压力衰减泄漏测试

什么是压力/真空衰减测试？

压力衰减测试测量大气压力和加压测试样品之间的压力变化。 与其他一些当前的泄漏测试方法不同，这种测试方法产生定量信息、可以记录的硬数据点，并据此做出决定。 这消除了对操作员的依赖，并允许设置特定的接受/拒绝标准，并且这种方法使用起来非常简单。 它很快；可以实现 2-4 秒的循环，请记住测试时间取决于体积。 压力衰减测试与可用于测试的时间一样敏感。 压力衰减可能包括真空测试，因为“真空”仅仅是低于大气压的压力。 下文中所有提到的“压力衰减”同样适用于“真空衰减”测试。

指导方程和关系

以下基本方程对于测量泄漏和使用压力衰减测试是必不可少的。

其中 V 是离开或进入的介质体积，t 是测量体积变化的时间段。 这是基本的气体法，所有充气泄漏测试都以此为基础。 泄漏率以各种测量单位表示，通常反映您测量的是相对较高的泄漏率（例如，10 cc/min）还是较低的泄漏率（例如，1 x 10 -3 cc/sec）。

其中 Q 是通过孔口的流量，d 是孔口直径，P1 和 P2 是孔口两侧的压力，是介质的比密度，k 是尺寸常数，T 是系统的温度. 为了获得一致的泄漏率测量值，温度必须恒定，并且气体处于不可压缩状态。 当然，由于物质可以沿任一方向流过孔口，因此通常可以使用压力或真空来评估泄漏率。

所有泄漏率单位均处于标准大气条件（70 F，14.7 psia）

其中 P 是测试系统中的压力，V 是内部系统体积，t 是测试时间。 选择的测量单位将确定适当的泄漏率输出（sccm、sccs 等）

计量单位：
请记住，泄漏率测量单位以流量表示（例如，sccm、cc/sec），压力衰减测量单位以压力单位表示，例如 psig 和 InH2O。

压力衰减泄漏测试周期

压力衰减泄漏测试周期包括三个不同的阶段，不包括加载和卸载时间。 下图说明了这些阶段之间的关系。

加载和卸载是您的零件或包装与加压和压力衰减测量仪器接合和脱离所需的时间。 尽管在技术上不是实际测试周期时间的一部分，但必须考虑这些周期，以便实际预测测试单个项目所需的时间。 充电是部件被加压到预定测试压力（或略高于该压力，因此可以考虑任何稳定性变化）的时间段。 稳定是允许受压零件或包装的体积由于加压引入的应力而改变和稳定的时间段。 这对于体积可能随加压而发生显着变化的柔性材料尤其重要。 如果这对您的产品来说是个问题，您将需要在本课程的后续单元中查看有关限制板夹具的讨论。 稳定期还允许绝热温度升高（通过气体压缩产生的热量）稳定下来。测试是测量压力衰减的数据采集周期。

在上面说明的压力衰减泄漏测试中，压力下降（Y 轴）随时间（x 轴）的曲线称为衰减曲线。 TME 在其“测试图”图形显示和“内存参考曲线”技术中使用衰减曲线，其中通过比较测试衰减曲线确定可接受测试部件的衰减曲线并由测试仪器做出拒绝决定到测试部分可接受的“内存参考曲线”。

泄漏和阻塞的质量流量测试

质量流量测试使用空气的固有特性来直接测量从封闭系统中逸出的空气量。 虽然压力衰减测试通常是泄漏测试的首选方法，但质量流量测试有几个优点，包括测试速度（1-2 秒，而不是上述压力衰减周期所需的更长时间）。 此外，质量流量测试不依赖于温度或空气密度，这可能是压力衰减测试的一个难点。

质量流量测试是识别开放式测试部件中障碍物的更好选择。 与泄漏的质量流量测试不同，阻塞的质量流量测试使用连续流动模型来计算开放式设备（例如医用导管或制冷管）中的堵塞情况。 零件中的任何障碍物都会限制空气通过设备的流动，从而导致零件无法通过测试。 TME 泄漏和流量测试仪可以编程为在测试部件上连续执行压力衰减泄漏测试和流量测试，确认部件既没有泄漏也没有阻塞。

