一种密封电连接器低温泄漏判据的确定方法与流程

本发明涉及一种密封电连接器低温泄漏判据的确定方法，适用于分析密封电连接器低温漏率，以常温下密封电连接器漏率判据为基础，利用典型漏孔漏率计算公式及有限元分析方法，确定合理的密封电连接器低温泄漏判据。此方法属于密封电连接器低温密封性试验与仿真技术领域。

(二)

背景技术：
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电连接器是一种承载信号与能量传输任务的用于电器终端之间提供连接与分离的基础元器件。由于武器装备经常会在特殊环境下完成规定的任务，多数终端要求在温度较低的高空环境甚至是空间环境中长时间工作。密封电连接器的漏率是衡量密封电连接器密封性能的重要指标。

目前，国内外标准中已有成熟的常温密封电连接器的密封性能试验方法及其泄漏判据，但并没有合理的低温环境下的密封电连接器泄漏判据。在低温环境中，由于密封电连接器组成材料的膨胀特性，导致低温密封电连接器发生收缩现象，因此，密封电连接器低温泄漏判据的确定须考虑材料低温下收缩情况，不能直接应用密封电连接器常温泄漏判据。

因此，本发明提出一种基于漏率计算公式和有限元仿真的密封电连接器低温泄漏判据确定方法，以有效合理地确定密封电连接器低温环境下泄漏判据，同时，也可对密封电连接器低温密封性试验设计提供相应指导。

(三)

技术实现要素：
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1、目的：本发明的目的是提供一种密封电连接器低温泄漏判据的确定方法。该方法考虑了密封电连接器在低温试验中的环境条件，对于其密封低温泄漏判据进行计算。与标准中规定的常温常压泄漏判据相比，对于判断在低温环境中应用的电连接器泄漏具有更好的适用性。

2、技术方案：一种密封电连接器低温泄漏判据的确定方法，包括如下步骤：

步骤一：标准漏孔漏率计算公式及参数确定

经典漏率计算公式为：

Q＝F_VC×△P

式中，

F_VC为流导，单位为m³/s；

ΔP为压强差，单位为Pa；

Q为漏孔漏率，单位为Pa·m³/s。

标准漏孔截面导管综合流导公式为：

式中，

d、L分别为圆管的直径和长度，单位为m；

M为气体相对分子质量；

η为气体粘滞系数，根据不同的温度有不同的取值；

为平均压力P₁和P₂为圆管两侧压力值，单位为Pa；

R为摩尔气体常数，取值8.314J/(mol·K)；

T为环境温度，单位为K。

结合上述计算公式，得到标准漏孔漏率Q的计算公式，即

根据此公式进行密封电连接器低温泄漏判据的计算，需要确定的参数包括：电连接器漏孔直径d，厚度L，工作环境温度T，电连接器两侧压力值P₁和P₂，使用气体的相对分子质量M及其粘滞系数η。

其中，漏孔直径d可根据后续步骤得到；厚度L可利用游标卡尺等工具测量；工作环境温度T根据实际情况确定；电连接器两侧压力P₁和P₂根据测量时的设置值确定；相对分子质量M由使用的气体决定；粘滞系数η受到温度的影响，可根据以下公式及常温下的参考值计算得到低温下的气体粘滞系数。

步骤二：常温常压下的标准判据漏孔直径d计算

依据密封电连接器详细规范及相关标准，确定常温常压下密封电连接器的泄漏判据，即最大允许漏率Q_max。根据最大允许漏率Q_max及密封电连接器厚度L，利用步骤一中得出的标准漏孔漏率计算公式及相关参数值，可得到以下关于标准判据漏孔直径d的多项式，根据此多项式计算密封电连接器标准判据漏孔直径d。

