Автоматизация контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды

• Автор: Куленко, Евгений Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 192 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Контроль герметичности изделий по давлению1

1.2. Контроль герметичности изделий по разности давлений

1.3. Контроль герметичности изделий при равенстве давлений

в испытываемом изделии и эталонной емкости

1.4. Контроль герметичности изделий с использованием звуковых и ультразвуковых колебаний.

1.5. Автоматизация технологических процессов испытаний

на герметичность изделий

Выводы, цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ.
2.1. Наиболее распространенные известные способы и устройства контроля герметичности изделий
2.1.1. Известный пузырьковый камерный способ и устройство испытаний изделий на герметичность
2.1.2. Известный способ реализации манометрического метода испытаний изделий с использованием горизонтальной трубки
2.1.3. Типовая схема испытаний изделий на герметичность с использованием дифференциальных манометров
2.1.4. Основные недостатки наиболее распространенных способов и устройств испытаний изделий на герметичность и принятые пути их совершенствования
2.2. Статические характеристики горизонтальной трубки с
жидкостным поршнем устройств контроля герметичности изделий.
2.2.1. О максимальном диаметре горизонтальной трубки, при котором существует жидкостный поршень.
2.2.2. Касательные напряжения в ламинарном пограничном
слое горизонтальной трубки с жидкостным поршнем.
2.2.3. Расход газа через горизонтальную трубку при испытаниях изделий на герметичность
2.2.4. Проводимость и гидравлическое сопротивление горизонтальной трубки систем испытаний изделий
2.2.5. Статические погрешности контроля герметичности изделий горизонтальной трубкой по утечкам газа и
выбор объема эталонной емкости
2.2.6. Возможные перемещения жидкостного поршня
в горизонтальной трубке в установившемся режиме при испытаниях изделий различных классов герметичности
2.2.7. Запаздывание перемещения жидкостного поршня
в горизонтальной трубке при контроле герметичности изделий.
2.2.8. Определение объема утечек газа из изделия, которые вызывают начальное движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке, преодолевая силы поверхностного натяжения жидкости.
2.3. Исследование движения жидкостного поршня в
горизонтальной трубке устройств контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.
2.3.1. Дифференциальное уравнение движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке
2.3.2. Исследование передаточной функции движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке
2.3.3. Исследование влияния сил поверхностного натяжения различных жидкостей и сил вязкого трения на перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке
2.3.4. Исследование влияния перепада давлений на жидкостном поршне от утечек газа из изделия, который меньше по значению, чем перепад давлений, создаваемый силой поверхностного натяжения жидкости
2.3.5. Движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке
без учета инерционных сил и силы вязкого трения.
2.3.6. Контроль герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в устройстве
испытаний.
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ.
3.1. Разработка способа реализации гидростатического метода испытаний на герметичность с количественной оценкой утечек жидкости.
3.1.1. Необходимость совершенствования гидростатического метода испытаний изделий на герметичность
3.1.2. Контроль герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры или
горизонтальной трубки
3.1.2.1. Контроль герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры или горизонтальной трубки при равных давлениях
пробной жидкости и контрольного газа.
3.1.2.2. Контроль герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры или горизонтальной трубки при неравных давлениях
пробной жидкости и контрольного газа.
3.2. Устройство контроля герметичности изделий при периодических возмущениях пробной среды.
3.3. Разработка и расчет исполнительного устройства систем автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.
3.3.1. Известное исполнительное устройство создания возмущений по давлению при контроле герметичности изделий
3.3.2. Разработка схем исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления
пробной среды
3.3.3. Дифференциальное уравнение давления в сильфонном регулирующем органе при перемещении его
подвижной части .
3.3.4. Дифференциальное уравнение давления в сильфонном регулирующем органе, соединенным с изделием
3.3.5. Дифференциальное уравнение давления в сильфонном регулирующем органе, соединенным с изделием, горизонтальной трубкой и эталонной емкостью
3.3.6. Перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке в зависимости от перемещения подвижного торца сильфона регулирующего органа, соединенного с изделием, горизонтальной трубкой и эталонной емкостью
3.3.7. Выбор сильфона для исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления
пробной среды.
3.3.8. Выбор электромагнита для исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления
3.3.9. Передаточная функция электромагнита исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления
3.4. Математическое моделирование изделий, испытываемых на
герметичность жидкостью, как объектов автоматического управления.
3.5. Разработка систем автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.
3.5.1. Система автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием горизонтальных
трубок1
3.5.2. Система автоматизированного контроля герметичности изделий жидкостью с использованием горизонтальных трубок
3.5.3. Система автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием пузырьковой
камеры.
3.5.4. Система автоматизированного контроля герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры
