量程的０．００２ ，测量精度极高。因此，在总漏率测试过程中，若环境温度的变化不超过１ Ｃ 时，可以不考虑温度变化的影响。④总漏率测试的关键是要准确测出因泄漏引起的测量室的压力下降／Ｘｐ 值，从式（３）可得 △户：（Ａｐ －－ｐｏｘＡＴ／Ｔｏ）丁ｏ／丁 ＝Ａｐ ｘＴｏ／丁 ～ ｏｘ ＡＴ／Ｔ （５） 即Ａｐ是从测量值△ｐ ×Ｔ。／Ｔ 中减去温度影响项Ｐ。×△丁／丁 ｔ彳导到的。由于对△丁的测量可能是困难的，所 以Ｐ。×ＡＴ／Ｔ 项一般可通过实验来获取，即当测量室漏率Ｑ≈Ｏ时，在相同的测试时问△ｆ内，用差压计测出 这时的Ａｐ 值，同时分别测出测量室测试前后的温度丁。和，， …由式（５）可知 Ｐｏ×△丁／丁 ＝Ａｐ ×Ｔｏ／丁 需要注意的是，每一次测得的Ａｐ 值可能会不同，应采用多次测量取平均值的方法来确定其值的大小。 （３）由式（１）得知，要获得系统的总漏率Ｑ 的值，除需要测出△ｐ的值外，还需要知道测试时间 检系统的有效容积 的值。关于 和被 的测量，可利用图１所示的装置，根据波义耳定律将容积的测量转化为 压力的测量。其方法是：①测量参考室的容积 及大气压力值（参考室中的初始压力）声。。②开启测量室 与参考室之问的阀门，向两室内充人表压为户 的空气。⑧关闭测量室与参考室之间的阀门，通过接在系统 上的放气阀，将测量室中的气压泄至户。，然后关闭放气阀。④开启测量室与参考室之间的阀门，待两室的压 力平衡后，测出其压力值 （表压）。根据波义耳定律可知 （户 十户ｏ） Ｒ＋户ｏＶ 一（户ｚ＋户ｏ）（ＶＲ十 ） 被检系统的有效容积 为 Ｖ ：（Ｐ 一声 ）ＶＲ／Ｐ （６） ３ 结 论 采用差压测量法对被检系统进行总漏率测试时，仍然要考虑环境温度变化对压力测量的影响 ］。在测试 过程中，若环境温度变化引起参考室与测量室之间的温度变化不一样，即出现温度差△丁≠０时，要获得系统 的总漏率Ｑ 的值，其△ｐ值可按温度修正式（５）计算。若选用带有恒温装置的高精度电容薄膜规且环境温度 的变化不超过１＿Ｃ时，可以不考虑温度变化的影响。被检系统的有效容积 可按本文介绍的方法进行测量， 并按式（６）计算。 参考文献 ［１］ＲＯＢＥＲＴ Ｃ．ＭｃＭａｓｔｅｒ．Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｈａｎｄｂｏｏｋ［Ｍ］．（ｓｅｃｏｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏ１．１ Ｌｅａｋ ｔｅｓｔｉｎｇ，１９８２．２２２ ［２］ 肖祥正．泄漏检测技术［Ｍ］．北京：航空航天无损检测人员资格鉴定委员会，２０００．
