层流质量流量计在泄漏率检测行业的应用
小德喵喵 2021-5-14原创 仪器仪表
中文摘要
层流压差质量流量计的高重复性、低压损、微小流量测量等方面的优势是解决泄漏率检测行业难题的主要仰仗。
关键词
微流量泄漏率检测层流质量流量计

泄漏率检测又称气密性检测,是检测工件气密性或者流量通过性的一种测试。其应用非常广泛,主要涉及消费性电子产品、汽车零配件、军工、航空航天、医疗设备等行业。

目前气密性检测主要应用三种原理,即压力式、流量式、真空氦检;其中压力式又分为直压式和压差式。压力式目前检测能到泄露率在10^-3 pa*m³/s级,氦检能够检测到10^-3到10^-12 pa*m³/s级,传统的一些中低端行业用压力式检测设备比较多,价格相对比较便宜,厂家也很多。一些精密行业会选择真空氦检,但是价格贵很多,检测过程也相对来说也比较麻烦。与上两种类型的检测设备相比流量式检测设备的发展却一直不温不火。目前市面上在售的大多数流量式气密性检测设备能够检测的最小流量在0.1ml/min,而且很不稳定。所以可靠的流量式气密性检测设备目前市场空缺很大,主要依靠进口。

为什么国内目前流量式检漏设备发展这么滞后呢?首先我们要了解的是,微流量的测量和控制本来就是一个世界性的难题,国内传统的流量式气密性检测设备选配的核心传感器即流量传感器,它的精度、分辨率、重复性比较差,因此检测效果不如压差式的检测设备,因此很少有人去用流量式的检测设备,这也导致了很多厂家不愿意花时间和成本去研发这一类的设备。但随着产品工艺的提升,很多关键零配件需要测量准确的泄漏流量大小,因此,一些配套商开始慢慢接触中高端的流量式气密性检测设备,现在国内还没有一家企业可以生产标准化微流量气密性检测设备。这里的微流量通常指0.1SCCM以下。但国外这种流量式的检漏设备已经发展比较成熟了,价格也比较高,因此国内厂家只能望洋兴叹。

这里大家也大概能看出解决问题的核心就是传感器的问题。我们调研过国内大部分做气密性检测设备的厂家,他们也做流量式的检测设备,但是往往厂家为了降低成本,选用性能比较差的流量传感器,这种以成本牺牲性能的方式导致流量式气密性检测设备的性能一直处于比较落后的地位。

流量式气密性检测设备的核心传感器到底应该怎么选用呢?

首先看重复性,即稳定性。流量检测的准确性是非常重要的一个环节。我们都知道气体的体积有热胀冷缩的特点,因此在不同换测试环境下,同一个被检件所测得的泄露流量会随着环境温度和气压的变化而变化。特别是在微流量检测中,本来就微小的流量通过热胀冷缩会直接导致不合格件变为合格件,不合格件变为合格件的情况。而这里就必须要提到层流压差质量流量计。层流压差质量流量计在微流量测量方面优势非常显著,这需要从其设计原理来分析。流体的运动原理大家都知道,即便是再小流量的气体流过一段管道,管道的前后端都会有一个压力差,只要传感器的灵敏度和精度足够,就能捕捉到压差值。根据层流压差质量流量计的原理(哈根泊肃叶定律),有了压差就能计算体积流量。层流压差质量流量计内置的温度、压力传感器,能根据工况自动将工况体积流量修正为标况体积流量(我们的标况一般指1个大气压,20℃)。因此,同样的泄漏点层流压差质量流量计在不同测试环境下测得的标况体积流量是一个稳定值,这极大提高了检测的重复性精度。

其次,看检测时间长短。一些进口品牌的热式质量流量计也能够检测出微小流量,如0.5SCCM,但是检测时间比较长,这种情况极大降低检测效率。层流压差质量流量计低压损的产品可以很好解决这个问题,通过实验证明能极大提升检测效率。

最后,在微小流量的测量方面。热式质量流量计目前很难测得极微小流量,这个跟其设计原理(热传导原理)有很大关系。我们都知道热式质量流量计靠加热毛细管获得功率差来标定体积流量,流量越小需要毛细管越细,现在毛细管已经基本上细到极致了,因此在微小流量测控领域很难再有所突破。但层流压差质量流量计具有比较明显的优势,层流压差质量流量计能够精确检测到0.001SCCM的流量,同时,误差能控制在1%RD(读数误差)-0.2%FS(满量程误差)。故在正压情况下利用层流压差质量流量计可以做到10^-5 pa*m³/s级的泄漏率检测。

    从我们目前就市场的了解来看,随着国内零配件、传感器在性能方面的提升,越来越多的企业愿意花费时间和成本去研发高端设备,解决国外高端检测设备在国内的市场垄断地位。就泄漏率检测行业来看,层流压差流量传感器的推广是一个必然趋势!


来自:仪器与装备 / 仪器仪表
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