CN106716097A - 用于校准用于泄漏检测的薄膜腔的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于校准测试腔体的方法，所述测试腔体包围内部容积(20)，被设计成包括至少一个柔性腔壁部分(14、16)的薄膜腔(12)，并且被以气体传导方式连接到压力传感器(30)、连接到真空泵(26)、还通过校准阀(34)连接到包围校准容积(37)的校准腔体(36)；所述方法包括以下步骤：抽空所述薄膜腔(12)；测量所述薄膜腔(12)内的压力差；在所述抽空操作已经完成后，在测量压力变化的同时以气体传导方式将所述校准容积(37)连接到所述薄膜腔(12)的内部容积(20)；其中在到达所述薄膜腔(12)的所述连接操作之前，所述校准腔体(36)中的压力大于所述薄膜腔(12)中的压力。一种相应的装置也被公开。

Description

用于校准用于泄漏检测的薄膜腔的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于校准用于泄漏检测的薄膜腔的方法和装置。
背景技术
薄膜腔是测试腔体的一种特殊形式，用于容纳待进行密封性能测试的测试目标。所述薄膜腔的特征在于以下的实际情况：至少一个腔壁部分由柔性材料(薄膜)制成。将要被测试是否存在泄漏的测试目标被放置在所述薄膜腔内部，且所述薄膜腔随后被抽空。在抽空所述薄膜腔的期间，空气器被从所述薄膜腔中抽出，从而导致所述柔性的薄膜腔腔壁紧贴到所述测试目标上。一种特别合适的薄膜腔包括两个薄膜膜层，它们包围所述测试目标并且在它们的边缘部分以气密的方式被彼此连接。在抽空所述薄膜腔的期间，除了残留的死区容积之外，所述薄膜被吸附在所述测试目标上。通过压力传感器，所述压力特性随后在处于所述测试目标之外的区域中的所述薄膜腔内被测量。如果气体通过所述测试目标中的泄漏处从所述测试目标中逸出，相应的被测得的压力增量就被用作泄漏的指示。在这方面上，泄漏速率可以基于所述压力增量而被测量。为了这个目的，所述薄膜腔容积，也就是被所述薄膜腔包围的内部容积，必须是已知的。在抽空之后存在的所述薄膜腔容积取决于所述测试目标的尺寸和形状。当所述薄膜没有完美地紧贴到所述测试目标上时，就会形成死区容积。
所述薄膜腔本身例如通过从所述薄膜腔腔壁上进行脱气的元件将气体输送到所述薄膜腔容积中。这会导致所述薄膜腔内部的压力增加(即补偿压力增量)。所述补偿压力增量和所述薄膜腔的死区容积会影响整体上的泄漏速率。这就会导致对泄漏速率的判断发生错误。传统上，为了避免这类错误，使用密封的测试目标的预先测量会被执行，以便检测所述补偿压力增量和所述死区容积。在该手段中，即使存在死区容积，所述死区容积只有通过在实际测量之前的与产品相关的校准才能被确定。当所述测试目标被改变时，例如在抽样测试中，或者当所述测试目标的数量改变时，在先进行的与产品相关的校准是不够精确的。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于校准薄膜腔的改进的方法和改进的装置。
本发明的所述装置由权利要求1的特征限定。本发明的所述方法由权利要求5的特征限定。
根据本发明，薄膜腔的内部空间，也就是被所述薄膜腔包围的薄膜腔容积，被与由校准腔包围的校准容积以气体传导的方式连接。校准阀被设置在所述薄膜腔和所述校准腔之间，通过所述校准阀，所述薄膜腔和所述校准腔之间的气体传输通路在抽空所述薄膜腔的期间被关闭。在所述薄膜腔已经被抽空之后，并且在所述薄膜内的压力变化被压力传感器测量时，所述校准阀被打开；其中，当打开所述校准阀时，所述校准腔内部的压力高于或低于被抽空的薄膜腔内部的压力。
在所述校准阀已经被打开之后，气体从所述校准腔流动到所述薄膜腔中(反之亦可)，导致所述薄膜腔内部的压力突然增加或下降。这种压力变化可以被称为突然的压力冲击。所述压力冲击与所述薄膜腔容积成正比。在薄膜腔为全空，也就是没有测试目标的情况下，所述薄膜腔容积就是所述薄膜腔的完整的内部容积。当测试目标被容纳在所述薄膜腔中时，所述薄膜腔容积就是所述薄膜腔的在所述测试目标之外的区域中的剩余体积。基于所述压力冲击，在每次测量中由所述压力增量精确地确定相应的当前薄膜腔容积，并且从而确定泄漏速率，是可行的。在这种情况下在先的单独的校准测量不再被需要。
