Газоаналитический метод определения мест течей

 

Для определения места течи чаще всего реализуется способ щупа, суть которого состоит в том, что в изделие под давлением подается гелий, за счет перепада давления гелий перетекает по каналу течи и формирует над поверхностью изделия концентрационное поле. Затем эта поверхность сканируется щупом с целью определения концентрации пробного газа путем отбора пробы щупом и транспортировки ее по капилляру к камере течеискателя. Чувствительность и достоверность испытаний этим способом зависит от скорости перемещения щупа, расстояния между щупом и течью. При локализации способом щупа следует выделить задачи выявления малых и больших течей. Так смещение щупа от течи величиной 3,510-8м3Па/с на расстояние 0,5 мм снижает чувствительность в четыре раза. Это связано с тем, что на позиции контроля присутствуют потоки воздуха, которые разбавляют анализируемую пробу до концентрации пробного газа, присутствующего в атмосфере, снижая порог чувствительности. Скорость движения щупа должна быть не более 1,5 мм/с. Хаотические потоки воздуха, присутствующие на позиции испытания изделий, снижают точность определение мест течи с большими потоками. Так, например стандартное отклонение результатов измерении концентрации пробного газа в окрестности течи составляет 9 - 12 о для течей порядка 10-3м3Па/с и более. Ограниченные физиологические возможности человека накладывают непреодолимые препятствия на повышение эффективности процесса локализации течей. Поэтом локализация течей относится к наиболее трудоемким технологическим операциям, характеризуется низкой производительностью и достоверностью контроля. В связи с этим работы, связанные с повышением эффективности процесса локализации течей, выделяются в разряд наиболее актуальных. Перспективным направлением решения данной технической задачи авторы считают разработку мер по помехозащищенности концентрационного поля утечки пробного газа, разработку методик формализации дефектоскопического сигнала (ДС) и методов обработки формализованных параметров ДС с целью определения координат мест течей при заданной норме герметичности. Это даст возможность автоматизировать процесс локализации течей способом щупа.

Устранить воздействие потоков воздуха на формирование концентрационного поля утечки можно путем наложения на контролируемую поверхность изделия пористой мембраны. Исследования проводились с течью 1,б-10-3м3Па/с. Мембраны толщиной от 10 до 40 мм с открытой пористой структурой были изготовлены из поролона методом ретику-ляции. Порометрические характеристики материала мембран представлены в табл. 1.

Как показали проведенные исследования, влияние диаметра пор на помехозащищенность практически отсутствует, если выполняется условие H/D > б, где H - толщина мембраны; D - диаметр порового канала. При контроле сварного шва ширина и толщина мембраны должна соответствовать утроенной ширине контролируемой зоны сварного шва (с учетом ширины сварного шва и околошовных зон).

Экспериментально подтверждена правомерность выбора метода квазигомогенного приближения, которое основывается на регулярности усреднения концентрации при одинаковом масштабе усреднения, задаваемого радиусом усреднения в разных точках отбора, но на равном удалении щупа относительно течи. Снижение порога чувствительности происходит в результате уноса пробного газа от места расположения течи атмосферными потоками, наличие мембраны повышает порог чувствительности. В виду малого потока пробного газа через канал течи формирование концентрационного поля утечки в окрестности течи происходит за счет ее диффузии, следовательно, перенос пробного газа в мембране опишется уравнением диффузии АС = q8(P, P0), (1) где q - поток пробного газа через течь; S(P, P0) - 8-функция; А - оператор Лапласа.

Решение краевой задачи с граничными условиями (9c/9z)i 0 примет вид: С(р) = q/[D2jr,R(P, P0)], где С(р) - концентрация пробного газа в точке отбора пробы; R(P, P0) - расстояние от течи до щупа; D = Dae/T - коэффициент диффузии пробного газа в пористой мембране (Da - коэффициент диффузии пробного газа в атмосфере, е - пористость материала мембраны, T - извилистость порового канала в мембране).

