Способ контроля герметичности изделий Советский патент 1988 года по МПК G01M3/24 

4

сл

о со со

Изобретение относится к испытанию а гер4етичность изделий акустическим Йетодом.

I Цель изобретения - повьшение чув- Ьтвительности путем ввода в индика- горную среду диспергированных частиц,

Теоретическое представление и экс- ерименталъные доказательства о тур- Ьулентном потоке газа жидкости, как рсточнике акустических колебаний, Получено Д. Лайтхштлом.

Уравнение для описания этого про- iuecca в представлении Лайтхилла имеет |вид

i

Ofx ti- . iL ( т.. (, c 9t J j

де

,- .

(x, t) - изменение плотности

газа ЗИ1ДКОСТИ в направлении х(х - координата наблюдателя) во времени t;

fii fi; направляющие косинусы вектора 1с в наблюдаемом направлении; а - скорость упругих волн в газе (жидкости); вторая производная;

25

а

9t

Ч

30

у внешние напряжения : Ti- pU;Uj -( ), где р - плотность газа j (жидкости) U; и Uj - скорости турбулентного вихря в направлении i и j соответственно, Р-, - тензор снимаю- Q щих напряжений (давление) , §; - символ Кронекера (; 1 при i в j; S;- 0 при i j); 45 ко.ордииаты источника излучения;

(t--)- запаздьтание по в ремеТогда выражение (1) принимает вид (получено Д. Лайтхиллом)

р(, t)a-:x- (f)p.,(i))

Ю

J 5

J

20

25

30

Распространение турбулентного газового потока в смеси гада и твердых частиц, например случай частиц пыли в воздухе. Этот случай моделируется с помощью предположения, что объемная концентрация частиц пьши в воздухе , в то время как плотность суспензии р превышает плотность воздуха, так что массовая концентрация имеет конечный предел f. С межфазной силой и массой отдельных частиц связано время релаксации t , которое в большинстве случаев мало, в сравнении с масштабом времени 1/II движения газа, в этом случае частицы пыли движутся вместе с газом с пренебрежимо малыми временами задержки. Влияние частичек на скорость звука заключается позтому только в увеличении плотности среды от РО до РУП ро /1+f без изменения модуля упругости, так что скорость звука для смеси равна

r,

(1+f)

1(г

(3)

Изменение скорости звука от а до а приводит к существенному изменению внешних напряжений Т , Соотношение (1) в зтом случае принимает вид

р(х, t) )(У,

1

4 Т t - )dy

-( (Р- 9t J

. 1 э

(1Jf- Р(, t -5-)dy.

(4)

Изобретение предназначено для контроля герметичности изделий акустическим методом. Целью изобретения является повышение чувствительности контроля путем ввода в индикаторную среду диспергированных частиц. Изделие заполняют рабочей средой, затем помещают его в индикаторную среду. При истечении рабочей среды в индикаторную регистрируют акустические колебания. Индикаторная и рабочая среды.Ш4еют одинаковое фазовое состояние. Жидкостная индикаторная среда содержит пузырьки газа, относи тельная объемная концентрация которых составляет 10. ... Газовая индикаторная среда содержит твердые частицы. 2 з.п. ф-лы.

У

ни;

элемент объема.

Для однородного газа (жидкости) величина (; - а, , и принимают Т- « poU;Uj

- poU

Вводят обозначения и проводят оценку (1) с учетом размерностей, где 1 - линейный масштаб источника и злучения; 1/U - масштаб времени; - объем историйка; И/а m - число Маха.

Тогда из (4) с учетом (3) получают вклад плотности газа р и плотности

смеси

Р

/1+f.

55

(т§)5. Bt J Bt

-i dy (x, t)

H

4Tralx3t

)rj(fp.)(y, t-5;dy

Но уравнение сохранения массы 5 для частиц (со скоростью Uj) имеет

вид

)-« bo

и поэтому

15

« -x/a)dy ,(7)

где Н; « -(9/3t)(fp,uf ).20

Акустическое поле (7) - есть поле диполя с напряженностью Н;,

Из (7) звуковое поле может быть , оценено как

25

Р

-р-)

(1 + f).