所述校准容积应该是较大的，从而使得根据使用的传感器，所述压力冲击可以被较好地测量。所述校准容积应该是所述薄膜腔容积的至少1/1000，并且优选地处于所述薄膜腔容积的1/200到1/100之间的范围内。在所述薄膜腔容积为大约100cm3时，所述校准容积可以特别地处于从0.5cm3到1cm3之间的范围内。在打开所述校准阀之前，接近于大气压的压力(大约1bar)将会在所述校准腔内占据主导地位。在所述校准阀已经被打开之后，这将导致所述薄膜腔中出现大约10mbar的可以被较好地测量的压力增量。
所述薄膜腔容积可以根据打开所述校准阀之前的所述校准腔内的压力(如上所述，优选为大气压)和所述校准阀已经被打开之后的所述薄膜腔内的压力之间的差值来确定。所述压力差值被除以所述校准阀已经被打开之后的所述薄膜腔内的压力和打开所述校准阀之前的所述薄膜腔内的压力之间的差值。由这两个压力差值算出的商数被乘以所述校准容积从而算出所述测试目标之外的区域中的所述薄膜腔容积。
优选地，所述薄膜腔容积和所述校准容积被限定尺寸，使得在所述校准阀已经被打开之后的所述薄膜腔内的压力明显低于所述校准容积内的压力。优选地，在打开所述校准阀之前的所述薄膜腔内的压力应该比所述校准腔内的压力低至少10倍。所述薄膜腔容积之后就可以根据由打开所述校准阀之前的所述校准容积内的压力和打开所述校准阀时的所述薄膜腔中的压力冲击Δp算出的商数乘以所述校准容积而被计算出来。打开所述校准阀时的所述薄膜腔中的所述压力冲击为所述校准阀已经被打开之后的所述薄膜腔的压力和打开所述校准阀之前的所述薄膜腔的压力之间的差值。
仅仅在薄膜腔的内部容积已知的基础上，所述测试目标的泄漏速率可以由所述腔体中的压力增量来确定，所述压力增量由测试目标中的泄漏引起。处于被抽空的状态下的空腔的薄膜腔容积优选地由使用已校准的泄漏测试手段的校准方法确定。
还有可能根据被测得的压力冲击确定所述薄膜腔是空的还是容纳有测试目标。较小的压力冲击表明了薄膜腔内存在测试目标，反之较大的压力冲击表明薄膜腔是空的，没有测试目标，因为在抽空容纳有测试目标的薄膜腔之后，死区容积比空薄膜腔的情况下更大。
基于所述压力冲击和/或基于被确定的所述薄膜腔容积(死区容积)，进一步得出所述薄膜腔中的测试目标的形状、尺寸和/或数量也是可能的。
附图说明
以下是参考附图的本发明的两个实施方式的详细描述。在所述附图中：
图1为处于第一操作状态下的第一实施方式的示意图；
图2示出了所述第一操作状态下的压力特性；
图3示出了处于第二操作状态下的图1的示意图；
图4示出了处于所述第二操作状态下的压力特性；
图5示出了处于第三操作状态下的图1的示意图；
图6示出了处于所述第三操作状态下的压力特性；
图7示出了处于第四操作状态下的图1的示意图；
图8示出了处于所述第四操作状态下的压力特性；
图9为处于操作状态下的第二实施方式的示意图；以及
图10示出了图9的所述操作状态下的压力特性。
下面的描述参考的是图1-8中示出的所述第一实施方式。
具体实施方式
所述薄膜腔12由两个薄膜膜层14、16构成，所述薄膜膜层14、16包围测试目标18并且在所述测试目标的边缘部分以气密的方式彼此连接。所述薄膜膜层14、16包围所述薄膜腔12的内部空间中的薄膜腔容积20。在图1中，所述薄膜腔容积20是所述测试目标18之外的区域中的所述薄膜腔12内部的容积。
气体管线22以气体传导方式将所述薄膜腔12的内部空间经由排气阀24与真空泵26连接、经由测量阀28与压力传感器39连接、经由通风阀32与环绕所述薄膜腔的大气连接、以及经由校准阀34与校准腔36连接。
所述校准腔36包围有校准容积，所述校准容积最初被处于大气压力下的空气充满。所述校准阀34最初是关闭的。在附图中，阀门的打开状态被用显示为被填充的符号的阀门来表示，而阀门的关闭状态被用显示为未被填充的符号的阀门来表示。在图1中示出的第一操作状态下，所述测量阀28、所述通风阀32和所述校准阀34被关闭。另一方面，所述排气阀24被打开。在图1中示出的所述第一操作状态下，所述测试目标18处于被气密性地封闭的薄膜腔中，同时当所述排气阀24被打开时，所述真空泵26通过所述气体管线22抽空所述薄膜腔12。
图2示出了在抽空期间在所述薄膜腔12中产生的压力特性。随着所述测量阀28打开，所述压力传感器30将会测量图2中的所述压力特性。然而在图1中，所述测量阀28在抽空所述薄膜腔12的期间是关闭的，以避免损伤所述压力传感器30.
