压力衰减泄漏测试仪中的校准与衰减测量 - 工业物理 压力衰减泄漏测试仪中的校准与衰减测量 - 工业物理

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压力衰减泄漏测试仪中的校准与衰减测量

关于“校准”(压力衰减泄漏测试仪的准确性)和“分辨率”(测试仪检测泄漏测试期间发生的压力差——“衰减”——的能力)之间关系的问题已经提出。 ,关于泄漏测试系统的“分辨率”如何能达到 0.0001 psi 的问题存在混淆,即使仪器的“校准”(准确度)的准确度可能要高得多,例如 +/- 0.075 psi。 问题的答案在于对压力衰减泄漏测试仪这两个参数的定义,以及对压力衰减泄漏测试过程中发生的情况的理解。

使用“压力衰减”方法确定设备中的泄漏包括对
装置至预定压力,锁定压力供应源并在预定测试时间内感应压力变化(“衰减”)。 现代压力衰减测量仪器(例如 TM Electronics 解决方案泄漏测试仪)能够检测小至 0.0001 psi 的压力变化。 这种在测试期间检测压力变化的能力被定义为仪器的“分辨率”。 这与试验的起始压力无关(以规定的泄漏率作为试验标准的特殊情况除外)。 有关测试仪器如何检测这种压力变化、分辨率受外部和环境因素限制的原因以及基本
压力衰减泄漏测试的物理原理,请参见下面的附录 A。

另一方面,校准是指泄漏测试仪再现泄漏测试所需测试压力的准确性。 例如,如果您使用 50 psi 作为测试压力执行压力衰减泄漏测试,准确的校准可确保您的测试仪器在一组特定的测量单位、一组标准条件下始终如一地重现该测试压力,每次测试时,都在仪器精度定义的变化范围内。 TM Electronics 泄漏测试仪器参照已知的“标准”仪表进行校准,该仪表由国家标准技术研究院 (NIST) 等标准机构控制。

总而言之,泄漏测试系统的分辨率由仪器在预定测试时间内能够持续检测到的最小压力差(衰减)定义,而与泄漏测试的起始压力无关。 仪器的校准定义为泄漏测试开始时施加的测试压力的准确性。 出于所有实际目的,这两项并不相关,而是泄漏测试仪器的完全独立的特性。

附录 A:讨论
使用“压力衰减”方法确定设备中的泄漏包括将设备加压至预定压力(通常以 psi、表压、psig 为单位)、锁定压力供应源并等待一段时间以感应压力改变。 检测压力变化的能力取决于测试仪器的“分辨率”,即仪器的最低有效测量数字。 现代电子压力衰减测试仪的分辨率是电子系统对基本压力传感器(将压力转换为电子信号的设备)的放大功能,电子电压(或电流)转换为数字信号的功能,输入/输出软件,以及基本
与系统的温度和机械稳定性有关的气体定律的物理学。

现代压力衰减测量仪器通常能够产生 0.0001 psi 的压力分辨率 [0 .01mbar], 然而,即使有更高的电子分辨率,实际压力变化的物理特性仍与外部因素相关,例如当向设备施加负载时的机械体积变化,或短测试周期内的绝热温度变化,或环境温度变化更长的测试时间,以及层流或湍流的流动状态限制了可重复和可靠测量的现实。
一般气体定律 PV= nRT 表明体积和温度都是测量中的一个因素。

当引入时间时,可以通过关联压力变化来计算体积泄漏率 [Q][dP]到时间改变[dt]. 气体定律方程可以简化为
Q=dP/Pa * V/dt

然后选择的测量单位将确定适当的泄漏率输出 [sccm,
sccs,Pa-m3/秒]。

从这个等式可以看出,用于确定泄漏率的变量测量是在固定时间内测量压差的能力。 假设系统的体积和标准条件的调节压力在测试期间是恒定的。 由于 dP 是开始和结束压力的差值,实际泄漏率的确定取决于测试仪器区分电信号微小变化的能力,但不一定是信号的绝对值。 信号的绝对值是压力传感器每单位压力输出的函数,例如 1 伏特/磅/平方英寸。 实际测量的压力是传感器规格的一部分,它是对已知压力标准的“校准”。 大多数传感器具有与其最大量程相关的电压输出,例如 10 伏特/10 psi(表压或绝压)。

仪器主传感器的“校准”与已知的“标准”量规有关。 这些仪表或比较测量由标准机构控制,例如美国国家标准技术研究院 (NIST)。 然后,仪器的校准与仪器在一组标准条件下再现与已知标准相关的一组特定测量单位的已知压力的能力有关。

确定给定泄漏率的能力取决于许多因素。 在压力衰减仪中,“压力差”的分辨率是首要因素。 由于压力差的测量是传感器的输出电压及其重现该值的能力以及仪器的电子设备始终重现信号的能力的组合,因此一系列系统和随机误差在起作用。 出于这个原因,通常在仪器和它所连接的测试系统上进行量规 R&R 研究。

仪表 R&R 研究最好与仪器用于测试的实际测试系统相关。 典型的压力表研究是使用已知或可预测的泄漏装置进行的,例如孔板或微调阀,可用于挑战整个测试系统。 所谓的“泄漏标准”由其工作压力和来自标准源的测量流量值定义。 当应用于由仪器、附件管和配件以及已知的非泄漏测试部件组成的泄漏测试系统时,可以重复测量标准泄漏以识别系统的变化。 然后可以统计确定系统“精度”,从而可以建立性能标准
应用的测试方法。 应采用良好的测试方法验证程序来包括操作员间的变化和环境变化。 如果多个实验室将进行测试,则实验室间重现性测试协议将提供这种变化。

因此,“校准”和“精度”[repeatability]在压力衰减泄漏测试的测量中,泄漏率或压力变化被视为两个独立且不同的措施。 校准是指仪器读取与标准相关的已知压力的能力
措施。 已知或估计的泄漏率的再现取决于介质和系统结构的物理特性,包括测试部分。 始终如一地重现给定泄漏的能力是基于仪器和其他部件的系统精度的函数。
系统。