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1、標(biāo)準(zhǔn)漏孔的組成

標(biāo)準(zhǔn)漏孔是測量漏率大小的尺子，是漏率定量測量的關(guān)鍵量具。所謂標(biāo)準(zhǔn)漏孔，就是人為制造的一種具有已知恒定漏率的裝置。它一般由漏孔元件、氣室、漏孔閥、充氣閥和連接件構(gòu)成，如圖1所示。 
 

圖1 漏孔的主要組件示意圖

1-充氣閥；2-氣室；3-漏孔元件；4-漏孔閥；5-連接件

漏孔元件是允許氣體從壓力相對高的一側(cè)進(jìn)人壓力低的一側(cè)的一種工藝裝置，它是標(biāo)準(zhǔn)漏孔的核心元件。對漏孔元件的要求:應(yīng)與所連接的系統(tǒng)相容;能安全、可靠、可重復(fù)地將氣流限制在所要求的水平;有剛性和耐久性;不怕堵塞和污染;只允許一種所要求的氣體通過。

氣室是向漏孔進(jìn)氣端提供氣源的裝置，它一般是具有固定容積的鋼制容器。對氣室的要求：供氣充足，以避免漏率隨時(shí)間而發(fā)生較大的變化;有充氣閥或能壓扁的管子;能對氣室進(jìn)行抽空和充氣。

漏孔閥是控制漏孔與所連系統(tǒng)氣流的裝置。漏孔閥關(guān)閉時(shí)，還可以保護(hù)漏孔元件免受來自所連系統(tǒng)或環(huán)境大氣的污染。 
  

連接件是與使用系統(tǒng)相連接的機(jī)構(gòu)。對連接件的要求：能與被接系統(tǒng)的接口匹配；具有氣密性，以減少漏孔與外部環(huán)境間的互漏。

2、標(biāo)準(zhǔn)漏孔的類型

根據(jù)漏孔元件的漏氣機(jī)制，標(biāo)準(zhǔn)漏孔可以分為滲透標(biāo)準(zhǔn)漏孔和物理標(biāo)準(zhǔn)漏孔兩大類。

（1）滲透標(biāo)準(zhǔn)漏孔

它是利用某些物質(zhì)對某種氣體有高的滲透性這一特性而制造的，其漏孔元件由玻璃、塑料、合成橡膠或金屬等材料制造，一般只能允許一種或幾種氣體通過。應(yīng)用最多的是滲氦型漏孔，它只能讓氦氣通過。它有一個(gè)封閉的或再充式的氣室，氣室中充有一定壓力的純氦氣。

（2）物理標(biāo)準(zhǔn)漏孔

它的漏孔元件是物理節(jié)流的漏氣通道，如金屬毛細(xì)管、拉伸的玻璃毛細(xì)管、金屬壓扁管、粉末燒結(jié)和微孔板等，所以又稱通道型標(biāo)準(zhǔn)漏孔。物理漏孔對所有氣體成分都能通過。因此，氣室中必須使用純氣體，以便得到所要求的氣體的漏充。

由于物理漏孔元件中的流動(dòng)狀態(tài)通常是未知的，因此要通過校準(zhǔn)的方法對壓力的影響進(jìn)行修正。在物理漏孔中，溫度變化不僅會(huì)引起漏孔元件的尺寸變化，同時(shí)還會(huì)引起氣室壓力變化和氣體粘度變化，這些變化都直接影響漏率。盡管與滲透漏孔相比，溫度變化對物理漏孔的漏率影響要小得多，但仍然建議通過校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)來確定溫度的影響。由于溫度變化會(huì)引起漏孔尺寸的不可逆變化而使漏率改變，因此漏孔需定期重新校準(zhǔn)。

另一個(gè)值得注意的問題是，使用帶固定氣室的物理漏孔時(shí)應(yīng)當(dāng)避免不需要的氣體通過漏孔元件反擴(kuò)散回氣室。如果漏孔元件下游進(jìn)入了大濃度無用氣體或漏孔暴露在大氣中，這種反擴(kuò)散就會(huì)很嚴(yán)重。

物理漏孔，特別是節(jié)流截面很小的漏孔，會(huì)因暴露在微粒、油、水及其他污染物中而被堵塞，因此物理漏孔上安裝漏孔閥是非常必要的。與滲透孔不同，物理漏孔在閥門打開后能很快建立穩(wěn)態(tài)漏率，一般只需幾秒種。

