随着世界汽车制造业的不断发展,人们对汽车的性能和寿命以及汽车零部件质量的要求也与日俱增,其中,很多汽车零部件对气密性的要求极为严格,目前这些零部件在生产线上的气密性检测大都采用差压式检漏仪。
如果采用将被测物浸入水中目测气泡的检漏方式难免会发生漏检,也无法保证被测物质量的稳定性,而利用差压式检漏仪不仅可以提高测试精度,确保检出不合格品,提高产品质量,而且可实现生产自动化,与氦检方式相比较,其费用更低,维修更方便,所以除了发动机及其相关部件之外,还被广泛应用于刹车、燃料系统等各种汽车零部件的泄漏检测。
以下例举的是一些需要进行泄漏检测的主要汽车零部件:
● 发动机及进排气装置:发动机整机、缸头、缸体、缸盖、气门、油盘、进气歧管、排气歧管;
● 燃料装置:化油器、喷油器、燃料过滤器、燃料管、燃料泵;
● 润滑装置:加油口盖、油泵、滤油器;
● 冷却/空调装置:散热器中部、水泵、空调压缩机、蒸发器;
● 刹车装置:制动泵、盘形制动器、副油箱、ABS;
● 驱动装置:变速箱、动力转向部件;
● 电气装置及其它:蓄电池、前照灯、括水器马达、水温传感器、冲击传感器、轮胎阀。
差压式检漏仪的工作原理和动作
差压式检漏仪通过给被测物和无泄漏的标准品加压,测出因被测物泄漏引起的与标准品之间的差压值,进行泄漏判断。使用标准品进行比较检测,可以通过标准品抵消或减小因稳定测试压力的时间过短而引起的测试误差,在短时间内实现高精度泄漏检测。
空气检漏仪的差压传感器具有检出感度高、耐压、耐用等特点,不仅可以进行合格与否的判断,还可以设定各项测试条件,此外还具有在批量生产线上与封堵设备进行通信的各项功能。以下以COSMO空气检漏仪LS-1842(图1)为例介绍其工作原理。
LS-1842由调压阀、差压传感器、压力传感器、气动阀和电磁阀等组成(图2)。工作时,首先由夹具夹紧并封堵被测物,检漏仪接收到起动信号后,打开气动阀AV1,开始给被测物和标准品加压(CHG行程)。加压一段时间后AV1关闭,接着AV2也关闭,此时被测物和标准品的空气回路被隔离,并在平衡行程(BAL时间)中稳定加压时产生压力波动。一旦有大泄漏,则在该行程中就会被测出,否则在检漏仪自动调零后,进入小泄漏的检出行程(DET时间),进行更高精度的泄漏检测。在DET时间结束时,如果测出的值在泄漏报警设定值以内,则判断为合格,否则为不合格,并向外部设备输出判断结果的信号。在完成排气之后,一个检测循环结束。
检漏仪应满足的条件
在各种环境的生产线上,对所使用的检漏仪有诸多要求。首先,为了保证高精度的测漏功能,差压传感器必须能稳定地检测出1Pa以下的微压,同时还必须具有在差压传感器单侧反复受到高压后仍能保持性能不变的耐压特性,而且这种差压传感器以及空气回路中的阀门必须保证不会因压力而引起轻微的容积变化和温差,因为这些因素都会导致测试误差而影响检测精度。更重要的是,即使检漏仪发生故障也不能把有泄漏的不合格品误判为合格品。由于检漏仪是在差压为零时开始判断被测物合格与否,此时检出行程中如果因阀门异常造成被测物和标准品的气道没有完全隔离,即使被测物有大泄漏,检测结果也仍然会误判为合格。因此对于生产线上的检漏仪,不仅对阀门性能要求非常高,同时还要求检漏仪本身必须具有反复自我诊断的功能,即被测物以及标准品通过检漏仪排气的同时,检漏仪自身要进行内部空气回路的清洁、气动阀以及传感器的动作检查、起动检漏仪时的初期检查等,其中,回路清洁功能可以防止因水、油等杂物的侵入而引起检漏仪故障或测试感度的变化。
泄漏和差压的关系
泄漏量和差压的关系如下面公式所示,在此公式中使用了一种被称为“等效内容积”的系数,它是指被测物和配管的内容积、检漏仪的内容积以及容积变化量的总和。
