BR112017005908B1 - Método para a calibração de uma câmara de teste - Google Patents
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Abstract
"DISPOSITIVO E MÉTODO PARA A CALIBRAÇÃO DE UMA CÂMARA DE PELÍCULA PARA A DETECÇÃO DE VAZAMENTOS", por tratar a invenção de um método para a calibração de uma câmara de teste que envolve um volume interno (20), desenhado como uma câmara de película (12) compreendendo pelo menos uma região de parede flexível (14, 16) e sendo conectada em um modo de condução de gás a um sensor de pressão (30) e a uma bomba de vácuo (26), e através de uma válvula de calibração (34) a uma câmara de calibração (36) que envolve um volume de calibração (37), compreendendo as seguintes etapas: evacuação da câmara de película (12); medição da diferença de pressão no interior da câmara de película (12); depois que a evacuação foi concluída, é realizada a conexão do volume de calibração (37) em um modo de condução de gás ao volume interno (20) da câmara de película (12) enquanto a alteração da pressão é medida, sendo que a pressão na câmara de calibração (36) é maior do que a pressão na câmara de película (12) antes da conexão à câmara de película (12). Um dispositivo correspondente é também revelado.
Description
[001] A presente invenção se refere a um método e a um dispositivo para a calibração de uma câmara de película para a detecção de vazamentos.
[002] Uma câmara de película consiste de uma forma especial de câmara de teste para o recebimento de um objeto de teste a ser testado quanto à sua estanqueidade. A câmara de película é caracterizada pelo fato de que pelo menos uma porção de parede é produzida de um material flexível (película). Um objeto de teste a ser testado quanto à presença de um vazamento é colocado no interior da câmara de película, e subsequentemente a câmara de película é evacuada. Durante a evacuação de uma câmara de película, o ar é retirado da câmara de película fazendo com que a parede flexível da câmara de película se molde contra o objeto de teste. Uma câmara de película particularmente adequada compreende duas camadas de películas que envolvem o objeto a ser testado e que se encontram conectadas entre si de uma maneira estanque a gases nas suas respectivas porções de borda. Durante a evacuação da câmara de película, a película é sugada contra o objeto de teste, exceto para os volumes mortos remanescentes. Com a utilização de um sensor de pressão, a característica de pressão é subsequentemente medida no interior da câmara de película na região externa ao objeto de teste. Se o gás escapar do objeto de teste através de um vazamento no objeto de teste, o aumento correspondentemente medido da pressão serve como uma indicação de um vazamento. A este respeito, a taxa de vazamento pode ser medida com base no aumento da pressão. Para este propósito, o volume da câmara de película, isto é, o volume interno envolvido pela câmara de película, deve ser conhecido. O volume da câmara de película existente após a evacuação depende da dimensão e do formato do objeto a ser testado. Os volumes mortos são formados quando a película não se molda adequadamente ao objeto de teste.
[003] A própria câmara de película emite gás para o interior do volume da câmara de película, por exemplo, por componentes gaseificados para fora da parede da câmara de película. Este fato provoca um aumento da pressão (aumento da pressão de compensação) no interior da câmara de película. O mencionado aumento da pressão de compensação e os volumes mortos da câmara de película influenciam a taxa total de vazamento. Este fato provoca um erro na determinação da taxa de vazamento. Convencionalmente, para evitar este erro, uma medição prévia com um objeto de teste estanque é realizada de maneira a detectar o aumento da pressão de compensação e os volumes mortos. A este respeito, os volumes mortos podem ser determinados apenas por uma calibração dependente do produto antes da medição real, se for o caso. Quando o objeto de teste é substituído, por exemplo em um teste de amostragem, ou quando o número de objetos de teste muda, uma calibração prévia dependente do produto se torna inexata.
[004] Um dos objetivos da presente invenção é o de revelar um método melhorado e um dispositivo aperfeiçoado para a calibração de uma câmara de película.
[005] O dispositivo de acordo com a presente invenção é definido pelas características da reivindicação 1. O método de acordo com a presente invenção é definido pelas características da reivindicação 5.
