从观察气泡到氦气泄漏测试——泵的泄漏测试方法概述

1.针对不同目的有不同的方法

正如我们上一篇关于泄漏的博客文章所述，泄漏是一种复杂的现象。出现这种现象的原因可能是孔洞或气孔，也可能是渗透。为了测量泵的泄漏并在必要时量化泄漏率，客户可以选择多种测试方法。由于方法的不同，测试结果、测试精度和测试时间等方面可能会有很大差异。最基本的测试只能确定泵是否存在一定程度的泄漏，而一些更先进的方法可以量化泄漏率。这通常表示为随着时间的推移损失的压力乘以体积，或简称为 mbar l/s。

1.1 泵泄漏测试的类别

测试步骤可分为几种。一种方法是整体测试和部分测试。以隔膜泵为例，整体法测量的是整个系统的泄漏量，而局部法检测的是特定部分，如泵头、隔膜、入口或出口连接处。另一种方法是根据所使用的测试气体。有些测试使用空气，而另一些则使用特殊测试气体，例如在氦气泄漏测试中使用氦气。

2.基本的泵泄漏检测

气泡测试是检测泵泄漏的最基本方法之一。它可以用来显示局部泄漏，但不能量化泄漏率。在测试期间，空气通过泄漏点从泵流入环境。该方法可以检测泄漏率≥ 10-3 mbar l/s 的泄漏。要开始气泡测试时，要将泵的吸入侧和排出侧连接到压力控制阀的出口。压力控制阀上装有压力表，用来测量当前压力。压力控制阀入口已加压。在打开压力控制阀之前，用肥皂溶液润湿所有有待测试泄漏的点。然后打开压力控制阀，并保持所需的压力至少 15 秒，在此期间观察润湿区域是否冒泡。

3.压差测试如何进行？

压差测试是用于确定整个泵的泄漏率的整体测量方法。根据测试设置，测试气体会从泵内部流到外部，反之亦然。使用这种方法可以识别泄漏率≥ 10-3  mbar l/s 的泵泄漏。整个测试设备（包括参考储罐）的泄漏率必须 ≤ 10-4  mbar l/s 。

在对测试装置进行预检查后，将泵连接至测试装置。泵和参考储罐被加压或抽空到相同的压力，从而在整个测试系统（包括参考储罐、泵和气动连接）和环境之间产生压差。根据这种压力差，测试气体将从泵和测试系统内部流向环境，反之亦然。

经过一定的停留时间后，在规定的测试时间 Δt 内测量参考储罐与泵之间的压力差。根据已知泵的容积 V泵、泵内的压力变化和测试时间，即可得到泵的泄漏率。请注意，还必须考虑压差传感器 VH和适配器 VA的连接体积。泵的泄漏率为

\(q_L=Δp/Δt (V_泵+V_H+V_A )。\)

对于隔膜泵，隔膜上的压力差（即工作腔和环境之间的压力差）会导致隔膜变形。因此，在测试过程中，由于隔膜上的压差发生变化，V泵的体积可能会发生变化。在确定泵泄漏率时必须考虑这种体积变化。

4.氦气泄漏测试– 为什么选择氦气？

比上述两种更先进的测试方法是使用特殊的测试气体来检测泵的泄漏。KNF 使用氦气作为测试气体。它在大气中几乎不存在，自然、环保、惰性、无害且易于检测，所有这些特性使其非常适合用作测试气体。在 KNF，氦泄漏测试可检测泄漏率 ≥ 10-6 mbar l/s 。

与可能的假设相反，氦的原子和分子尺寸较小，在氦泄漏测试中并不具有明显的优势。对于隔膜泵，技术上可行的最低泄漏率为 10-7 mbar l/s ，对应孔径为 10-6 m或 1 µm 。作为比较：人类头发的直径为 40 至 100 µm。然而，氦气的分子尺寸约为 10-10 m，比代表性的孔径小几个数量级。

4.1 真空程序– 整体（A1，根据 DIN EN ISO 20485）

在这个完整的氦气泄漏测试过程中，环境压力下的氦气会流入包含泵的腔室中。结果，泵处于充满测试气体的环境中。为了让测试气体流入泵内，泵不断地被抽空，导致泵内压力低于环境压力。检测装置再分析从泵流出的气体中是否存在氦气。

4.2 真空程序– 局部（A3，根据 DIN EN ISO 20485）

这种局部测量方法侧重于确定泵的泄漏位置，并不能确定整个泵的泄漏率。为此，要将泵置于环境中并不断抽空。然后用测试气体对泵的各个部分进行喷射，并对从泵中排出的气体进行分析，以确定是否存在测试气体。这意味着测试气体是从外部通过潜在泄漏进入泵内。

4.3 过压程序– 整体（B3，根据 DIN EN ISO 20485）

积分超压法量化了整个泵的泄漏率。这种方法与整体真空法类似，但相对于环境压力而言，泵会持续对测试气体加压。测试期间，泵会被放置在环境条件下的封闭储罐中。这可以是一个气密袋，也可以是一个已知恒定容积的气密室。这允许测试气体从泵内部通过泄漏处流入环境中。使用采样探头分析储罐内的气体是否存在测试气体及其浓度。

4.4 采样探头程序– 本地（B4，根据 DIN EN ISO 20485）

与整体超压法一样，泵在相对于环境条件的情况下被测试气体加压。这样，测试气体就会通过潜在的泄漏点从泵内部流到外部。环境是一个开放的空间，通过在泵的不同部分放置取样探头来确定泵的泄漏位置。这样可以找到泄漏点，但无法测量泵的泄漏率。

4.5 真空程序封闭式泵– 整体式（B6，根据 DIN EN ISO 20485）

这种氦气泄漏测试方法类似于整体真空法，但也可以确定泵的泄漏率。泵用测试气体加压一次，然后放置在密闭腔室中。在测试期间，腔室持续抽真空。因此，储罐内的压力低于泵内的压力。因此，测试气体通过潜在泄漏从泵内部流入腔室。分析从储罐排出的气体中是否存在测试气体，并使用其浓度来确定泄漏率。

5.应使用哪种泵泄漏测试方法？

在 KNF，每台泵在交付前都要进行标准性能测试。根据泵的要求，可以执行标准测试之外的附加测试。泵泄漏测试就是这样一种可选的附加测试。对于某些应用，法规要求可能会定义特定的测试方法，以确保泵符合要求。这些方法也会受到经济因素的制约，因此并不是每台泵都采用最彻底的方法进行测试。KNF 专家乐于讨论客户的个性化需求并提供专业知识，以确保客户获得具有最佳测试程序的最佳泵。