一种气密检测装置及其伺服控制方法与流程

本发明属于气密性检测技术领域，更具体地，涉及一种气密检测装置及其伺服控制方法。

背景技术：

气密检测是衡量许多工业品密封性能的重要手段，特别是在航天、航空、仪器等行业，气密检测是一项重要而频繁使用的检测手段。传统的人工气密检测方法工作繁琐，劳动强度大，同时由于人为原因，容易造成漏检和误检。随着微电子技术和气动技术的不断发展，气密检测方法也得到了改善。目前，应用较广泛的气密检测方法直接压力测试法和差压测试法。直接压力测试法，是向被测容器内充入一定压力的气体，如果容器存在泄漏现象，则经过一段时间后压力就会下降，根据测试前后的压力变化的大小来判断工件的气密性；差压测试法，是同时向两个相同的容器内充入一定压力的气体，两个容器中一个为标准件，一个为被测件，通过容器间的差压传感器测出被测件与标准件之间的压力差，从而检测被测工件的气密性。

在差压测试法中，由于被测件和标准件的结构完全相同，在测试过程中的各种误差因素，如绝热因素影响，温度及汽化、蒸化的影响等都可以不予考虑，而且差压传感器的精度又比较高，从而可以准确地检测被测工件的气密性。以燃油系统气密检测为例，该系统的油箱内部有体积可变的油囊，与油囊相连的一段管道具有节流作用，利用直接压力测试法检测该系统的气密性存在一定的误差，因为压力传感器检测到的是与油囊相连的管道的压力，且气体通过节流管道时压力还会下降，因此直接压力测试法不适用于燃油系统的气密检测。差压测试法测试精度较高，但由于其成本较高，且结构复杂，也不适用于燃油系统的气密检测。例如，差压测试法一般适用的待测容腔是独立的单个容腔，而燃油系统是嵌套的两个待测容腔(即，油囊和嵌套有该油囊的油箱)，使用差压法需要准备与待测件相同的标准件，在大批量检测时，若节约经济成本，则检测的时间成本较高，效率低下；若节约时间成本，则需要的标准件较多，但另一方面标准件的制作检测也都需要成本和时间，因此效率也不高；此外，对于不同的燃油系统，往往需要配备不同的标准件，致使检测不便。因此如何高效、简单地检测燃油系统的气密性成为了亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种气密检测装置及其伺服控制方法，其中通过对装置中关键的控制回路设计、伺服控制过程等进行改进，与现有技术相比能够有效解决直接压力测试法准确度低、差压测试法操作不便的问题，并且该装置及对应的伺服控制方法是通过闭环控制系统控制电-气比例/伺服阀的开度来控制回路中气体的流量，能够对系统的气密性进行有效检测。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种气密检测装置，其特征在于，包括第一气源、以及与该第一气源相连的第一回路，其中，

所述第一回路包括第一压力传感器和第一比例伺服阀，

所述第一气源与第一待检测物体的容腔通过所述第一比例伺服阀相连，所述第一气源用于向所述第一待检测物体的容腔通入气体；该第一比例伺服阀用于控制所述第一气源与所述第一待检测物体的容腔之间的导通状态，并用于控制所述第一气源向所述第一待检测物体的容腔通入的气体的流量；

所述第一压力传感器与所述第一待检测物体的容腔相连，用于检测该第一待检测物体的容腔内的压力，通过一段时间内检测到的压力值的变化来判断该第一待检测物体的容腔的气密性；所述第一压力传感器还与所述第一比例伺服阀相连，用于调整该第一比例伺服阀的导通状态或关断状态。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种气密检测装置，其特征在于，包括第一气源、与该第一气源相连的第一回路、第二气源、以及与该第二气源相连的第二回路，其中，

所述第一回路包括第一压力传感器和第一比例伺服阀，所述第一气源与第一待检测物体的容腔通过所述第一比例伺服阀相连，所述第一气源用于向所述第一待检测物体的容腔通入气体；该第一比例伺服阀用于控制所述第一气源与所述第一待检测物体的容腔之间的导通状态，并用于控制所述第一气源向所述第一待检测物体的容腔通入的气体的流量；

