玻璃毛细漏孔漏率的测量(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海市计量测试技术研究院 作者:王金锁; 许红; 唐景远;

一、概述

    随着科学技术的发展,特别是航天、制冷以及汽车制造等行业的发展,检漏技术越来越受到各行业的重视。特别是对检漏的要求更加定量化,例如在制冷行业对检漏要求在(0.5~20)克/年之间,相当于(10-5Pa.m3/s~3×10-7Pa.m3/s)。在该行业中大多采用两种检漏方法,其一卤素检漏仪检漏,其二氦质谱检漏。在检漏过程忠被测部件必须在模拟工作状态,即内充冷媒或氦气达到工作压力8kgf/cm2左右。

      要想检漏定量化必须用标准漏孔对检漏仪进行校准,该种标准漏孔必须能够满足范围要求而且必须可以承受大于8kgf/cm2的压力,目前最常采用的是一种玻璃毛细漏孔,国外厂商只提供给用户一条对特定气体的校准曲线,而并非是给出计算公式。我们通过一定的理论推导和试验验证得出了对不同的气体,以及不同大小的毛细漏孔的Q-P关系曲线。为在检漏过程中正确使用毛细漏孔提供了理论基础。

二、毛细漏孔工作原理和理论漏率

    毛细漏孔工作原理是将玻璃毛细管拉制一定的内径d和长度L,从而达到一定的流导。在一定的压差用下,在特定环境温度下对于特定的校准气体漏率Q一定。

    理论漏率计算,首先,很明显该管道L/D≥20属于圆截面长管道。气流状态包括湍流、粘滞流、分子流以及过流状态。因为湍流发生在压力和流量都比较大的条件下,因为该漏孔漏率比较小所以可以排除湍流状态。以下将按照Pl为大气压力和真空状态分析该漏孔的漏率理论计算公式。

    1.P1为大气压力时

    首先必须确定该压力下通过毛细漏孔的气流状态,以20℃的空气为例,对于0.1MPa差压下漏率范围(3×10-7Pa.m3/s~10-5Pa.m3/s)的毛细漏孔内径DP在6×10-4cm~1.5×10-3cm。在6.0×10-1cm.torr~1.5cm.torr,大于5.0×10-1cm.torr,所以符合粘滞流的条件。根据粘滞流状态下的圆截面长管道的流导公式(1),得到漏率计算公式为公式(2)。

    c=πD4/128ηL×P=πd4/128ηL×(P2+P1)/2•••••••••••••••••(1)

    漏率计算公式:

    Q=πD4/128ηL×P=πd4/128ηL×(P2+P1)•(p2-p1)/2=πD4/128ηL×(P22-P12)/2•••••••••••••••••(2)

    根据公式(2)有,一旦毛细漏孔固定D和L固定,特特定环境下对特定的校准气体η固定,所以该毛细漏孔的漏率仅和压力P2和Pl有关,既有以下公式(3)。

    Q=k•(P22-P12)/2•••••••••••••••••(3)

    1.2 P1为真空时

    毛细漏孔一端为真空时(压力小于lkPa)气流状态包括了粘滞流、分子流以及过度流状态,因为该状态十分复杂不能用一固定的公式进行理论计算,所以一般都经过试验方法得到并给出P-Q关系图。

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