各種漏孔的特性，如表1所示。

表1 幾種漏孔的特性

3、滲氦型標(biāo)準(zhǔn)漏孔

滲氦型標(biāo)準(zhǔn)漏孔的漏孔元件一般由對氦氣有較高滲透能力的石英或玻璃管吹制成較薄的玻泡或玻管制成。滲氦型標(biāo)準(zhǔn)漏孔有一個(gè)封閉的或再充氣式的金屬或玻璃制造的氦氣氣室，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滲氦型標(biāo)準(zhǔn)漏孔

1-充氣閥；2-氦氣室；3-滲氦元件；4-漏孔閥；5-連接件

滲透標(biāo)準(zhǔn)漏孔的漏率與滲透元件的表面積、壓力差及滲透系數(shù)成正比，而與壁厚成反比。因此，選擇不同的石英或玻璃的厚度、面積和充入的氦氣壓力，就可制成不同漏率的標(biāo)準(zhǔn)漏孔。

溫度對滲透漏孔的漏率的影響是很大的，使用時(shí)必須對溫度進(jìn)行修正。對于大多數(shù)滲透漏孔而言，當(dāng)溫度變化后要達(dá)到穩(wěn)定的漏率約需幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間，這相當(dāng)于漏孔元件達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間，其漏率也隨溫度而強(qiáng)烈變化。因此，漏孔在校準(zhǔn)和使用之前必須先使溫度穩(wěn)定。

在給定溫度下，滲透漏孔的滲透率是與分壓力分?jǐn)?shù)差成正比的。一個(gè)滲透漏孔當(dāng)分壓力改變時(shí)需要幾天的時(shí)間來均衡漏率。它比溫度變化后漏率的均衡時(shí)間要長得多。

滲透型漏孔的優(yōu)點(diǎn)：對污染不敏感；長時(shí)間內(nèi)漏率穩(wěn)定；漏率可以做得很小。

滲透型漏孔的優(yōu)點(diǎn)：受溫度的影響很大；玻璃元件很脆，不能承受機(jī)械沖擊；溫度改變時(shí)需要幾個(gè)小時(shí)的平衡時(shí)間；能滲透的所體受滲透元件的限制；漏孔閥關(guān)閉一段時(shí)間后，會(huì)發(fā)生氣體積累，使?jié)B透飽和。這樣，打開閥門后，要達(dá)到穩(wěn)定漏率需要幾天時(shí)間，這與建立新的分壓力分?jǐn)?shù)梯度所需時(shí)間是一致的。因此，建議帶閥門的滲透漏孔在保存時(shí)要打開閥門。

4、真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔的校準(zhǔn)

真空標(biāo)準(zhǔn)漏孔的校準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上是微弱流量的測量問題。對于微弱流量的測量，一般有四種方法：標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法、參考漏孔比較法、標(biāo)準(zhǔn)流導(dǎo)法和壓力容積膨脹法。其中最常用的就是標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法。

標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法包括兩種方法：標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)比較法和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)直接測量法。

標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)比較法是將待測標(biāo)準(zhǔn)漏孔漏率與一基準(zhǔn)的氣體流量進(jìn)行比較的方法。它實(shí)際上是使用定壓變?nèi)菔搅髁坑?jì)進(jìn)行pΔV校準(zhǔn)的方法。它是將流量計(jì)的流量調(diào)定在大約與被測漏孔漏率相同的位置，分別從漏孔和流量計(jì)交替地向一真空容器中注入試驗(yàn)氣體。真空容器與質(zhì)譜儀相連。質(zhì)譜儀調(diào)整在與試驗(yàn)氣體種類相符的峰位上。定壓變?nèi)萘髁坑?jì)的氣體流量可以通過容積的變化量和恒定的壓力值來計(jì)算。

標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)直接測量法測試系統(tǒng)如圖3所示。先將校準(zhǔn)氣體注入恒壓式微流量計(jì)的變?nèi)菔抑校蛊溥_(dá)到某一選定的壓力p值。然后使經(jīng)過待校漏孔的待測流量流出（或流入）變?nèi)菔?，變?nèi)菔抑械臍怏w壓力發(fā)生變化。測控系統(tǒng)根據(jù)此壓力變化調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的活塞，即改變變?nèi)菔业娜莘e，使變?nèi)菔抑械膲毫謴?fù)到p值。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)直接測量法測試系統(tǒng)

