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1、华中科技大学 硕士学位论文 气密检测系统温度影响研究 姓名：马林 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：杜经民 2011-01-13 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 在现代工业生产和日常生活中，气密检测技术已成为保证产品质量、节约能源、保 护环境中不可缺少的组成部分，而由于气体的特殊性质，使得温度对检测结果的影响很 大。本文针对上述问题建立了气体直压和差压检测系统数学模型，并通过仿真和实验分 析了环境温度等对系统检测结果的影响。 首先，根据气体动力学和热力学理论建立了容腔泄漏过程的数学模型。通过数值仿 真
2、分析了气体直压检测和差压检测过程中环境温度对容腔内气体的压力、 温度和容腔漏 率的影响，结果表明：利用直压检测法进行正压检测过程中，升温时容腔漏率下降速度 变慢，降温时容腔漏率下降速度变快。微泄漏情况下，容腔内气体温度恢复到环境温度 之前，差压检测法检测漏率比容腔实际漏率大；气体温度恢复到环境温度后，通过差压 检测法检测的漏率略小于容腔的实际漏率。容腔的容积、漏孔和检测压力越大，差压检 测法的计算漏率与被测容腔的实际漏率偏差越大。 其次，设计并建立了直压检测系统实验台，基于 LabVIEW 软件平台编制了系统控 制软件，对常温、升温和降温过程中环境温度对直压检测结果的影响进行了实验研究， 结果
3、表明：在微泄漏过程中泄漏对容腔内气体的温度影响较小。正压检测过程中，容腔 的漏率随容腔内气体压力的下降和温度的上升而减小；负压检测过程中，容腔的漏率随 容腔内气体压力和温度的上升而减小。在容腔内外温差变化较小时，容腔的等效传热系 数随容腔内气体温度的上升而下降，随容腔内气体温度的下降而升高。 最后，提出了一种基于检测压力和传热系数的容腔漏率计算方法，对比一般直压检 测法检测漏率分析了基于检测压力和传热系数的容腔漏率检测法的检测效果。 检测结果 表明：在容腔传热系数较小的情况下，基于检测压力和传热系数的容腔漏率检测法可以 明显减小环境温度对检测结果的影响。 本课题为深入研究温度对气密检测系统的影
4、响奠定了良好的理论与实验基础。 关键词：关键词：气密检测，压力，温度，漏率，传热系数 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Air leak detection technology is essential for products quality, energy saving and environment protection in modern industrial production processes and normal life. But for the nature of air the tem
5、perature has great effects on the testing result. The mathematical model of pressure-based air leak detection system is established in this study. The effects of temperature on testing results are analyzed based on simulation and experiments. Firstly, the mathematical model of leaking chamber is pre
6、sented based on the principles of gas dynamics and thermal dynamics. The influences of ambient temperature on the pressure, temperature and leak rate of chamber are analyzed using numerical simulation in pressure-based air leak detection. Simulation results show that the ambient temperature has grea
7、ter effects on the testing accuracy of direct-pressure-based air leak detection in testing smaller leak rate. The differential-pressure-based air leak detecting results are greater than the real leak rate of chamber before the recovery of air temperature and are smaller after the recovery of air tem
8、perature. The detection bias of differential-pressure-based air leak detection system is greater in larger volume, leak and higher testing pressure of chamber. Secondly, the direct-pressure-based air leak detection system is designed and established. The computer control software is also carried out
9、 based on LabVIEW software development platform. The experimental study on influence of changing ambient temperature on direct-pressure-based air leak detection results is proposed. The experimental results show that small leak of chamber has less influence on air temperature. The leak rate is decre
10、asing with air pressure decreasing and temperature rising in positive pressure-based leak detection. And the leak rate is decreasing with air pressure increasing and temperature rising in negative pressure-based air leak detection. The equivalent of heat-transfer coefficient is increasing with air t
11、emperature falling and decreasing with air temperature rising. Finally, a pressure and heat-transfer coefficient based air leak detection is proposed. And compared with normal direct-pressure-based air leak detection, the testing results are analyzed. The detection results show that this method can
12、decreasing the influence of ambient temperature in small heat-transfer coefficient chamber testing. The researches lay the foundation for further study of temperature effects in air leak detection. Key words: Air leak detection，Pressure，Temperature，Leak rate，Heat-transfer coefficient 独创性声明 本人声明所呈交的学
13、位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本
14、学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 气密检测技术现状气密检测技术现状 1.1.1 气密检测技术概述气密检测技术概述 在现代化的工业生产和日常生活中， 人们对产品的质量和性能提出了越来越高的要 求，而作为产品质量检测中的一项重要技术指标密封性，已成为各生产厂家关注的 重点。良好的密封性可以减小不必要的泄漏，节约能源，降低环境污染1。而密封性不
15、好引起的泄漏，将导致产品在使用过程中出现工作失灵，运行异常，寿命降低等问题， 并会降低系统效率，污染环境。据统计，我国工厂中的泄漏量通常占供应量的20-40%， 而管理不善的工厂甚至可能高达50%2, 3。因此，对产品密封性的检测显得尤为重要。 气密检测技术是一种利用气体对密闭容腔的密封性能进行测试的技术。 气密检测的 主要检测对象是被测产品上的通道漏孔，例如导管接头密封面上的划痕、阀门密封面上 的机械损伤、密封圈上的机械损伤、焊缝小孔、穿透性裂纹、材料本身的渗透性等等4。 漏率是气密检测中的主要性能指标， 指在规定条件下， 一种特定气体通过漏孔的流量5。 漏率的单位有kg/s，Pam3/s，
16、mol/s等，其影响因素主要有漏孔两端的压差，气体的分 子量和粘滞系数以及气体的温度。国际标准规定：在漏孔入口压强为1005kPa，出口 压强小于1kPa，温度为237的条件下，露点低于-25的空气通过漏孔的流量为标准 空气漏率。 气密检测设备已经广泛应用于生产和生活的许多领域， 例如汽车制造业、 水管部件、 石油设备、空调设备、工业用电气设备、通信设备、医疗器械、MEMS、食品包装等行 业6-10。国外对气密性检测技术的研究起步较早，上世纪五六十年代已经有不少关于气 密性检测方面的研究11-15，六七十年代就出现了一些从事气密检测的公司，现在发展比 较成熟的公司主要有德国JW Froehlich公司，法国ATEQ公司，日本COSMO公司，美国 USON公司，意大利Microctrol公司等等16-18。国内对气密性检测技术的研究起步较晚， 但随着我国现代工业的发展，已出现了一些从事气密性检测设备生产的公司，如合肥优 科、北京拓奇星、济南思明特、广州科腾、浙江三花集团、新科精密仪器
