[發明專利]一種利用紅外成像技術檢測密封腔體泄漏的裝置及方法

有效

• 申請號: 200910069457.7
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101592544A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 陳乃克
• 申請（專利權）人: 博益（天津）氣動技術研究所有限公司
• 主分類號: G01M3/04
• 分類號: G01M3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及密封腔內氣體泄漏的檢測方法，特別是一種利用紅外成像技術檢測密封腔體泄漏的裝置及方法。

(二)背景技術

密封腔體泄漏檢測的方法多種多樣，例如在被測腔體中充入一定壓力的氣體(使用空氣作為介質)，然后通過壓力計觀察壓力降檢查是否有泄漏，其優點是方法簡單，但由于采用直壓檢測壓力降，分辨率較低，泄漏量較小時不易檢測，且檢測結果受環境溫度影響較大和不能確定泄漏點的具體位置。還有一種是差壓檢漏法，即將兩個完全相同的被測腔體(其中一個沒有泄漏)接在差壓壓力計兩端，然后往兩個被測腔體同時充入一定壓力的氣體，觀察差壓壓力計兩端壓力差變化，其優點是可以抵消環境溫度對被測腔體的影響，但是需要一個沒有泄漏的被測物，同時也不能確定泄漏點的具體位置。另外一種方法是將被測腔體浸入水中通過觀察氣泡檢查是否有泄漏，其優點是方法也較簡單且能知道泄漏點的具體位置，但不易精確計算泄漏量。其他的檢測方法還有氦質譜檢漏和氫氣檢漏，即通過將氦氣或氫氣以一定壓力充入被測腔體中，然后利用對氦氣或氫氣的敏感器件檢測是否有氦氣或氫氣從被測腔體中漏出，其優點是檢測精度高，但需要充入特殊的氣體且成本較高、工藝復雜。

(三)發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種方法簡單、成本較低、檢測誤差小、能迅速準確測定泄漏點和泄漏量的利用紅外成像技術檢測密封腔體泄漏的裝置及方法。

本發明的技術方案：

一種利用紅外成像技術檢測密封腔體泄漏的裝置，由氣源、過濾器、調壓閥、電磁閥、壓力傳感器、被測腔體、溫度傳感器A、溫度傳感器B、紅外熱像儀和控制系統組成，被測腔體有漏孔，氣源、過濾器、調壓閥、電磁閥和被測腔體通過管道串聯連接，壓力傳感器設置于電磁閥與被測腔體之間的管路上，被測腔體和控制系統分別設有用于測量被測腔體腔內溫度的溫度傳感器A和測量環境溫度的溫度傳感器B，壓力傳感器、溫度傳感器A、溫度傳感器B和紅外熱像儀通過導線分別與控制系統連接。

所述利用紅外成像技術檢測密封腔體泄漏的方法為：充氣后使被檢測裝置達到熱力學平衡狀態，即單位時間內漏孔周圍材料釋放給氣流的熱量與其向周圍大氣吸收的熱量相等，則泄漏點即可通過紅外熱像儀檢測到的溫度下降的位置來確定；而泄漏量的測量和確定按以下步驟進行：

1)根據被測物的耐壓范圍，通過氣源、過濾器和調壓閥向被測腔體內充入壓縮空氣；

2)根據所成像大小的要求調整紅外熱像儀和被測漏孔之間的距離，為30～50cm；

3)等待壓力傳感器、溫度傳感器A、B示數以及紅外熱像儀上所顯示漏孔周圍因溫度降低所形成的黑斑區域形狀穩定；

4)由紅外熱像儀向控制系統傳輸沿著黑斑徑向的溫度分布測量數據；

5)控制系統根據上述溫度分布測量數據進行計算來確定其泄漏量并顯示結果。

本發明的工作原理：當被測腔體中充入一定壓力的氣體后，如果被測腔體有泄漏，由于漏出氣體膨脹吸收了漏點周圍的熱量，使被測腔體泄漏點周圍的溫度降低，且泄漏量越大則吸收熱量越多，溫度下降越大；由于紅外成像技術能夠感知到溫度的微小變化，因此可以容易地測得泄漏點位置，顏色梯度轉化為溫度梯度后可以準確地得出該區域的溫度場。從另外一條獨立的途徑，泄漏過程的熱模型可以根據相關理論建立，根據這一模型，只要輸入工藝參數(被測腔體的厚度、材料的熱物性參數、測試壓力的大小、充入被測腔體的氣體介質的種類以及熱物性參數、材料和周圍環境溫度)，便可以計算出該區域的溫度場，通過對測量的溫度場和計算的溫度場進行比較可以確定氣體泄漏量。

泄漏量確定的計算分析：

一、泄漏量理論值的計算方法

1)控制方程

漏孔深即被測腔體的壁厚設為L、孔徑設為r₁、溫度影響半徑設為r₂、氣體出口的體積漏量為q_v、溫度為T₀、周圍大氣溫度為T_a、被測腔體初始溫度為T_m、設定漏孔深方向為z向、徑向為r向。

以漏孔為控制體，根據熱力學第一定律：

Q+W+ΔH+ΔE＝0??????????(1)

其中：