所述第一压力传感器与所述第一待检测物体的容腔相连，用于检测该第一待检测物体的容腔内的压力，通过一段时间内检测到的压力值的变化来判断该第一待检测物体的容腔的气密性；所述第一压力传感器还与所述第一比例伺服阀相连，用于调整该第一比例伺服阀的导通状态或关断状态；

所述第二回路包括第二压力传感器和第二比例伺服阀，所述第二气源与第二待检测物体的容腔通过所述第二比例伺服阀相连，所述第二气源用于第二待检测物体的容腔通入气体；该第二比例伺服阀用于控制所述第二气源与所述第二待检测物体的容腔之间的导通状态，并用于控制所述第二气源向所述第二待检测物体的容腔通入的气体的流量；

所述第二压力传感器与所述第二待检测物体的容腔相连，用于检测该第二待检测物体的容腔内的压力；所述第二压力传感器还与所述第二比例伺服阀相连，用于调整该第二比例伺服阀的导通状态或关断状态；

此外，所述第一待检测物体还被所述第二待检测物体包裹。

作为本发明的进一步优选，所述第一回路还包括第一控制器，该第一控制器分别与所述第一压力传感器和所述第一比例伺服阀相连，并用于根据所述第一压力传感器检测到的所述第一待检测物体的容腔内的压力值、以及预先设置的第一待检测物体目标压力值，调整流经该第一比例伺服阀的气体的流量。

作为本发明的进一步优选，所述第二回路还包括第二控制器，该第二控制器分别与所述第二压力传感器和所述第二比例伺服阀相连，并用于根据所述第二压力传感器检测到的所述第二待检测物体的容腔内的压力值、以及预先设置的第二待检测物体目标压力值，调整流经该第二比例伺服阀的气体的流量。

作为本发明的进一步优选，所述第一比例伺服阀和所述第二比例伺服阀均为电-气比例伺服阀。

作为本发明的进一步优选，所述第一待检测物体为油囊，所述第二待检测物体为油箱。

作为本发明的进一步优选，所述第一气源与所述第二气源为同一气源。

按照本发明的又一方面，本发明提供了上述气密检测装置的伺服控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对第一待检测物体进行充气：将第一待检测物体嵌套在第二待检测物体内，并设定第一待检测物体目标压力值；接着，采用第一控制器对该第一待检测物体的容腔进行充气控制，使第一气源的气体流经第一比例伺服阀通入该第一待检测物体的容腔中，从而对该第一待检测物体的容腔进行充气；

所述第一控制器分别与第一压力传感器和所述第一比例伺服阀相连；所述第一气源与所述第一待检测物体的容腔通过所述第一比例伺服阀相连，所述第一气源用于向所述第一待检测物体的容腔通入气体；该第一比例伺服阀用于控制所述第一气源与所述第一待检测物体的容腔之间的导通状态，并用于控制所述第一气源向所述第一待检测物体的容腔通入的气体的流量；

所述第一压力传感器与所述第一待检测物体的容腔相连，用于检测该第一待检测物体的容腔内的压力；

该第一控制器用于根据所述第一压力传感器检测到的所述第一待检测物体的容腔内的压力值、以及所述设定的第一待检测物体目标压力值，调整流经该第一比例伺服阀的气体的流量；

(2)对第一待检测物体的进行气密性检测：当所述第一压力传感器检测到的所述第一待检测物体的容腔内的压力值等于所述步骤(1)中所述设定的第一待检测物体目标压力值时，所述第一比例伺服阀关断，流经该第一比例伺服阀的气体的流量为0；接着，通过所述第一压力传感器检测该第一待检测物体的容腔内的压力变化从而判断该第一待检测物体的容腔的气密性。