其他类型的阻塞测试包括测量背压或压降。

压力衰减测试结果的统计程序

压力衰减测试提供的测试结果是可量化的、可变的统计数据。 信息量化允许在测试中获得的数据以多种方式使用，包括：

1. 您的产品符合泄漏要求的文件；
2. 验证您的测试协议，这在医疗器械制造/包装行业尤为重要；
3. 过程控制。

控制图通常用于帮助制造过程控制。 控制图的目的是实时监控过程，因此如果出现问题，可以记录下来并以最小的产品损失进行纠正。 例如，对于您正在执行压力衰减泄漏测试的制造产品，控制图背后的概念如下：

1. “受控”的制造过程将导致测试结束时的压力衰减值始终落在平均值附近的可预测范围内。 此外，当过程“受控”时，平均值不会随时间发生明显变化。
2. 单个测试结束压力衰减值称为“x”。 一段时间内的平均值称为平均值或“X-bar”。 t 检验值的范围是最大值和最小值之间的差值。
3. 因为由于制造和材料的变化，工艺总是略有不同，“好的”产品测试值将在平均值附近的范围内上下波动。 该范围可以使用平均测试值加上和减去三个标准偏差（过程中固有的变化的度量）进行统计预测。 “可接受”范围是位于控制上限和下限之间的一组压力衰减测试结束值。 这些控制限是在 TME 测试仪器中根据 Datalog 中先前的测试结果自动计算的。
4. 控制图上的数据点由测试结果的子组组成。 这些子组可以小到两个测试，也可以多达 20 个测试。 子组用于最小化测试错误或单个坏零件的影响。

平均值控制图（X-bar）可以通过多种方式帮助制造商：

1. 例如，如果制造设备中的温度问题导致比通常的关闭更弱，则即使在产品达到故障点之前，压力衰减测试值的下降趋势也会在控制图上很明显。 这使机器操作员有机会在很少或没有产品损失的情况下纠正温度问题。
2. 控制限制之外的几个数据点可能会给机器操作员一个指示，表明在生产大量不良产品之前需要调查的过程中正在发生不稳定性。

范围控制图（子组内最大突发值和最小突发值之间的差异）在识别制造过程何时变得不稳定和不一致方面也有一席之地。

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）之间的关系提出了问题。 具体来说，关于泄漏测试系统的“分辨率”如何能达到 0.0001 psi 存在混淆，即使仪器的“校准”（准确度）的准确度可能显着更高，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将设备加压至预定压力、锁定压力供应源并在预定测试时间内感测压力变化（“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）。

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：TME 压力/真空衰减泄漏测试仪的应用调查

汽车零部件行业：
该 TME 解决方案泄漏测试系统旨在在电子连接器外壳上以两种不同的压力依次执行两次压力衰减泄漏测试。 该系统由一个单端口 TME 解决方案泄漏测试仪和一个定制的测试夹具及其相关的空气和传感器线路组成。 当测试项目正确放入测试夹具时，系统将自动执行连接器腔的泄漏测试，部分小底部通风膜密封关闭，然后第二次低压衰减测试与原始测试相链接。 低压测试将测试排气膜对大气开放的部件。

医疗器械行业：测试多腔导管
该系统由一个气动径向密封夹具组成，该夹具由三个气动密封夹组成。 密封夹旨在围绕导管的外径封闭，并在压力衰减泄漏期间密封来自导管远侧末端和近侧端口的任何泄漏路径。 密封夹可以沿导管长度调整其各自的位置，以密封侧端口。 单独的密封夹，标记为密封 1、密封 2 和密封 3，可以使用“端口和密封”菜单以任何顺序单独驱动。 径向密封装置经过定制以适应多种导管长度。

工业产品行业：管件接头的真空泄漏测试
该应用程序涉及对两端开口的非常大的管件进行真空衰减泄漏测试。 MDT-50-VAC 泄漏测试仪和测试组件组成一个台式系统。 测试部件接合在工作台上，接头顶部用塑料塞密封。 然后在管件内部产生真空，有效地增强了测试件开口端的密封性，并进行真空衰减测试以评估管件的接缝。

食品工业：
客户生产可容纳食品的热成型托盘。 需要在热成型后确认包装质量，并在填充前检测托盘中的任何裂缝、孔洞或缺陷。 空托盘安装在夹具底座上的凸起矩形上，边缘通过手动夹具密封到夹具上。 然后通过凸起的矩形将压力引入托盘内部的空气空间，进行直接泄漏测试。 安装托盘的凸起矩形的目的是尽量减少加压的空气空间，从而提高灵敏度并缩短测试时间。 该固定装置可以定制以适用于任何可以密封到固定装置平坦表面的刚性、无孔包装形式或产品。

附录 B：技术帮助 – 高度和压力之间的关系