负压无损检测的原理及应用

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摘要：介绍了负压平衡法的检测原理及应用。

关键词：负压平衡法 无损检测

中图分类号：O659文献标识码： A 文章编号：

1.气体压力检测手段的特性

无损检测是设备常规检测的重要方法，利用气体压力检测容器的密封性主要有两种方法：正压法和负压法。

正压法的原理是利用气动系统将外界气体充入密封包装内，通过观察包装内部压力变化来确定包装的密封性。根据正压法原理制作的正压密封检测仪具有方便、直接的优点，但是气动系统存在着结露的问题，根据发生位置的不同，结露现象分内部结露和外部结露。

负压法的原理是将包装筒放置在密闭容器内，然后迅速抽真空，在抽真空时包装筒达不到完全泄露，停止抽真空动作后包装筒会继续泄露，从停止抽真空动作后的压力表变化来反映包装筒的泄露情况。

负压法与正压法相比，负压法具有以下优点：

1.破坏性小。不破坏弹药密封包装，保持了包装的完整性；

2.干扰性弱。避免了包装内部水汽凝结，减少了检测过程对包装内部环境的影响；

3.适应性强。对环境的适应性提高，可以不受环境条件的制约。

负压法具有方法简便、可靠性高、对产品密封包装没有损害的优点。

2.负压平衡法检测理论依据

负压平衡法检测方法的检测原理如下：

负压平衡检测方法是将被测包装筒装在密闭容器中。其结构示意图如下

检测的密闭容器包括平衡室、检测室、平衡阀。

理想气体状态方程的表现形式为：

………………………………(1)

式中P为气体压力；为气体体积；为气体的摩尔质量；为摩尔气体恒量, =82.05atmml/mol；为绝对温度。对上式进行全微分，可得：

…………… （2）

在定容、等温条件下：，因此

…………………………………..(3)

由（3）式可以看出，密闭容器中压力的变化，完全取决于气体质量的变化（气体质量的变化间接反映了容器内气体分子数量的变化）。密闭容器抽真空后压力值下降，其实质是容器内的气体分子数目减少。度量密闭容器的泄露程度，应衡量泄露的气体质量，而泄露的气体质量能以度量系统压力的方法计算出来。

（1）平衡室

平衡室的初始状态为：，可测，等于环境压力。 由气体状态方程可得：

…………………………(4)

b. 抽真空后的状态（平衡阀未打开）：

……………………………(5)

（2）检测室

a. 检测室内包装筒外气体初始状态：

……………………………(6)

b．打开平衡阀，将平衡室与检测室视为一个整体，状态为：

…………(7)

由上式可计算出值：

…………………………(8)

在不泄露条件下，欲使平衡压力为0.8atm，应将平衡室预抽的压力值为：

………(9)

若限制的最小值为0.1atm，可计算出与的关系为：

………………………(10)

（3）包装筒

包装筒室内气体初态为：

…………………………(11)

包装筒室泄露平衡后，将平衡室、检测室、包装筒室视为一个整体，其状态为：

……(12)

测出后，可算出值：

…………………………………(13)

在包装筒室不泄露的情况下，打开平衡阀后，平衡室气体质量的增加等于工作室气体质量的减少，即：，所以：。由此式解出值并代入（13）式，可得：

……………………………………(14)

泄露的气体质量为：

…………………………(15)

由（14）式解出值并代入（15）式，可得出包装筒室泄露气体质量与的关系为：

…………………………(16)

泄露的速率为：

………………………(17)

在不知道的情况下如何测量泄露的气体质量

…………………………(18)

式中为平衡压力的理论值，为实测的压力值。

在高压与高真空度的情况下与真实气体有较大误差，为此应限定平衡室预抽压力的最小值，暂定最小值为0.1atm（0.033atm～1atm为粗真空状态）。

以上分析中假定气体变化过程为等温过程，实际上气体状态的变化总会伴随有温度的变化，但在容器体积较大、测压时间间隔较长的情况下系统与环境能充分进行热量交换，因此可以忽略温度变化对测试的影响。

假定包装筒内压力为1atm。若包装筒不泄露，其压力应等于装配环境压力并随环境温度变化，但在不泄露的情况并不影响平衡室与工作室平衡后的压力；若包装筒已经泄露，则弹药筒内的压力等于环境压力，符合假设条件。

3.负压平衡法测试方法概述及应用

(1)．首先测出平衡室的体积。

(2)．将平衡室抽真空至值。

(3)．打开平衡阀，测出平衡后的压力值，并计算出此时工作室的气体体积。

。

(4)．确定不泄露条件下，欲使平衡压力为0.8atm，应将平衡室预抽的压力值

(5)．打开包装筒的密封盖，将平衡室的压力抽至由(9)式确定的值，打开平衡阀后，测出平衡压力值，由此可计算出包装筒内的气体体积与质量。

(6)．将以上测出的数据存储到计算机中，并作为程序编写的依据。

(7)．正常检测时，只需将平衡室预抽至由（9）式确定的压力值，将平衡阀打开，测出压力平衡后的压力值，即可判断该试样的密封状态。

根据负压无损检测原理制成的仪器可以在医药、食品、医疗器械、日化、汽车、电子元器件、文具等行业的包装袋、瓶、管、罐、盒等产品的无损包装检测领域得到广泛的应用。

4 主要参考文献

［1］《通用弹药质量监控规范汇编》

［2］《常规兵器弹药包装定型试验规程》