[006] Correspondentemente, o espaço interno da câmara de película, ou seja, o volume da câmara de película envolto pela câmara de película, encontra-se conectado em um modo de condução de gás com um volume de calibração envolto por uma câmara de calibração. Uma válvula de calibração encontra-se providenciada entre a câmara de película e a câmara de calibração, e por meio da mencionada válvula o caminho de transporte do gás entre a câmara de película e a câmara de calibração é fechado durante a evacuação da câmara de película. Após a evacuação da câmara de película e enquanto a mudança de pressão na película é medida pelo sensor de pressão, a válvula de calibração é aberta, sendo que, na abertura da válvula de calibração, a pressão no interior da câmara de calibração é mais alta ou mais baixa do que no interior da câmara de película evacuada.
[007] Depois que a válvula de calibração foi aberta, o gás flui da câmara de calibração para o interior da câmara de película (ou vice-versa), provocando um aumento ou uma queda brusca da pressão no interior da câmara de película. Esta alteração na pressão pode ser referenciada como um surto brusco de pressão. Neste caso, o surto de pressão é proporcional ao volume da câmara de película. No caso de uma câmara de película vazia, isto é, sem um objeto a ser testado, este representa todo o volume interno da câmara de película. Quando um objeto de teste se encontra contido na câmara de película, este representa o volume restante da câmara de película na região externa ao objeto de teste. Com base no surto de pressão é possível determinar exatamente o respectivo volume atual da câmara de película em cada medição e, consequentemente, a taxa de vazamento a partir do aumento da pressão. Uma medição prévia de calibração em separado já não é mais necessária neste caso.
[008] O volume de calibração deve ser tão grande que, dependendo do sensor de pressão utilizado, o surto de pressão possa ser bem medido. O volume de calibração deve ser de pelo menos 1/1000 e preferencialmente estar situado na faixa entre 1/200 e 1/100 do volume da câmara de película. O volume de calibração pode estar situado particularmente na faixa entre 0,5 cm3 e 1 cm3, sendo o volume da câmara de película de aproximadamente 100 cm3. Antes da abertura da válvula de calibração, uma pressão em torno da pressão atmosférica (de aproximadamente 1 bar) deve prevalecer no interior da câmara de calibração. Depois que a válvula de calibração foi aberta, isto resulta em um aumento de pressão perfeitamente mensurável de aproximadamente 10 mbar no interior da câmara de película.
[009] O volume da câmara de película pode ser determinado a partir da diferença entre a pressão existente no volume de calibração antes da abertura da válvula de calibração (preferencialmente a pressão atmosférica) e a pressão existente no interior da câmara de película depois que a válvula de calibração foi aberta. Esta diferença de pressão é dividida pela diferença entre a pressão existente na câmara de película depois que a válvula de calibração foi aberta e a pressão existente na câmara de película antes da abertura da válvula de calibração. O quociente destas duas diferenças de pressão é multiplicado pelo volume de calibração para possibilitar o cálculo do volume da câmara de película na região externa ao objeto de teste.
[010] Preferencialmente, o volume da câmara de película e o volume de calibração são dimensionados de tal maneira que a pressão existente na câmara de película após a abertura da válvula de calibração seja significativamente inferior à pressão existente no volume de calibração. Preferencialmente, a pressão na câmara de película antes da abertura da válvula de calibração deve ser menor do que no volume de calibração, pelo menos por um fator de 10. O volume da câmara de película pode então ser calculado a partir do quociente da pressão no volume de calibração antes da abertura da válvula de calibração e o surto de pressão (Δp) na câmara de película durante a abertura da válvula de calibração, multiplicado pelo volume de calibração. O surto de pressão na câmara de película durante a abertura da válvula de calibração representa a diferença de pressão da câmara de película após a abertura da válvula de calibração e a pressão da câmara de película antes da abertura da válvula de calibração.