步骤三：计算规定低温下标准判据漏孔直径的形变Δd

利用有限元仿真软件，根据密封电连接器的实际结构及尺寸，建立标准判据漏孔模型，基于热膨胀平衡方程，计算规定低温下标准判据漏孔直径的形变Δd。

步骤四：根据低温下漏孔尺寸和漏率公式，计算低温下泄漏判据

根据标准漏孔漏率计算公式，输入步骤一中参数确定结果，步骤二中常温常压下的标准判据漏孔直径d的计算结果，以及步骤三中低温下标准判据漏孔直径形变Δd的仿真结果，计算密封电连接器低温泄漏判据，即低温最大许用漏率Q’_max。

(四)附图说明：

图1是本发明的实施步骤流程示意图。

图2是漏孔截面示意图。

图3是漏孔几何模型图。

图4是漏孔低温设置。

图5是漏孔热-结构分析。

(五)具体实施方式：

下面将结合某典型圆形密封电连接器的低温泄漏判据的确定案例，对本发明作进一步的详细说明。

步骤一：标准漏孔漏率计算公式及参数确定

标准漏孔漏率计算公式为：

其中，

漏孔直径d可根据后续步骤得到；

厚度L利用游标卡尺测量取值为0.005m；

工作环境温度T为标准规定的低温218K；

由于在确定密封电连接器低温泄漏判据的过程中，电连接器一端充一个大气压的氦气，另一端抽真空，因此压强P₂≈0，则P＝P₁，故P₁+P₂＝P₁＝P，漏孔两侧压强差P为101×10³Pa；

摩尔气体常数R取值8.314J/(mol·K)；

氦气的气体相对分子质量M取值为4×10^-3kg/mol；

故在一定温度和压强下，需要确定的未知参数主要是两个：d和η。

根据公式

计算出不同温度下的气体粘滞系数。其中和f的值可由表查询。在本文中，因为实际中用于漏率检测的示踪气体一般为氦气，选取常温298K下的氦气作为参 考，可查知对其在不同温度下的粘滞系数进行计算。计算后的氦气粘滞系数如下表1所示。则未知参数η的值为7.2653×10^-6。

表1 氦气粘滞系数计算结果表

步骤二：根据标准规定的泄漏判据，计算常温常压下标准判据漏孔的直径d

在GJB 599A-1993《耐环境快速分离高密度小圆形电连接器总规范》给出了圆形密封电连接器的泄漏判据，即漏率值应小于10^-2Pa·cm³/s＝10^-8Pa·m³/s。上述值给出的是在常温常压下的漏率判据，为了构建标准判据漏孔，应根据此允许最大漏率推出其该条件下的标准判据漏孔直径d。根据上述关于标准漏孔漏率计算公式，令Q＝10^-8Pa·m³/s，T＝298K，其余参数值应用步骤一中确定的数值，即L＝0.005m，P＝101kPa，M＝4g/mol，η＝8.8962×10^-6，R＝8.314，根据多项式

可以计算标准判据漏孔的直径d_298K＝0.0012218mm＝1.2218×10^-6m。

步骤三：计算规定低温下标准判据漏孔直径的形变Δd

根据电连接器的几何结构、尺寸以及步骤二中得到的标准判据漏孔的直径d_298K＝0.0012218mm＝1.2218×10^-6m，在ANSYS中进行漏孔模型的建立。首先建立电连接器漏孔的几何模型。然后对漏孔模型进行低温条件设置，选取GJB中一般使用的最低温度-55℃(218K)。最后对其进行热-结构耦合，分析其形变。漏孔的ANSYS仿真模型如图3～图5所示。根据有限元仿真分析结果，可得初始直径为1.2218×10^-6m的漏孔的形变Δd为0.41×10^-6m。

步骤四：根据低温下漏孔尺寸和漏率公式，计算低温下泄漏判据

根据步骤三中计算结果可知，在漏孔直径为d_298K＝1.2218×10^-6m时，其低温下变化尺寸为Δd＝0.41×10^-6m。令T＝218K，其余参数值应用步骤一中确定的数值，即L＝0.005m，P＝101kPa，M＝4g/mol，η＝7.2653×10^-6，R＝8.314，带入漏率计算公式：

可以得出低温下的泄漏判据为Q’_max＝2.3680×10^-8Pa·m³/s 。