作为本发明的进一步优选，所述气密检测装置的伺服控制方法，还包括步骤：

(3)对第一待检测物体进行放气：采用所述第一控制器对所述第一待检测物体的容腔进行放气控制，使外界环境的气体通过所述第一比例伺服阀与该第一待检测物体的容腔相连通，从而对该第一待检测物体的容腔进行放气。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，当所述第一控制器对所述第一待检测物体的容腔进行充气控制时，则采用第二控制器对所述第二待检测物体的容腔进行放气控制，使外界环境的气体通过第二比例伺服阀与该第二待检测物体的容腔相连通，从而对该第二待检测物体的容腔进行放气。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，当所述第一控制器对所述第一待检测物体的容腔进行放气控制时，设定第二待检测物体目标压力值，并采用第二控制器对所述第二待检测物体的容腔进行充气控制，使第二气源的气体流经第二比例伺服阀通入该第二待检测物体的容腔中，从而对该第二待检测物体的容腔进行充气；当所述第一待检测物体的容腔内的压力值与外界环境的气压值相等时，第二比例伺服阀关断，流经该第二比例伺服阀的气体的流量为0；

所述第二控制器分别与第二压力传感器和所述第二比例伺服阀相连；所述第二气源与所述第二待检测物体的容腔通过所述第二比例伺服阀相连，所述第二气源用于向所述第二待检测物体的容腔通入气体；该第二比例伺服阀用于控制所述第二气源与所述第二待检测物体的容腔之间的导通状态，并用于控制所述第二气源向所述第二待检测物体的容腔通入的气体的流量；

所述第二压力传感器与所述第二待检测物体的容腔相连，用于检测该第二待检测物体的容腔内的压力；

该第二控制器用于根据所述第二压力传感器检测到的所述第二待检测物体的容腔内的压力值、以及所述设定的第二待检测物体目标压力值，调整流经该第二比例伺服阀的气体的流量。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于通过闭环控制系统控制电-气比例/伺服阀的开度来控制回路中气体的流量，能够对系统的气密性进行有效检测，非常适用于对燃油系统的气密检测；本发明提出的气密检测装置及伺服控制方法不同于直接压力测试法和差压测试法，以燃油系统气密检测为例，本发明中的装置及方法与直接压力测试法和差压测试法相比有如下优点：

1.可准确控制被测容腔压力。与直接压力测试法相比，本发明通过闭环控制系统控制电-气比例/伺服阀的开度来控制回路中气体的流量，从而准确控制被测容腔的压力。

2.油箱外壁和油囊可同时检测，也可单独检测。直接压力测试法只有一路控制回路，本发明的气动回路实现两路独立通道气密检测，两个通道能同时工作，也可以互为备用气压控制，通过闭环控制系统控制电-气比例/伺服阀的开度，从而对被测对象进行充放气速率控制。

3.排气缓冲。与差压测试法相比，本发明在气密检测结束时实现两路联动，通过控制两路电-气比例/伺服阀的开度实现两路通道压力差范围控制，避免排气时产生压力冲击现象，实现缓慢降压保护被测件。

4.结构简单，具有良好的经济性。与差压测试法相比，本发明不需采用无泄漏的标准容腔，因此结构较为简单，具有良好的经济性。

本发明中的气密检测装置及其伺服控制方法，既可以只采用一路回路，也可以同时采用两路回路。当只采用一路回路时，该气密检测装置及其伺服控制方法相较直接压力测试法有明显优势；由于直接压力测试法中传感器检测到的压力是瞬时压力值，不是此刻被测容腔的压力值，当向被测容腔充入一定量的气体并关断气源时，记录下压力传感器的值，流经管道的气体充入被测容腔，待稳定后，传感器的示值会有所降低，致使被测容腔即使不泄露都存在测量误差；而本发明的检测方法，由于初始时输入目标压力，通过目标压力与传感器的差值控制比例伺服阀，只要被测容腔压力与目标压力不一致，比例伺服阀就会动作，直至被测容腔压力与目标压力一致，关断气源后也不会造成被测容腔不泄露都存在的测量误差，可准确控制被测容腔压力。

当本发明同时采用两路回路时，该气密检测装置及其伺服控制方法尤其适用于燃油系统气密检测。该气密检测装置及其伺服控制方法相较差压测试法也具有明显优势；由于燃油系统的油箱与油囊都属于被测件，均需要检测气密性，采用本发明进行检测时不需要额外设置差压测试法中的标准件，即节约经济成本；采用两路回路能节约时间成本；另一方面，该气密检测装置及其伺服控制方法可适用于各种型号的燃油系统，应用方便。此外，在放气时，通过控制两路电-气比例/伺服阀的开度实现两路通道压力差范围控制，避免排气时产生压力冲击现象，实现缓慢降压保护被测件。