[011] A taxa de vazamento do objeto a ser testado pode ser determinada a partir do aumento da pressão na câmara, provocado por um vazamento em um objeto de teste, apenas com base no volume interno conhecido da câmara de película. O volume da câmara de película de uma câmara vazia no estado evacuado é determinado preferencialmente por meio de uma calibração com a utilização de um vazamento de teste calibrado.
[012] Além disso, também é possível determinar a partir do surto de pressão medido, se a câmara de película está vazia ou se contém um objeto de teste. Um surto menor de pressão indica a presença de um objeto de teste na câmara de película, enquanto que um surto maior de pressão indica uma câmara de película vazia sem um objeto de teste, uma vez que os volumes mortos são maiores após a evacuação de uma câmara de película contendo um objeto de teste do que no caso de uma câmara de película vazia.
[013] Com base no surto de pressão e/ou com base no volume determinado da câmara de película (volume morto), também é possível obter conclusões sobre o formato, a dimensão e/ou o número de objetos de teste presentes na câmara de película.
[014] A descrição a seguir consiste de uma explicação detalhada de duas modalidades de execução da presente invenção com referência às figuras.
[015] Nas figuras: - a Figura 1 mostra uma ilustração esquemática da primeira modalidade de execução da presente invenção em um primeiro estado operacional; - a Figura 2 mostra a característica da pressão no primeiro estado operacional; - a Figura 3 ilustra a vista da Figura 1 em um segundo estado operacional; - a Figura 4 mostra a característica da pressão no segundo estado operacional; - a Figura 5 ilustra a vista da Figura 1 em um terceiro estado operacional; - a Figura 6 mostra a característica da pressão no terceiro estado operacional; - a Figura 7 ilustra a vista da Figura 1 em um quarto estado operacional; - a Figura 8 mostra a característica da pressão no quarto estado operacional; - a Figura 9 mostra uma ilustração esquemática da segunda modalidade de execução da presente invenção em um estado operacional; e - a Figura 10 mostra a característica da pressão no estado operacional da Figura 9.
[016] A descrição a seguir se refere a primeira modalidade de execução da presente invenção ilustrada nas Figuras 1 - 8.
[017] A câmara de película (12) é formada por duas camadas de películas (14, 16) que envolvem um objeto de teste (18) e que são conectadas uma à outra em um modo estanque a gases na porção da borda do objeto de teste. As camadas de películas (14, 16) envolvem um volume (20) da câmara de película no interior da câmara de película (12). Na Figura 1, o volume (20) da câmara de película consiste do volume no interior da câmara de película (12) na região externa ao objeto de teste (18).
[018] Uma linha de gás (22) conecta o interior da câmara de película (12) em um modo de condução de gás com uma bomba de vácuo (26) através de uma válvula de evacuação (24), com um sensor de pressão (30) através de uma válvula de medição (28), com a atmosfera circundando a câmara de película através de uma válvula de ventilação (32) e com uma câmara de calibração (36) através de uma válvula de calibração (34).
[019] A câmara de calibração (36) envolve um volume de calibração que é preenchido inicialmente com ar sob pressão atmosférica. A válvula de calibração (34) encontra-se inicialmente no estado fechado. Nas figuras, o estado aberto de uma válvula é representado por uma válvula ilustrada como um símbolo preenchido e o estado fechado de uma válvula é representado por uma válvula ilustrada como um símbolo não preenchido. No primeiro estado operacional ilustrado na Figura 1, a válvula de medição (28), a válvula de ventilação (32) e a válvula de calibração (34) encontram-se fechadas. Por outro lado, a válvula de evacuação (24) encontra-se no estado aberto. No primeiro estado operacional ilustrado na Figura 1, o objeto de teste (18) encontra-se na câmara de película fechada e hermeticamente estanque a gases, enquanto que a bomba de vácuo (26) evacua a câmara de película (12) através da linha de gás (22) enquanto a válvula de evacuação (24) se encontra no estado aberto.