Выбрав пористый материал с параметрами T = 1,5 и е = 0,4, можно увеличить концентрацию пробного газа в окрестности течи в 3,75 раза, а, следовательно, повысить чувствительность испытаний.

Определение места расположения течей реализуется двумя способами. Первый способ предполагает получение первичной дефектоскопической информации, т. е. распределение концентрационного поля пробного газа над контролируемой поверхностью изделия. Затем, обрабатывая полученный массив результатов измерения, два из которых соответствуют координатам отбора пробы, а третий указывает на величину концентрации пробного газа в них, определяют места расположения течей по выделению зон повышенной концентрации пробного газа. Второй способ предполагает линейное сканирование щупом поверхности изделия, и в случае наличия течи на выходе первичной обработки дефектоскопической информации формируется ДС в форме пика. Далее сначала производится формализация ДС путем определения его характерных параметров, а затем устанавливается соответствие результатов формализации ДС с координатами расположения течи.

Характер распределения концентрации пробного газа по траектории линейного сканирования щупа с разными расположениями течи иллюстрируется на рис. 1. Зависимости получены от течи 5-10-8 м3Па/с. Течь расположена в точке 0,1 м, скорость сканирования составляла 0,005 м/с.

Формализацию дефектоскопического сигнала можно осуществить по аналогии с описанием кривых распределения в теории вероятностей на основе определения центральных моментов n-го порядка: где t - текущее время; X(t) - дефектоскопический сигнал.

Пределы интегрирования устанавливаются по размерам поверхности контроля сварного шва (неразрушающий контроль) или по превышению первой производной дефектоскопического сигнала по времени производной фонового сигнала. Начальный нулевой момент характеризует площадь дефектоскопического сигнала: М0 = JX(t)dt, (4)

Первый момент указывает на время появления сигнала, по нему устанавливается место течи по пути движения щупа с учетом транспортной задержки: М. = (1/М0) J tX(t)dt. (5) 10

Второй центральный момент характеризует ширину пика: Н = (М2)1/2. (6)

Коэффициент асимметрии пика выражается через третий центральный момент: Е = М3 Н3. 3 (7)

Острота пика определяется эксцессом, по нему фиксируются параметры течей при суперпозиции концентрационных полей пробного газа от двух течей, близко расположенных друг от друга: G = (М4 Н4) - 3.

Помехозащищенность концентрационного поля утечки пробного газа с помощью пористых мембран уменьшает погрешность измерения места течи, но не влияет на погрешность, обусловленную флуктуацией фонового сигнала измерительной системой течеискателя, в результате чего формируются ложные пики. Фильтрация ложного пика на выходе с течеискателя производится по совокупности значений параметров его формализации. Формализованные параметры от течи имеют детерминированный характер, поэтому они взаимообусловлены, тогда как параметры от ложного пика имеют случайную природу. Вероятность того, что все формализованные параметры от ложного пика совпадут с параметрами дефектоскопического пика, очень мала. Следовательно, использование метода определения утечки по формализованным параметрам способствует повышению метрологических характеристик устройства для определения течи.

В результате проведенных исследований взаимосвязи координат расположения течи с формализованными параметрами ДС установлено, что место течи вдоль прямой линии сканирования может оцениваться по формуле или по изменению знака первой производной по времени от функции ДС; а расстояние от течи до прямой линии сканирования может оцениваться из отношения площади ДС, определяемой по формуле, к высоте пика ДС (рис. 2) или к стандартному отклонению значений ДС.

Разработанное методическое обеспечение газоаналитического метода контроля по способу щупа позволило повысить основные технические характеристики систем локализации течей. Апробация на масс-спектрометрическом методе контроля подтвердила правильность выбранного направления исследования. Эта методика была положена в основу автоматизации процесса локализации течей. Созданная автоматизированная система позволила исключить человеческий фактор, повысив тем самым достоверность контроля, вывести на боле высокий уровень метрологическое обеспечение процесса локализации течей, повысить чувствительность контроля и увеличить в 20 раз его производительность.



Просмотров: 1675

Дата: Пятница, 14 Сентября 2012

Новости