综上，本发明中气密检测装置及其伺服控制方法通过闭环控制系统控制电-气比例/伺服阀的开度来控制回路中气体的流量，增加了系统控制的自由度，可对被控容腔的充、排气速率进行独立控制。另外，被控容腔充、排气独立控制结构一方面可以避免不可预测因素导致电-气比例/伺服阀误切换问题，另一方面，通过充、排气独立控制也可避免压力冲击和振荡，从而有效地检测系统的气密性。本发明提供的用于气密检测的伺服控制方法也适用于其他系统。

附图说明

图1是本发明中用于气密检测装置的结构示意图及伺服控制方法示意图(以燃油系统气密检测为例)；

图2是本发明中用于气密检测装置的结构示意图及伺服控制方法中间信号流构成(以燃油系统气密检测为例)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明中气密检测装置的伺服控制结构(以燃油系统气密检测为例)，包括第一路压力控制回路和第二路压力控制回路。其中第一路压力控制回路包括压力源，电-气比例/伺服阀，被控容腔——油囊，高精度压力传感器，模/数转换以及数字控制器。第二路压力控制回路包括压力源，电-气比例/伺服阀，被控容腔——油箱(即，排除球囊后的、被油箱壁包裹形成的空间)，高精度压力传感器，数/模转换以及数字控制器。其中：

第一路压力控制回路中，压力源为第一路压力控制回路提供气源；电-气比例/伺服阀为控制执行元件；油囊为被控对象；高精度传感器为反馈元件；模/数转换以及数字控制器为控制单元。

第二路压力控制回路中，压力源为第二路压力控制回路提供气源；电-气比例/伺服阀为控制执行元件；油箱为被控对象；高精度传感器为反馈元件；模/数转换以及数字控制器为控制单元。

该气密检测装置的伺服控制结构由电-气比例/伺服阀分别控制系统压力源，增加了系统控制的自由度，对被控容腔的充排气速率进行独立控制。

每一路对应的电-气比例/伺服阀控制相应的气源，电-气比例/伺服阀的某一工作位被气堵头堵上，另一工作位可控制充气/排气的流量以控制被控容腔内压力。这种充排气独立控制结构一方面可以避免不可预测因素导致控制阀误切换问题，另一方面通过充、排气独立控制也可避免压力冲击和振荡，提高被控容腔压力控制的平稳性，从而提高了系统的控制特性。

本发明中用于气密检测装置的伺服控制方法，是一种通过闭环控制系统控制电-气比例/伺服阀的开度来控制容腔压力的方法。

以下为具体实施例。

实施例1

以燃油系统气密检测为例，如图1所示，该气密检测装置的伺服控制方法包括两路压力控制回路。

第一路压力控制回路包括压力源(即第一气源)，电-气比例/伺服阀，被控容腔——油囊，高精度压力传感器，模/数转换以及数字控制器等部分。在第一路压力控制系统中被控对象为油囊；执行元件为电-气伺服装置(即第一电-气比例/伺服阀)；反馈元件为高精度压力传感器；数字控制器为控制元件。

气压控制的过程实质为被控容腔的充放气过程，通过电-气伺服装置调节被控容腔内空气总量，从而调节容腔内的气压。控制器对输入指令信号与传感器反馈压力值的比较，根据误差按设定的控制规律(如PID比例积分微分控制规律等)通过电-气伺服装置来控制回路中气体的流向及流量，从而控制进出被控容腔的气量，间接控制被控容腔内的气体压力值，并输出给外部传感器作为控制输出信号。在控制过程中当实际压力值低于目标压力值时(该目标压力值可以为预先设置的)，回路通过电-气比例/伺服阀接通气源并可适当增大电-气比例/伺服阀的开度，对容腔充气，使得容腔内气压升高；当容腔内的压力值接近目标压力值时，控制器控制电-气比例/伺服阀，使其开口减小，回路中气体流量减小，直至被控容腔内气压达到指令信号设定的目标压力值，电-气比例/伺服阀关闭。