由公式可知,加压后的密封被测物发生泄漏时,因泄漏引起的压力变化(差压)与时间成正比,与被测物内容积成反比,所以测试压越高,泄漏量就越大,检测也就越容易,不过,温度的影响以及因测试压力引起的变形也越大,因此,通常情况下,没有变形影响时,应根据被测物实际所使用的流体和压力来设定测试压。
泄漏校正
为了将测得的差压换算成流量单位mL/ min,并在此流量单位下设定报警值,必须进行等效内容积Ve的计测。计测Ve的方法有两种:一种是泄漏标准器方式,另一种是容积变化方式。泄漏标准器方式是利用可以准确地发生一定泄漏量的泄漏标准器,根据其定量泄漏所产生的差压自动换算求得Ve。容积变化方式是让空气测试回路发生的容积变化并根据此时产生的差压计算求得Ve,在这种方式中,又分成内置ALC自动计测方式和手动操作LC方式。由于两种方式都可以任意设定容积变化量并能够在不同测试压下使用,因此适用范围很广,而且泄漏标准器以及ALC、LC 还可以在日常的感度检查中使用。图3所示是用于计测等效内容积的泄漏标准器。
标准器的选择和误差修正
通常,空气检漏仪采用无泄漏的被测物作为标准品进行比较测试,但也可以不用标准被测物而直接采用经过特别设计的标准器(见图4)作为标准品,这时,由于被测物和标准器的空气稳定特性不同,因此必须进行误差修正。COSMO的空气检漏仪具备了标准品自动取样修正和标准品误差修正预设值功能,可以自动求出修正值。通过这种功能,即使是多种内容积不同的被测物也可以共用一个标准器。标准器体积小,不占空间,也不会发生泄漏,可以长期可靠地使用。此外,它还可以根据被测物来调整内容积大小和形状。
对于周围温度变化等引起的测试误差,LS-1842还具备对其进行修正的功能。该功能根据修正界限值内的合格品的测试值计算出修正值,并从测到的原始数值中减去修正值后的差值作为泄漏量显示。
应用案例
● 变速箱的全自动检漏变速箱的检漏(图5)中,各个油道的测试压为200kPa,整个系统的测试压为50kPa。
● 发动机整机的泄漏检测发动机整机的泄漏检测(图6)中,水道、燃油道使用的是差压检漏仪,机油道使用的是流量测试仪。流量测试仪通过层流式流量传感器直接计测空气流量,适合泄漏量较大的测试,其测试压通常在10kPa以下。
● 发动机缸盖的全自动泄漏测试发动机缸盖的泄漏测试中,水道的测试压为200kPa ,油道的测试压为300kPa。判断为不合格的被测物和夹具一起下降,浸入水槽中,并发出警报通知操作人员确认泄漏部位。
● 进气歧管的泄漏检测进气歧管的测试(图7)部位是水道、气道和EGR。
● 水泵组件的泄漏检测装有叶轮的水泵组件检测(图8)时,测试压为50~100kPa,只有水泵壳体检测时,测试压为200~300kPa。泄漏极限为1~2mL/min。
COSMO空气检漏仪LS-1842的性能和规格
● 差压检测
最小显示0.1 Pa;精度保证范围0~±1000Pa;显示范围±999Pa;显示精度±5%of R.D(读取值)±1Pa;传感器耐压5 MPa(最大有25 MPa的规格)
● 频道数 32个(0~31)
● 误差修正功能标准品误差修正、温度修正、降低误差功能
● 泄漏校正功能容积变化方式、泄漏标准器方式
● 索引显示功能数据保存图表、合格品与不合格品的计数、时间显示
● 测试压力的选择
调压阀规格负压-100~4.9MPa(最大可制作16MPa测试压的规格)
电控调压阀规格负压-80 kPa~700 kPa
背景资料
1968年日本COSMO计器公司根据发动机的自动泄漏检测和高精度检测的要求,研究开发出作为替代传统的浸水目测气泡方式的差压式空气检漏仪。空气检漏仪不仅成本低,而且可实现自动泄漏检测并提高产品的质量。
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