為了精確測量和控制變?nèi)菔殷w積的變化率，變?nèi)菔医Y(jié)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)波紋管形式。當(dāng)測控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)活塞在密閉油室中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于經(jīng)真空處理后的液壓油的體積不變，所以活塞在油室中體積的變化率就等于變?nèi)菔殷w積的變化率。

4、標(biāo)準(zhǔn)漏孔的操作和使用

（1）標(biāo)準(zhǔn)漏孔的標(biāo)稱值都是在特定條件(進(jìn)氣端壓力、氣體、溫度)下的漏率值。使用時(shí)，除了溫度可以與校準(zhǔn)溫度不一致(但對漏率要進(jìn)行修正)外，其壓力與試驗(yàn)氣體應(yīng)與校準(zhǔn)時(shí)一致。不能用公式把某種壓力下對某種氣體的漏率換算成另一壓力下對另外氣體的"等效"漏率。

（2）標(biāo)準(zhǔn)漏孔接至系統(tǒng)后，要避免系統(tǒng)中的油蒸氣、水蒸氣及固體微粒進(jìn)人漏孔產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。如系統(tǒng)太臟，應(yīng)在系統(tǒng)與漏孔之間加防塵、過濾或擋油裝置。

（3）標(biāo)準(zhǔn)漏孔不使用時(shí)， 最好放人真空干燥箱內(nèi)妥善保存。

（4）標(biāo)準(zhǔn)漏孔使用過久漏率會(huì)發(fā)生變化，特別在較差環(huán)境下使用還可能產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，帶氣室的標(biāo)準(zhǔn)漏孔其氣室壓力會(huì)產(chǎn)生衰減而使漏率變小。因此，要按有關(guān)規(guī)定對標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行定期校準(zhǔn)或檢定。QJ2040.1《標(biāo)準(zhǔn)漏孔的校準(zhǔn)方法絕對校準(zhǔn)方法》對通道型標(biāo)準(zhǔn)漏孔的校準(zhǔn)周期規(guī)定：在正常使用條件下，每半年復(fù)校一次，如使用頻繁且使用環(huán)境又比較惡劣時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況及時(shí)予以復(fù)校，當(dāng)漏率作為關(guān)鍵指標(biāo)使用時(shí)，須在使用前對標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行絕對校準(zhǔn)。JJG793《標(biāo)準(zhǔn)漏孔檢定規(guī)程》規(guī)定：鹵素漏孔檢定周期為半年，滲氮型漏孔檢定周期為5年，其他漏孔檢定周期為1年。

（5）標(biāo)準(zhǔn)漏孔要盡量避免在振動(dòng)較大、溫度變化較大的條件下工作，以免出現(xiàn)振裂和炸裂現(xiàn)象。

（6）安裝標(biāo)準(zhǔn)漏孔時(shí)要小心，牢靠。安裝位置既要保證合理，操作方便，又要盡量避開容易被人和工具碰撞的部位。

（7）溫度對滲透型漏孔的漏率影響較大，因此校準(zhǔn)和使用之前必須使溫度穩(wěn)定。當(dāng)使用溫度與校準(zhǔn)溫度不一致時(shí)，一定要進(jìn)行溫度修正。采用線性修正時(shí)，其使用溫度一定要在校準(zhǔn)溫度范圍之內(nèi)。

（8）滲透型漏孔當(dāng)改變分壓力分?jǐn)?shù)時(shí)，需要較長時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定漏率。所以一個(gè)滲透漏孔充氦后，不能馬上校準(zhǔn)和使用，需要等待幾天的時(shí)間來均衡漏率。為此，一般滲透漏孔都采用帶氣室的結(jié)構(gòu)。

（9）帶氦室的滲透型漏孔，其出口端如果有閥門，保存期間閥門應(yīng)該打開。否則，再次使用時(shí)，打開閥門后需要很長的漏率穩(wěn)定時(shí)間。

（10）使用帶氣室的通道（物理）漏孔時(shí)，要避免不需要的氣體通過漏孔元件大量“的擴(kuò)散”到氣室中。因此，這種漏孔最好帶有閥門，保存期間將閥門關(guān)死。

（11）當(dāng)氣室中壓力較高時(shí)，使用中要特別注意爆炸帶來的危險(xiǎn)。當(dāng)氣室中含有爆炸性、反應(yīng)性和有毒性氣體時(shí)，使用中要注意防護(hù)，保存期間要注意將閥門關(guān)閉。

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