上述第一路压力控制的具体过程为：

1.当控制器得到的第一路指令信号与第一路压力传感器反馈信号之差(指令值减反馈值)为正值，为使油囊内气体压力达到目标值，则控制第一路电-气比例/伺服阀开口为正，伺服阀右位接通(如图2所示)，即气口1和气口2接通，气源对油囊充气，油囊内气体压力上升。同时，控制器控制第二路电-气比例/伺服阀开口为负，伺服阀左位接通(如图2所示)，即气口2和气口3接通，将油箱内的气体排出(油箱内的气体压力值最大不低于外界大气压值，例如1个标准大气压值)。

2.当控制器得到的第一路指令信号与第一路压力传感器反馈信号之差(指令值减反馈值)接近零时，为使油囊内气体压力达到目标值，则控制第一路电-气比例/伺服阀开口关闭。最终，油囊内气压达到指令信号设定的目标压力值。

第二路压力控制回路包括压力源(即第二气源)，电-气比例/伺服阀(即第二电-气比例/伺服阀)，被控容腔——油箱，高精度压力传感器，模/数转换以及数字控制器等部分。在第二路压力控制系统中被控对象为油箱；执行元件为电-气伺服装置；反馈元件为高精度压力传感器；数字控制器为控制元件。其工作过程基本与第一路压力控制过程相同，其具体过程为：

1.当控制器得到的第二路指令信号与第二路压力传感器反馈信号之差(指令值减反馈值)为正值，为使油箱内气体压力达到目标值(该目标值也可为预先设置的，其大小可以等于或不等于针对目标压力值的目标压力值)，则控制第二路电-气比例/伺服阀开口为正，伺服阀右位接通(如图2所示)，即气口1和气口2接通，气源对油箱充气，油箱内气体压力上升。同时，控制器控制第一路电-气比例/伺服阀开口为负，伺服阀左位接通(如图2所示)，即气口2和气口3接通，将油囊内的气体排出(被测容腔，包括油囊和油箱内的气体压力值最大均不低于外界大气压值，例如1个标准大气压值)。

2.当控制器得到的第二路指令信号与第二路压力传感器反馈信号之差(指令值减反馈值)接近零时，为使容腔内气体压力达到目标值，则控制第二路电-气比例/伺服阀开口关闭。最终，油箱内气压达到指令信号设定的目标压力值。

在进行气密检测时，通过一段时间内检测到的压力值的变化来判断待检测物体(包括第一待检测物体、第二待检测物体)的容腔的气密性；检测时间可根据需要灵活调整，若这段时间检测到的压力值下降超过规定幅度，则该待检测物体的容腔的气密性不满足要求；否则该待检测物体的容腔的气密性达到要求。

在气密检测结束时，控制器控制第二路电-气比例/伺服阀开口为正，伺服阀右位接通(如图2所示)，即气口1和气口2接通，气源对油箱充气，同时控制器控制第一路电-气比例/伺服阀开口为负，伺服阀左位接通(如图2所示)，即气口2和气口3接通，油囊向外排气，此时通过控制两路电-气比例/伺服阀的开度实现两路通道压力差范围控制，避免排气时产生压力冲击现象，实现缓慢降压保护油囊。

本发明中的比例伺服阀(即，比例/伺服阀，也称为伺服比例阀)，有几种工作的状态，分别为：气源与容腔相连通的导通状态、外界环境气体与容腔相连通的导通状态、以及关断状态(关断状态即为比例伺服阀保持封闭的状态，即，容腔在该比例伺服阀处保持封闭，即使存在气压差，流经该比例伺服阀的气体的流量也依然为0)。当比例伺服阀处于气源与容腔相连通的导通状态时，由于气源的气压值通常要大于容腔内的气压值，气源内的气体会从气源流向容腔内；当比例伺服阀处于外界环境气体与容腔相连通的导通状态时，由于容腔内的气压值通常大于等于外界环境气压(例如1个标准大气压)，当处于大于的条件下时，容腔内的气体会从容腔内流到外界环境中；当处于相等的条件下时，没有明显流经该比例伺服阀的气体。

本发明中的第一气源和第二气源可采用同一气源(如同一气瓶)，此时第一气源的最高气压与第二气源的最高气压两者相同，气源气体的种类不限。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。