Сопоставление (2) и (8) показьша- ет, что один и тот -же турбулентный поток газа в запьшенном воздухе излучает акустическую энергию большой интенсивности.,

Расчеты показьтают, что при f « ЮО интенсивность акустических колебаний возрастет примерно на 50 дБ, Введение в жидкость пузырьков газа, в которой распространяется турбулентный поток жидкости, приводит к существен- ному влиянию на величину внешних напряжений Т; . Влияние изменения плотности среды в пределах 10 : /%2 10 на величину Р U; Ш пренебрежно мало. Пульсации давления и плотности жидко- сти в области вихря связаны зависимостью dp а2,9р,(9)

де а„

RS1

(3|J)

1Гг

5а

R

$2 -скорость упругих волн в аэрированной пузырьками газа жидкости с концентрацией и )

-средний радиус пу- g зырька;

резонансная частота для пузырька ра- радиусом R.

1415099

как я . а, то а р превьшает Р, и выражение (3) можно перепи- сать в виде

-1

ас

1 f

)-5KT(sr|JTf (.t(loj

что при оценках

15

Р- poU , 3/3t и/1,

приводит к

(11)

о iW.

РЧхЦа„1

1

ш .

(12)

,

25

30

35 40 4 5а

g

-

Это поле очевидно преобладает над полем (2).

Если составляет всего лишь один процент, интенсивность акустического излучения увеличивается за счет присутствия пузырьков в раз

а„/

(50 дБ), так как , при Р 10% интенсивность увеличивается до 70 дБ, что существенно увеличит чувствительность способа контроля герметичности за счет повьш1ения интенсивности акустического излучения при неизменных режимах испытания.

Пример 1. Изделие запол-. няют рабочей жидкос.тью, например водой. Создают избыточное давление рабочей жидкости в изделии с помощью нагружающего устройства. Изделие погружают в резервуар с индикаторной жидкостью, например водой, куда устанавливают приемник акустических колебаний, подключенный к известной аппаратуре контроля. Для повышения интенсивности акустических колебаний от истечения рабочей жидкости через течь в изделии в индикаторную жидкость вводят пузырьки газа, например воздуха, любым известным методом (жидкость аэрируют). Относительная объемная концентрация пузырьков газа в жидкости должна быть в пределах ,,, 10, Вместо аэрирования по поверхности изделия в индикаторной . жидкости можно установить тонкий слой поролона, насыщенного воздухом. При

появлении акустичесв:их сигналов (зафиксированных приемником) изделие сЧитяется негерметичным.

Пример 2. Изделие заполняют гйзом под избыточным давлением, Поме- щфрт изделие в камеру с запыленным вс|эдухом с концентрацией частиц f ь- О. В запыленнбй среде с помощью приемни- Kcfs ультразвука, например прибором о , регистрируют акустические сиг- . Изделие считается негерметичным. П||и появлении акустических сигналов вь|ше установленного уровня,

I Способ контроля позволяет повысить 15 Ч5|вствительность метода за счет повышения 1Штенсквности акустических колебаний, вызванных истечением турбулентной струи газа (жидкости) из не- п отностей контролируемых изделий, 20

Ф ормула изобретения

I 1, Способ контроля герметичности

из|делий, заключающийся в тo, что из- 25 за в диапазоне 10 - 10.

делия заполняют рабочей ср давлением и о негерметично по акустическим колебаниям мым утечкой рабочей среды ном режиме, отличаю тем, что, с целью повышени тельности, изделия помещаю каторную среду того же фаз стояния, что и рабочая сре пергированными в ней части ства другого фазового сост

3, Способ поп, 1, о ющийся тем, что в рабочей и индикаторной ср ют жидкость, а в качестве ванных частиц - пузырьки сительной объемной концен

делия заполняют рабочей средой под давлением и о негерметичности судят по акустическим колебаниям, создаваемым утечкой рабочей среды в турбулен-и ном режиме, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, изделия помещают в индикаторную среду того же фазового состояния, что и рабочая среда с диспергированными в ней частицами вещества другого фазового состояния.

3, Способ поп, 1, отличающийся тем, что в качестве рабочей и индикаторной сред используют жидкость, а в качестве диспергиро ванных частиц - пузырьки газа с относительной объемной концентрацией га