[020] A Figura 2 ilustra a característica da pressão que ocorre na câmara de película (12) durante o processo de evacuação. Com a válvula de medição (28) aberta, o sensor de pressão (30) realiza a medição da característica da pressão da Figura 2. Na Figura 1, no entanto, a válvula de medição (28) é fechada durante a evacuação da câmara de película (12) para evitar danos ao sensor de pressão (30).
[021] A Figura 3 ilustra o estado operacional subsequente após a evacuação da câmara de película (12). A válvula de evacuação (24) se encontra no estado fechado (ilustrada como não preenchida) e a válvula de medição (28) se encontra no estado aberto (ilustrada como preenchida). O volume (20) da câmara de película hermeticamente fechada é conectado desta maneira ao sensor de pressão (30). De acordo com o ilustrado na Figura 4, o sensor de pressão (30) mede o aumento da pressão na câmara de película (12) ao longo do tempo. Este aumento de pressão pode resultar, por um lado, de um vazamento no objeto de teste (18) e, por outro lado, de uma pressão de compensação. O aumento da pressão de compensação consiste de um aumento de pressão não provocado por um vazamento no objeto de teste (18), mas por outros efeitos físicos tais como, por exemplo, moléculas de gás gaseificadas para fora da parede da câmara de película.
[022] Após a evacuação da câmara de película (12) (primeiro estado operacional) e da abertura da válvula de medição (28) (segundo estado operacional), a válvula de calibração (34) agora também se encontra aberta. Este terceiro estado operacional encontra-se ilustrado na Figura 3. O ar flui da câmara de calibração (36) através da válvula de calibração aberta (34) para o interior da câmara de película (12) através da linha de gás (22). Em função da grande diferença de pressão existente entre o vácuo na câmara de película (12) e a pressão atmosférica na câmara de calibração (36), a pressão na câmara de película (12) aumenta abruptamente depois que a válvula de calibração (34) foi aberta. Este surto de pressão (Δp) encontra-se ilustrado na Figura 6, e o mesmo é medido pelo sensor de pressão (30). O surto de pressão (Δp) representa a diferença entre a pressão (pG) na câmara de película (12) depois que a válvula de calibração (34) foi aberta, e a pressão (pF) na câmara de película (12) antes da abertura da válvula de calibração (34): Δp = (pG - pF)
[023] Uma vez que a quantidade total de gás na câmara de película (12) e na câmara de calibração (36) permanece a mesma antes e depois da abertura da válvula de calibração, a seguinte equação é verdadeira: pG (VF + VV) = pFVF + pVVV, onde PG: representa a pressão existente na câmara de película (12) depois que a válvula de calibração (34) foi aberta; VF: representa o volume (20) da câmara de película a ser determinado; VV: representa o volume de calibração (37) na câmara de calibração (36) (em uma faixa situada entre 1/1000 e 1/100 do volume da câmara de película sem um objeto de teste); e PV: representa a pressão existente na câmara de calibração (36) antes da abertura da válvula de calibração (34) (pressão atmosférica, de aproximadamente 1 bar).
[024] Com base no surto de pressão Δp = pG - pF, o volume (20) da câmara de película pode ser calculado como:
[025] Preferencialmente, mesmo após a abertura da válvula de calibração (34), a pressão existente na câmara de película (12) é significativamente inferior à pressão existente na câmara de calibração (36) antes da abertura da válvula de calibração (34), de tal maneira que pG << pV. Neste caso, a seguinte equação é válida em modo de aproximação para o volume (20) da câmara de película a ser determinado:
[026] Com base no surto de pressão (Δp), é portanto possível determinar o volume morto VF que ocorre entre as camadas de películas (14, 16) e o objeto de teste (18), após a evacuação da câmara de película (12).
[027] Após a medição, a câmara de película (12) e a câmara de calibração (36) são ventiladas por meio da abertura de uma válvula de ventilação (32) adicionalmente à válvula de calibração (34) que já se encontra aberta. Neste caso é obtido o estado operacional ilustrado na Figura 7.
[028] A descrição que segue se refere à segunda modalidade de execução da presente invenção ilustrada nas Figuras 9 e 10.