图3示出了抽空所述薄膜腔12之后的后续操作状态。所述排气阀24被关闭(被显示为未被填充的)而所述测量阀28被打开(被显示为被填充的)。所述被气密性地封闭的薄膜腔容积20从而被与所述压力传感器30连接。如图4中所示，所述压力传感器30持续地测量所述薄膜腔12中的压力增量。所述压力增量可能一方面是由所述测试目标18中的泄漏引起的，而另一方面也可能是由补偿压力引起的。所述补偿压力的增量是一种压力增量，其并非由所述测试目标18中的泄漏引起的，而是由其他的物理效应例如以气态逸出所述薄膜腔腔壁的气体分子引起的。
在抽空所述薄膜腔12(第一操作状态)及打开所述测量阀28(第二操作状态)之后，所述校准阀34现在也被打开。该第三操作状态被示出在图3中。空气通过所述气体管线22从所述校准腔36经过打开的所述校准阀34流动到所述薄膜腔12中。由于所述薄膜腔12中的真空和所述校准腔36中的大气压力之间的巨大压力差异，在所述校准阀34已经被打开之后，所述薄膜腔12中的压力会突然增加。该压力冲击Δp被示出在图6中，并且被所述压力传感器30测量。所述压力冲击Δp为所述校准阀34已经被打开之后的所述薄膜腔12中的压力pG和打开所述校准阀34之前的所述薄膜腔12中的压力pF之间的差值：
Δp＝(pG-pF)
薄膜腔12中和所述校准腔36中的气体的总量在打开所述校准阀之前和之后都保持不变，因此以下的公式成立：
pG(VF+VV)＝pFVF+pVVV,
其中：
pG为在所述校准阀34已经被打开之后的所述薄膜腔12中的压力；
VF为待确定的所述薄膜腔容积20；
VV为所述校准腔36中的所述校准容积37(其处于不包含测试目标的所述薄膜腔容积的1/1000到1/100之间的范围内)；以及
pV为打开所述校准阀34之前的所述校准腔36中的压力(即大气压力，大约为1bar)。
基于所述压力冲击Δp＝pG–pF，所述薄膜腔容积20可以被根据所述压力冲击计算如下：
优选的，即使在打开所述校准阀34之后，所述薄膜腔12中的压力会明显低于打开所述校准阀34之前的所述校准腔36中的压力，从而pG<<pV。在这种情况下，对于待确定的所述薄膜腔容积20，以下的公式近似地成立：
基于所述压力冲击Δp，就可以确定在抽空所述薄膜腔12之后在所述薄膜膜层14、16和所述测试目标18之间产生的所述死区容积VF。
在所述测量之后，所述薄膜腔12和所述校准腔36被通过在打开所述校准阀34之外还打开所述通风阀32而排空。此处，图7中所示的操作状态被获得。
以下的描述涉及在图9及10中所示的第二实施方式。
所述第二实施方式不同于所述第一实施方式的地方仅在于所述校准36的腔壁38具有测试性的泄漏部40，其具有预设的泄漏速率。所述测试性的泄漏部40为毛细管形式的测试性泄漏部。在所述压力冲击Δp之后，所述测试性的泄漏部40引起图10中的最右侧所示的进一步的线性的压力增加，其可以被用来校准整个***。这样，在所述第二实施方式中，在所述薄膜腔容积20已经被根据所述压力增量Δp确定之后，所述测试性的泄漏部40的所述线性压力增量就可以被用来精确地计算所述测试目标的泄漏速率。由于所述测试性的泄漏部40的泄漏速率是一致的，由所述测试性的泄漏部40导致的所述线性压力增量的变化率就使得根据如图4中所示的压力增量或者根据所述压力冲击Δp来精确地计算所述测试目标的泄漏速率是可能的。

Claims (12)

1.一种用于测试目标(18)上的泄漏检测的装置，其包括：
薄膜腔(12)，其被设计为用于容纳所述测试目标(18)的具有至少一个柔性腔壁部分(14、16)的测试腔体；
压力传感器(30)，其以气体传导方式与所述薄膜腔(12)的内部容积(20)连接；
真空泵(26)，其以气体传导方式与所述薄膜腔(12)的内部容积(20)连接；
其特征在于：
