Устройство контроля герметичности изделий

 

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет испытывать полые изделия, например автотракторные теплообменники, газом на герметичность. Устройство контроля герметичности 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, параллельной зеркалу жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда. Согласно изобретению к концу магистрали, соединенному с эталонной емкостью и индикатором с подвижной перегородкой, подключен возбудитель периодических колебаний давления, вызывающих возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки индикатора, что позволяет повысить точность контроля герметичности за счет уменьшения влияния сил поверхностного натяжения жидкостной подвижной перегородки индикатора. 1 ил.

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

Известно устройство для контроля герметичности изделий (А.С. СССР №1552033, G 01 М 3/26, 1990), 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.

Однако это устройство имеет недостаточную точность контроля герметичности изделий из-за гистерезиса в перемещении подвижной перегородки индикатора - капли жидкости в трубке, связанного с силами поверхностного натяжения жидкости - подвижной перегородки индикатора, которые по проявляемой на практике физической сущности идентичны силам сухого трения.

Технический результат изобретения - повышение точности контроля герметичности за счет уменьшения влияния сил поверхностного натяжения жидкостной капли - подвижной перегородки индикатора.

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, к концу магистрали, соединенному с эталонной емкостью и индикатором с подвижной перегородкой, подключен возбудитель периодических колебаний давления, вызывающих возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки индикатора.

На чертеже изображена схема устройства контроля герметичности изделий.

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, параллельной зеркалу 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.

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 давления 20, создавая возвратно-поступательные движения подвижной перегородки 17 индикатора 16, и берут отсчет по вторичному прибору 19. 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. Испытывают изделие на герметичность в течение заданного промежутка времени и берут второй отсчет по вторичному прибору 19 о положении подвижной перегородки 17 при воздействии возбудителя периодических колебаний давления. О негерметичности изделия 6 судят по перемещению подвижной перегородки 17 индикатора 16 за время испытаний. Перемещение подвижной перегородки 17 измеряют датчиками положения 18 с вторичным прибором 19.

Отверстие 15 в нижней части трубки 5 предназначено для аварийного выравнивания давлений между эталонной емкостью 1 и изделием б, 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 сил поверхностного натяжения жидкости капли в трубке - подвижной перегородки индикатора путем сообщения подвижной перегородке вынужденных возвратно-поступательных перемещений (колебаний) во время измерений положения подвижной перегородки индикатора в процессе контроля герметичности изделий.

Индикатор с подвижной перегородкой обычно представляет собой трубку (стеклянную, пластмассовую), внутри которой расположен небольшой объем жидкости - капля жидкости. На жидкость действует поверхностное натяжение , Н/м, на границе жидкой и газообразной сред и создается капиллярное давление Р_К, Па. Это давление определяется по формуле Лапласа (Физический энциклопедический словарь / Под редакцией А.М.Прохорова. - М.: Советская энциклопедия, 1983, стр. 243 - Капиллярные явления):

где d_m - диаметр трубки (капилляра).

Перемещению этой жидкостной перегородки противодействует сила f_k, Н, которая равна площади сечения трубки (d²_m/4), м², умноженной на капиллярное давление Р_к, Па, то есть:

По физической сущности перемещение этой жидкостной перегородки в трубке аналогично эффекту сухого трения между двумя телами, контактирующими между собою, одно из которых перемещается относительно другого. Чтобы жидкостная перегородка в трубке начала движение, необходимо к ней приложить силу F_Д большую, чем сила F_К, то есть F_Д>F_k. Без учета возбуждаемых колебаний давления в эталонной емкости сила F_Д, Н, равна площади сечения трубки на разность давлений, приложенную к жидкостной перегородке со стороны эталонной емкости Р₁ и со стороны изделия Р₂:

При возбуждении в эталонной емкости 1 колебаний давления Р₁ от возбудителя 20 периодически изменяется Р₁ на значение Р₁, то есть в пределах от (Р₁-P₁) до (P₁+Р₁). Это значение изменения давления Р₁, умноженное на площадь сечения трубки индикатора (d²_m/4), создает дополнительную силу F_Д, приложенную к подвижной перегородке (капле жидкости) индикатора, для возвратно-поступательного перемещения подвижной перегородки. Формула (3) в этом случае принимает вид:

Сила

по абсолютному значению должна быть больше силы, создаваемой за счет поверхностного натяжения жидкости в индикаторе с подвижной перегородкой, то есть

Из выражения (6) с учетом формул (2) и (5) получим, что

Из выражения (7) следует, чтобы подвижная перегородка в индикаторе - капля жидкости в трубке совершила движение в одну или другую сторону необходимо к ней подвести от возбудителя колебаний давление, которое по отношению к давлению в изделии создает разность давлений Р₁ большую, чем давление Р_К, действующее на подвижную перегородку от сил поверхностного натяжения жидкости в трубке.

Чтобы сделать заключение о герметичности изделия, берут вначале и в конце испытаний два отсчета по крайним правым или крайним левым положениям перемещающейся возвратно-поступательно подвижной перегородки индикатора. То есть, если изделие 6 не герметично и имеются утечки газа из него в атмосферу, тогда контрольное давление Р₂ в изделии несколько уменьшается по сравнению с контрольным давлением в эталонной емкости Р₁, которое остается неизменным (ввиду существенно большего объема эталонной емкости по отношению к объему изделия, контролируемого на герметичность), и эта разность давлений (Р₁-P₂) в соответствии с формулой (3) и создает силу F_Д для перемещения подвижной перегородки индикатора от утечек газа из изделия.

Повышение точности контроля герметичности достигается за счет уменьшения действия силы F_k от поверхностного натяжения жидкости путем подвода периодических колебаний к жидкостной перегородке при взятии отсчетов по положению жидкостной перегородки в трубке в начале и в конце испытаний изделия на герметичность. Принимается, что уменьшение действия силы f_k от поверхностного натяжения жидкости происходит аналогично уменьшению влияния сухого трения от частоты колебаний.

Об уменьшении влияния сухого трения от частоты колебаний указывается в книге: Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических систем станков. М.: Машиностроение, 1976, стр.24, описание формул (2.5) и (2.6). На стр.26 отмечается, что “На осциллограммах перемещения золотника зависимость от частоты колебаний свидетельствует об уменьшении при увеличении частоты воздействий. Следовательно, ширина гистерезисной петли является функцией частоты колебаний...”. На рисунке 2.4 на стр.28 приведен график уменьшения “фазового сдвига () в зависимости от отношения амплитуды входного воздействия к половине зоны застоя...”. О том, что уменьшение фазового сдвига приводит к уменьшению зоны застоя, отчетливо видно из рисунка 2.2 на стр.25.

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, параллельной зеркалу жидкости, на угол, величина которого выбирается из условия сообщения открытых торцов трубок с воздушной полостью сосуда, отличающееся тем, что к концу магистрали, соединенному с эталонной емкостью и индикатором с подвижной перегородкой, подключен возбудитель периодических колебаний давления, вызывающих возвратно-поступательные перемещения подвижной перегородки индикатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1