Erläuterung der physikalischen Gesetzmäßigkeit
Standardmäßig messen Druckabfallmessgeräte Druckänderungen in z. B. mbar, kPa, psi, um das Vorhandensein eines Lecks in einem unter Druck stehenden Prüfling anzuzeigen. In Leckspezifikationen wird jedoch häufig eine volumetrische Spezifikation wie cc/sec oder cc/min angegeben.
Es ist möglich, eine Messung der Druckabfallprüfung in volumetrische Einheiten umzuwandeln, wenn das Gesamtprüfvolumen des zu prüfenden Bauteils inklusive des Testkreislaufs bekannt ist. Diese Information steht zur Verfügung sobald ein Prüfsystem aufgebaut ist und das Gesamtprüfvolumen aus den Volumen des Prüfteils, der Prüfanschlussleitung und des Innenvolumens des Prüfgeräts bekannt ist.
Der Zusammenhang zwischen Druckabfall, Leckrate und Volumen ergibt sich aus dem grundlegenden Gasgesetz und lautet wie folgt:
Druckabfall (psi/sec) = Leckrate (sccm) ÷ Gesamttestvolumen (cc)
Anmerkung: Der Temperaturterm im grundlegenden Gasgesetz wird für die Zwecke von Lecktestsystemen als konstant angesehen und erscheint daher nicht in der obigen Formel. Die Begründung hierfür liegt in der Stabilisierungszeit, die dazu dient, die Prüfphase bis zu einem Punkt zu verzögern, an dem die adiabatischen Temperatureffekte verschwunden sind.
Beispiel
Dieses Beispiel ist eine Illustration, die die Theorie auf Ihre Prüfungssituation anwendet, die Prüfkriterien sind wie folgt:
Zur Bestimmung der Leckrate wird die obige Gleichung umgestellt, so dass die Leckrate zum Ergebnis wird.
Leckrate = Druckabfall x Volumen ÷ Atmosphärendruck
Daraus ergibt sich die Leckrate in cc/sec:
Leckrate = 0,017 psi/Sek x 7,5 cm³ = 0,00867 cm³ /sec ÷ 14,7 psi = 0,52 cm³ /min.
Das Gesamtvolumen ist hier ein relativ genauer Wert, der auf den Konstruktionsparametern des Testgeräts und den Druckluftverbindungen basiert. Es wird von Gerät zu Gerät geringfügige Abweichungen geben, und daher wäre es ratsam, den berechneten Wert auf 0,5 cc/min abzurunden.
Zur Angabe eines Testlecks /Leak Masters müssen die Leckrate und der Prüfdruck angegeben werden. In diesem Fall sollte die Leckrate mit 0,5 cc/min bei 200 psig angegeben werden.
Bestimmung des Drucks: Beziehung Druckabfall ~ Leckrate
Die im obigen Abschnitt dargestellte Formel kann aus den grundlegenden Gasgesetzen wie folgt bewiesen werden:
Betrachten Sie einen verschlossenen Behälter, bei dem der Innendruck nicht gleich dem Umgebungs- oder Außendruck ist. Wenn das Gefäß unter Druck steht, hat es zum Zeitpunkt t = 0 eine Luftmenge, die durch sein Volumen multipliziert mit dem Innendruck V1 x P1 ist.
Wenn die Druckluftzufuhr abgeschaltet und das Volumen verschlossen wird und ein kleines Leck vorhanden ist, würde der Innendruck so fallen, dass nach der Zeit t = 1 die resultierende Luftmenge im Behälter dem Volumen V1 und dem Druck P2 entspricht. Man beachte, dass das Volumen unter den Prüfbedingungen als konstant angesehen wird. Die entweichende Gasmenge würde dem atmosphärischen Druck P3 entsprechen und das Volumen V2 einnehmen. Die anfängliche Luftmenge im Behälter zum Zeitpunkt t = 0 (V1 x P1) wird durch die gleiche Luftmenge zum Zeitpunkt t = 1 in zwei Teilen (V1 x P2 und V2 x P3) dargestellt, was durch die folgende Gleichung dargestellt wird:
V1 x P1 = (V1 x P2) + (V2 x P3)
Durch Umstellung kann das innere Volumen wie folgt auf eine Seite gebracht werden:
(V1 x P1) - (V1 x P2) = (V2 x P3)
Dann vereinfacht man die linke Seite
V1(P1-P2) = V2 x P3
und isoliert den Druckabfallterm P1-P2
P1-P2 = V2 x P3 / V1.
Bisher haben wir die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = 1 nicht berücksichtigt. Wenn wir die Zeit in die Beziehung einbeziehen, erhalten wir P1-P2 = V2 x 1 x P3 / V1 (wobei t auf einen einheitlichen Wert normiert wird, normalerweise 1 Sekunde).
Daher wird (P1-P2)/ t zu einer Druckabfallrate, V2/t zu einem Volumendurchsatz, V1 ist das gesamte Prüfvolumen, P3 ist der atmosphärische Druck.
Die Beziehung kann dann wie folgt ausgedrückt werden:
Druckabfall/sec = Leckrate/sec x Gesamtvolumen
Wir können nun die Einheiten wählen, in denen wir arbeiten wollen, entweder in Imperial, MKS oder SI, und den Druckabfall aus der Leckrate und dem Volumen berechnen, oder durch Umrechnung die Leckrate berechnen, die den Druckabfall verursacht hat; vorausgesetzt, wir kennen das Prüfvolumen.
Übertragbarkeit des Standards
Eine Lecktest-Spezifikation, die eine Leckrate angibt, setzt eine Leckgröße mit einem Prüfdruck in Beziehung und ist daher eine gängige Angabe, die zur Überprüfung jedes Lecktestsystems verwendet werden kann. Im Vergleich dazu wird eine Lecktest-Spezifikation, die nur einen Druckabfall vorgibt, bei unterschiedlichen Volumen dazu führen, dass Leckagen nicht identifiziert werden. Je größer das Prüfvolumen ist, desto langsamer fällt der Druck bei einem bestimmten Leck ab.