[029] A segunda modalidade de execução da presente invenção difere da primeira modalidade de execução apenas pelo fato de que a parede (38) da câmara de calibração (36) apresenta um vazamento de teste (40) com uma taxa predefinida de vazamento. O vazamento de teste (40) consiste de um vazamento de teste capilar. Após um surto de pressão (Δp), o vazamento de teste (40) provoca um aumento linear e adicional de pressão ilustrado no lado extremo direito da Figura 10, que pode ser utilizado para a calibração de todo o sistema. Deste modo, na segunda modalidade de execução da presente invenção, depois que o volume da câmara de película (20) foi determinado com base no surto de pressão (Δp), o aumento linear da pressão do vazamento de teste (40) pode ser utilizado para calcular exatamente a taxa de vazamento do objeto em teste. Uma vez que a taxa de vazamento do vazamento de teste (40) é conhecida, o gradiente do aumento linear de pressão provocado pelo vazamento de teste (40) possibilita calcular exatamente a taxa de vazamento do objeto de teste a partir do aumento da pressão como ilustrado na Figura 4, ou a partir do surto de pressão (Δp).
Claims (6)
1. MÉTODO PARA A CALIBRAÇÃO DE UMA CÂMARA DE TESTE que envolve um volume interno (20), a mencionada câmara de teste sendo desenhada como uma câmara de película (12) compreendendo pelo menos uma porção de parede flexível (14, 16) e sendo conectada em um modo de condução de gás a um sensor de pressão (30) e a uma bomba de vácuo (26), e através de uma válvula de calibração (34) a uma câmara de calibração (36) envolvendo um volume de calibração (37), o método compreendendo as seguintes etapas: evacuação da câmara de película (12); medição da característica de pressão ao longo do tempo no interior da câmara de película (12) depois que a evacuação foi concluída; caracterizado pelo fato de conectar o volume de calibração (37) em um modo de condução de gás ao volume interno (20) da câmara de película (12) durante a medição da característica de pressão, sendo que a pressão é medida antes de ser realizada a conexão de condução de gás para a câmara de película (12) e durante a conexão de condução de gás para a câmara de película (12), e no qual a pressão existente na câmara de calibração (36) antes da conexão à câmara de película (12) é mais alta ou mais baixa do que a pressão existente na câmara de película (12), de maneira que o volume (20) da câmara de película (12) é calculado como sendo:
onde VF: representa o volume (20) da câmara de película (12); VV: representa o volume de calibração (37); PV: representa a pressão existente na câmara de calibração (36) antes da conexão com o volume (20) da câmara de película (12); PG: representa a pressão existente na câmara de teste após a conexão com o volume de calibração (37); e PF: representa a pressão existente na câmara de película (12) antes da conexão com o volume de calibração (37).
2. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dimensão do volume de calibração (37) se encontra situada entre 1/1000 e 1/100 do volume (20) da câmara de película (12) e que uma pressão aproximadamente atmosférica prevalece na câmara de calibração (36) antes da conexão com a câmara de película (12).
3. MÉTODO de acordo com uma das reivindicações precedentes 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o volume (20) da câmara de película (12) é determinado com o objeto de teste (18) contido na câmara de película (12).
4. MÉTODO de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, com base no aumento da pressão medido após a conexão com o volume de calibração (37), é determinado se um objeto de teste (18) se encontra contido na câmara de película (12), o aumento da pressão sendo maior com o objeto de teste (18) contido na câmara de película (12) do que sem o objeto de teste (18).
5. MÉTODO de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, adicionalmente, o tipo, o formato e/ou a dimensão do objeto de teste (18) são determinados com base no volume (20) da câmara de película (12).
6. MÉTODO de acordo com uma das reivindicações 1 a 5 caracterizado pelo fato de que a câmara de calibração (36) é equipada com um vazamento de teste (40) com uma taxa predefinida de vazamento, a calibração do sensor de medição (30) sendo realizada após a determinação do volume (20) da câmara de película (12) com base no aumento da pressão na câmara de película (12) provocado pelo vazamento de teste (40).
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