Контрольные течи предназначены для проверки чувствительности, а также тарировки (градуировки) течеискательной аппаратуры и средств контроля герметичности.
При использовании контрольных течей, служащих для тарировки, обеспечивается получение потока той индикаторной среды, которая применяется при контроле герметичности или течеискании на данном объекте. В контрольных течах, служащих для проверки чувствительности и работоспособности, могут использоваться индикаторные среды, отличающиеся по составу и концентрации от индикаторных сред, применяемых на контролируемых объектах. Такие контрольные течи называются имитаторами.
Контрольные течи по конструктивному выполнению делят на регулируемые (с изменяемым потоком) и нерегу-... лируемые (с фиксированным потоком).
К контрольным течам предъявляют следующие требования: постоянство потока по времени, воспроизведение потоков после перенастройки (для регулируемых течей) и обеспечение наперед заданных величин в расчетном диапазоне, простота конструкции и изготовления, удобство применения в производственных условиях, портативность, автономность по индикаторной среде, удобство измерения потока индикаторной среды.
Контрольные течи состоят из проницаемого элемента, встроенного в герметизированный корпус, соединенного с источником индикаторной среды. Регулируемые контрольные течи дополнительно имеют устройство управления величиной потока. Принципиальная схема контрольной течи показана на рис. 1.
Регулирование потока индикаторной среды может быть осуществлено путем изменения перепада давления на проницаемом элементе при постоянной площади проходного сечения или путем изменения площади проходного сечения проницаемого элемента.
В качестве источников индикаторной среды для портативных переносных контрольных течей используются баллоны емкостью примерно 300—500 см3 [37]. Для стационарных контрольных течей емкость баллонов значительно больше (2000—3000 см3).. На баллоны с индикаторной средой устанавливают манометры с повышенным классом точности (0,4—0,5).
ПРОНИЦАЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ТЕЧЕЙ
Эксплуатационные характеристики контрольных течей во многом предопределяются типом установленного в нем проницаемого элемента. Проницаемые элементы бывают двух типов: с изменяемой площадью проходного сечения и с постоянной площадью проходного сечения.
Проницаемые элементы с изменяемой площадью проходного сечения могут быть с подвижными деталями и без них.
Под подвижными деталями проницаемых элементов понимают перемещающиеся детали, контактирующие с протекающей индикаторной средой.
Рассмотрим наиболее распространенные конструкции проницаемых элементов.
Проницаемые элементы с постоянной площадью проходного сечения. К таким элементам относятся:
-
1. Диафрагма из кварцевой пластинки, применяемая в нерегулируемых контрольных течах [37] на потоки не более 10~4 ——Отверстия в кварцевых пластинках диаметром 3—4 мкм получают с помощью лазера.
-
2. Капиллярная щелевая металлическая трубка, применяемая в контрольных течах с регулируемым потоком при изменении перепада-давления на капилляре. При использовании таких элементов допускается применение высокого давления индикаторной среды. Материалы, применя-
емые для трубок, — алюминиевые сплавы, медь, нержавеющая сталь. Капиллярнующельполучают путем сплющивания цилиндрического канала 00,5—0,8 мм. Длина сплющенной части канала 5—10 мм. Такие проницаемые элементы используют для контрольных течей с минимальным потоком 1—10 —- , изготовлен-
с ’
ные из материалов Д16Т, АМГ-2, Х18Н10Т, показанные на рис. 2, авторы испытывали в течение одного года на стабильность и воспроизводимость величины потока по воздуху. Отклонения от начальной величины потока составляли ±5% и не превышали погрешности измерения потока.
-
3. Стеклянный капилляр. Такой капилляр достаточно
прост в изготовлении, но требует осторожного обращения из-за высокой хрупкости. Потоки через стеклянные капилляры стабильны. Такие проницаемые элементы применяют в нерегулируемых контрольных течах с потоками 10~5—10~7 мм . Изготовление стеклянных капилляров
описано в соответствующей литературе [31].