所述薄膜腔(12)的内部容积(20)被通过校准阀(34)以气体传导方式与所述校准腔(36)连接，所述校准腔包围校准容积(37)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述校准容积(37)的尺寸为所述薄膜腔(12)的内部容积(20)的至少1/1000，并且优选为约1/100。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：通过通风阀(32)，所述薄膜腔(12)的内部容积(20)被以气体传导方式与外界的环绕所述薄膜腔(12)的大气连接。
4.如前述权利要求的任意一项所述的装置，其特征在于：所述校准腔(36)具有测试性的泄漏部(40)，其具有预设的泄漏速率。
5.一种用于校准测试腔体的方法，所述测试腔体包围内部容积(20)，所述测试腔体被设计成包括至少一个柔性的腔壁部分(14、16)的薄膜腔(12)，并且被以气体传导方式连接到压力传感器(30)、连接到真空泵(26)、还通过校准阀(34)连接到包围校准容积(37)的校准腔体(36)；所述方法包括以下步骤：
抽空所述薄膜腔(12)；
在所述抽空操作已经被完成之后，测量所述薄膜腔(12)内部的压力特性；
在测量所述压力特性时，以气体传导方式将所述校准容积(37)连接到所述薄膜腔(12)的内部容积(20)；其中在到达所述薄膜腔的所述气体传导连接被实现之前以及在到达所述薄膜腔的所述气体传导连接期间，所述压力被测量；并且其中在连接到所述薄膜腔(12)之前的所述校准腔(36)中的压力高于或低于所述薄膜腔(12)中的压力。
6.如前述权利要求所述的方法，其特征在于：所述校准容积(37)的尺寸处于所述薄膜腔容积的1/1000到1/100之间的范围内，并且在与所述薄膜腔(12)连接之前，近似于大气压的压力在所述校准腔(30)内占据主导地位。
7.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述薄膜腔容积(20)被计算如下：
V F = V V ( p v - p G ) ( p G - p F )
其中：
VF为薄膜腔容积(20)；
VV为校准容积(37)；
pV为与所述薄膜腔容积(20)连接之前的所述校准腔(36)中的压力；
pG为与所述校准容积(37)连接之后的所述测试腔体中的压力；以及
pF为与所述校准容积(37)连接之前的所述薄膜腔(12)中的压力。
8.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述薄膜腔容积(20)被计算如下：
V F &ap; V V p V p G - p F
其中：
VF为薄膜腔容积(20)；
VV为校准容积(37)；
pV为与所述薄膜腔容积(20)连接之前的所述校准腔(36)中的压力；
pG为与所述校准容积(37)连接之后的所述薄膜腔(12)中的压力；以及
pF为与所述校准容积(37)连接之前的所述薄膜腔(12)中的压力。
9.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于：所述薄膜腔容积(20)通过被容纳在所述薄膜腔(12)中的所述测试目标(18)被确定。
10.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于：基于与所述校准容积(37)连接之后的被测得的压力增量，确定测试目标(18)是否被容纳在所述薄膜腔(12)中；有测试目标(18)被容纳在所述薄膜腔(12)中时，所述压力增量大于没有所述测试目标(18)时的压力增量。
11.如前述权利要求所述的方法，其特征在于：另外，所述测试目标(18)的类型、形状和/或尺寸被根据所述薄膜腔容积(20)确定。
12.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于：所述校准腔(36)设有测试性的泄漏部(40)，其具有预设的泄漏速率；在根据由所述测试性的泄漏部(40)引起的所述薄膜腔(12)中的压力增量确定所述薄膜腔容积(20)之后，所述测量传感器(30)的校准被执行。
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