Выводы.
4. СИНТЕЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АМПЛИТУДОЙ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ ПРИ КОНТРОЛЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
4.1. Функциональная и структурная схемы САУ амплитудой периодических возмущений давления пробного газа при контроле герметичности изделий устройствами с горизонтальной трубкой.
4.2. Передаточная функция управляемого процесса САУ амплитудой периодических возмущений давления пробного газа при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки
4.3. Построение частотных характеристик управляемого процесса и выбор передаточной функции регулятора САУ амплитудой периодических возмущений давления газа при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки
4.4. Переходные характеристики САУ амплитудой периодических возмущений давления газа с выбранным регулятором при контроле герметичности изделий
с использованием горизонтальной трубки
4.5. Частотные характеристики САУ амплитудой периодических возмущений давления газа с выбранным регулятором при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки.
4.6. Реализация выбранного дискретного регулятора для САУ амплитудой возмущений давления пробной среды в виде
импульсного И. С фильтра1
4.7. Установившиеся ошибки САУ амплитудой периодических возмущений давления газа с выбранным регулятором при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки
Выводы .
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ
5.1. Лабораторная установка автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды
5.2. Лабораторные исследования автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.
Выводы по пятой главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Трубки в этих индикаторах выполняются из металла, а чаще всего из стекла и имеют различный внутренний диаметр вплоть до капиллярных и различную толщину в зависимости от давления, при котором испытывают на герметичность изделия. Трубки с жидкостным поршнем располагаются горизонтально, жидкостный поршень перемещается вдоль горизонтальной оси и не создаст при перемещении на различных участках трубки разности давлении за счет своей массы. В этом состоит главное отличие измерительных трубок от жидкостных микроманометров и дифманометров, в которых часть жидкости поднимается на высоту, уравновешивающую измеряемое давление или разность давлений. В авторском свидетельстве СССР предложено устройство для контроля герметичности изделий, которое содержит эталонную емкость, источник контрольного газа, трубопроводы с запорными органами, предназначенные для соединения полости изделия и эталонной емкости между собой и с источником контрольной среды, измерительную трубку и индикатор. Измерительная трубка выполнена из металла с изолированными включающими и выключающими контактами, установленными внутри трубки. В трубке помещается поршень из токопроводящей жидкости. Индикатор положения жидкостного поршня в измерительной трубке снабжен двумя трансформаторами, двумя встречно включенными диодами в цепи, соединяющей вторичную обмотку первого трансформатора и второго трансформатора, транзистором, эмиттер и коллектор которого включены между средними точками. По смещению жидкостного поршня в измерительной трубке делают заключение о герметичности испытываемого изделия. Патент 3 США предлагает устройство контроля герметичности изделий с использованием пузырьковой камеры с волноводом, подключаемым к радару для подсчета числа пузырьков газа в жидкости пузырьковой камеры. В авторском свидетельстве 5 СССР представлено усовершенствованное устройство для контроля герметичности изделий с использованием прозрачного сосуда, частично заполненного жидкостью с опущенной в жидкость трубкой пузырьковой камеры, источника света и фотоприемника. Пузырьковая камера установлена между источником света и фотоприемником. В авторском свидетельстве 8 СССР в устройстве для контроля герметичности изделий с использованием пузырьковой камеры предлагается источник света и фотоприемник для учета воздушных пузырьков располагать так, чтобы оптическая ось источника света и фотоприемника проходила выше среза трубки пузырьковой камеры на некоторое значение. Это значение смещения обеспечивает учет пузырьков только после отрыва их от среза трубки. Основным недостатком устройств с горизонтальной трубкой и пузырьковой камерой является необходимость создания утечками пробной среды из изделия значительных перепадов давления в горизонтальной трубке или пузырьковой камере до начала смещения жидкостного поршня в трубке или появления пузырьков газа в пузырьковой камере. Это не позволяет проводить испытания изделий классов герметичности А и В. Важнейшим недостатком устройств с горизонтальной трубкой и пузырьковой камерой является то, что они не приспособлены к контролю герметичности изделий пробной жидкостью в соответствии с требованиями стандартов. В заявке 8 Франции предлагается способ и устройство обнаружения утечек воздуха при контроле герметичности изделий, которое отличается от известных тем, что содержит настроенные на одинаковую частоту передатчик и приемник ультразвуковых сигналов. Один на них установлен внутри контролируемого на герметичность изделия, а другой снаружи. Способ определения утечки газа в трубопроводах предложен в заявке 4 3. Японии . Согласно этому способу детекторами колебаний регистрируют энергию упругой волны, возникающей в месте утечки газа и распространяющейся по стенкам газовой магистрали. Детекторы прикрепляют к наружной стенке трубопровода на расстоянии 0 0 м один от другого. Резонансная частота составляет 3 кГц. Однако, эти и подобные способы используются для обнаружения мест утечек пробной среды из изделий и фактически не применяются при контроле герметичности изделий.