電機(jī)控制器的氣密測試泄漏率計(jì)算

今天想聊下氣密性測試時的泄漏率和壓差的計(jì)算問題。通過搜索以及咨詢別人，關(guān)于IP67對應(yīng)的泄漏率標(biāo)準(zhǔn)的話，暫時無法通過計(jì)算和理論得來，可能有吧，但是目前不得而知。

于是通過之前的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，即設(shè)定一個泄漏率標(biāo)準(zhǔn)，然后做些樣品，將通過不同泄漏率標(biāo)準(zhǔn)測試的樣品，再拿去做IP67測試。最后得出一個壓差的變化速率經(jīng)驗(yàn)值：就是測試樣品的 壓差變化速率在3~5pa/s(介質(zhì)為壓縮空氣) 的時候，最終是能夠通過IP67測試的。由于壓差還與充氣壓力,腔體體積，時間等有關(guān)系，但是經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)基本滿足這個變化速率，可供參考。本文后面會基于這個數(shù)值做下泄漏率的換算。

目前大多數(shù)公司測試電控類產(chǎn)品主要通過壓差測量法。其原理就是基于被測件和標(biāo)準(zhǔn)漏孔之間的壓力差狀態(tài)對比。然后測試設(shè)備系統(tǒng)具有壓差和泄漏率的轉(zhuǎn)換能力，并與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進(jìn)行比較，從而判斷是否合格。下圖為一個壓差測量設(shè)備的原理圖：

01

泄露率計(jì)算公式推導(dǎo)

通過經(jīng)驗(yàn)我們假設(shè)了壓差變化速率在3~5pa/s時，產(chǎn)品能夠通過IP67的測試。接下來就需要知道如何通過壓差來推導(dǎo)出產(chǎn)品的泄漏率。

在之前的文章中，我們已經(jīng)知道了理想氣體方程：

PV=nRT

現(xiàn)在我們假設(shè)在進(jìn)行氣密檢測時的溫度T保持不變；同時對產(chǎn)品充入一定量的氣體，所以物質(zhì)的量n也是固定的量；R為氣體常數(shù)。

因此PV數(shù)值也是定量。

我們設(shè)定被檢測產(chǎn)品的腔體體積為V1，充氣結(jié)束時被充入的氣體總量為n總，標(biāo)準(zhǔn)漏孔端的氣壓為Ps，被測產(chǎn)品端的氣壓為Pt，這個時候的Ps=Pt。

然后經(jīng)過穩(wěn)壓和測試時間后，被檢測產(chǎn)品有部分氣體泄漏，設(shè)定泄露出去的氣體的量為n2，體積為V2，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓強(qiáng)為P0,；此時被測產(chǎn)品殘留的氣體的量為n1，氣壓為Pu。設(shè)泄露率為Q。

那么：

n總=n1+n2;

(式 2-1）

于是PtV1=PsV1=n總RT

(式 2-2）

n總=PsV1/RT

(式 2-3）

同理：

PuV1=n1RT

(式 2-4）

n1=PuV1/RT

(式 2-5）

n2=P0V2/RT

(式 2-6）

根據(jù)式2-1可得：

PsV1=PuV1+P0V2

(式 2-7）

那么V2=（Ps-Pu）V1/P0

(式 2-8）

因此泄漏率為：

Q=V2/t=(Ps-Pu)V1/P0t

(式 2-9）

Q的單位為ml/min,P0=1.013e^5pa。

令△P=(Ps-Pu), 壓差變化速率為δP=△P/t，因此式2-9可變化為：

Q=δPV1/（1.01310^5）=0.9910^-5δP*V1(ml/s)

(式 2-10）

將Q的式2-10的單位再換算成ml/min,于是得：

Q=0.9910^-5δPV160≈610^ -4 δP*V1(ml/min)

(式 2-11）

我們也可寫成常用的形式：

• Q=V （△P/P0）（60/T） *

其中Q為泄漏率，單位為ml/min;

V為被測產(chǎn)品腔體體積，單位為ml;

△P為壓降，單位為Pa;

T為測試時間，單位為s。

P0為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，等于1.013e^5pa。

02

案例計(jì)算

現(xiàn)在已知一個電控產(chǎn)品需要滿足IP67，而且其內(nèi)部腔體體積V為286ml；產(chǎn)品的整機(jī)測試壓力為57.2Kpa；檢測時間為20s；試定義產(chǎn)品的初始泄漏率標(biāo)準(zhǔn)。

解答：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)品滿足IP67時的壓降變化速率為3~5pa/s,因此根據(jù)式2-11可知：

Q≈610^ -4 δPV= 610^ -4* 3*286≈0.51ml/min;

Q≈610^ -4 δPV= 610^ -4* 5*286≈0.85ml/min;

因此初始的泄露率標(biāo)準(zhǔn)可定義在0.51~0.85ml/min。

03

其他相關(guān)信息分享

1.單位換算關(guān)系：

2.不同泄露測試方法比較：

3.等效泄漏率 ：****

4.氦檢泄 漏率與其他氣體泄漏率的換算關(guān)系 ： ****

寫在最后

在某些充氣壓力較小的情況下，比如3Kpa，此時就不適用3~5Pa/s的壓降變化率經(jīng)驗(yàn)值。因?yàn)楸旧須怏w壓力就小，所以壓降變化率自然也需要變小。

據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，這個值我所遇到的適用充氣壓力范圍為20~270Kpa。

如果超過或者小于上述的范圍，需要重新經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，找到合適的經(jīng)驗(yàn)值。