-
4. Пористый проницаемый элемент. В качестве пористых материалов для проницаемых элементов контрольных течей применяют серый чугун марки ЛК для получения натеканий порядка 10—10~зМ '-^кПа [20], керамику, стеклянные пористые пластины, полученные путем спекания. Стеклянные пористые пластины (фритты) выпускаются промышленностью, с самой раз
нообразной величиной пор. На рис. 3 показан проницаемый элемент для индикаторного газа — фреона. Пластинка из серого чугуна впаяна серебряным припоем в торец латунного корпуса, уплотнена свинцовой прокладкой с помощью гайки, в которой предусмотрено небольшое отверстие для выхода индикаторного газа.
-
5. Диффузионные проницаемые элементы. В таких проницаемых элементах используют газопроницаемость твердых веществ. При наличии перепада давления газ диффундирует в соответствии с законом диффузии Фика.
В качестве проницаемых элементов используют металлы, полупроводники, стекло и полимеры. Максимальной проникающей способностью через металлы (особенно че-
рез палладий) обладает водород; кислород хорошо проникает через серебро. Сквозь полупроводники (в частности, германий и кремний) проникают водород и гелий. Скорость проникновения водорода пропорциональна давлению в степени 1/2. Проницаемость аргона и неона через полупроводники неизмеримо мала. Сквозь стекло проникают гелий, водород, неон, аргон, кислород. Все газы легко проникают через полимеры. Скорость диффузии газов через стекло и полимеры пропорциональна давлению.
Для контрольных течей применяют “ диффузионные проницаемые элементы из кварцевого стекла и резины (для гелия); палладия (для водорода); серебра (для кислорода). При использовании палладиевых и серебряных диффузионных элементов их следует подогревать, поэтому усложняется их применение. При диффузионных проницаемых элементах обеспечивается получение наименьших стабильных потоков индикаторных газов в контрольных течах.
Проницаемые элементы с изменяемой площадью проходного сечения без подвижн ых деталей. К ним относятся:
-
1. Щелевые трубки с изменяемой кривизной.
-
2. Элементы, выполненные из материалов, обладающих различными температурными коэффициентами расширения. Такие элементы выполняют в виде втулки, внутри которой находится стержень. Различие температурных коэффициентов расширения втулки и стержня при нагреве приводит к изменению величины кольцевой щели между ними. Конструкция такого элемента схематически показана на рис. 4.
Проницаемые элементы с изменяемой площадью проходного сечения и подвижными деталями. Применяется много различных конструкций с подвижными деталями в паре типа «втулка —стержень» или «седло—клапан». Упомянутые пары могут иметь цилиндрическую, коническую или сферическую сопрягаемую поверхность. Конические пары бывают с резьбой на конусе, цилиндрические — со спиральной канавкой на стержне. Различные типы сопрягаемых пар показаны на рис. 5.
Проницаемые элементы с подвижными деталями, имеющие пары «втулка—стержень» или «седло—клапан», применяют в регулируемых контрольных течах. Стабильность и воспроизводимость величин потоков после перенастройки элемента незначительная, поэтому при использовании контрольных течей с такими элементами необходимо часто измерять величину потока индикаторного газа, особенно, если эти течи применяют для тарировки средств течеискания и контроля герметичности.
Основным фактором, определяющим стабильность и воспроизводимость потоков, является неконцентричность стержня и втулки. В работе Л. А. Залманзона [22] проведен анализ влияния неконцентричности расположения стержня во втулке (рис. 6) на характеристики щелевого ламинарного дросселя. Отношение расхода через дроссель при неконцентрическом расположении стержня и втулки 6Н к расходу при концентрическом их расположении G, если величина радиального зазора мала по сравнению со средним диаметром щели, имеет следующий вид:
он
Максимальное значение получается при е = 3. Из GH
формулы (47) следует, что величина зависит от отно-шения . При = 0,05 отношение ~ — 2,4. В рассматриваемом случае при изменении эксцентриситета е до величины, равной радиальному зазору 6, при постоянной площади проходного сечения происходит изменение расхода воздуха в 2,4 раза.
Из проницаемых элементов, показанных на рис. 5, наибольшей стабильностью и воспроизводимостью потоков обладает элемент, в котором канал образован спиральной канавкой с малым проходным сечением, выполненной на поверхности стержня, притертого к втулке.