一种快速真空检漏系统与方法与流程

1.本发明涉及密封性检测技术领域，尤其涉及一种快速真空检漏系统与方法。


背景技术：

2.在食品、药品生产的工艺流程中，密封性检测是一项必不可少的质检环节。目前市面上的密封性检测主要为灯检、高压放电检测、真空衰减检测方法。高压放电检测对于样品物理性质要求较高，主要为密封包装不导电，内含溶液导电。因此对于一些不透明封装无法采用灯检的样品、且导电性不符合高压放电检测的样品多采用真空衰减法进行测试。虽然真空衰减法基本适用于检测所有密封产品，而且对于某些特定包装结构与材质具备不可替代性，但是真空衰减法检测时间长，对于仪器密封性要求高。所以目前为止，很少有采用真空衰减法进行全产品密封检测，多选为抽样检测。
3.真空衰减法进行全产品检测的难点主要分为两点，其一是真空衰减方法检测时间长。该方法通常分为三个阶段，第一阶段给检测室抽真空时进行判断，如果无法达到预设值则判断为大漏；第二阶段为保压阶段，如果在预设时间能无法达到参考真空度，为中漏；第三阶段为测试阶段，如果实际真空衰减率值大于参考值，则为小漏。该方法可以测试的微孔上限值较其他方法更小，但是测试阶段多，测试时间长一直被行业诟病。其二是对于检测系统密封性要求高。实际上，要能检测更小的微孔，对于背影压力即检测腔室的密封性要求极其严格，实验表明采用高密封腔室在检测1微米微孔时其信噪比已快接近1，此时数据可靠性大大降低。全产品测试需要真空腔室反复抽真空与泄压，基本难以达到检测小漏的密封性要求。更重要的是，在检测含液体密封包装时，不合格品导致的液体泄漏会残留在真空检测室内，将会对腔体抽真空度重复性造成严重影响，基本无法继续进行测试。而对腔体清洗，干燥将会耗费大量时间。即相对于10秒量级的检测时间，1分钟以上干燥时间严重影响了检测系统效率。


技术实现要素：

4.本方法为解决上述问题，从液体管道常出现的“水锤”现象出发，通过抽真空早期阶段判断是否产生“水锤”效应来判断检测样品是否泄漏。该方法对于腔体抽真空度重复性以及密封腔室密封性要求较低，能很好解决真空检测方法的全产品检测问题。“水锤”现象主要发生在管道阀门快速开合时会产生一个能量激波，对于管道和阀门具有很大的破坏性。其原理为，突然关闭阀门时，接近阀门端液体突然静止，远端液体由于具有惯性和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化在管道内引起压强过高的冲击，这种冲击波来回产生的力就像锤子敲打一样，因此被称为水锤。阀门的急速关闭对管壁和阀门产生正压力，称为正水锤。同理，当急速开启阀门时，对管壁产生负压，称为负水锤。该“水锤”现象同样会在密封包装泄漏时产生，密封包装在已抽真空的真空腔室内部，如果存在泄漏，当泄漏孔内外压差足够大时，泄漏通道变为突然开启。产生一个负压的冲击波，这个冲击波通过本专利装置可以被捕捉到，以此判定密封包装的密封性。利用“水锤”原理检测密封包装的密封性在
真空检漏领域实属首例。
5.本发明的目的是提供一种快速真空检漏系统。实现本发明目的的技术方案是：一种快速真空检漏系统，包括一端与真空泵连接的真空管道，所述真空管道依次设有用于控制真空管道通断的电磁阀yv1和用于检测所述真空管道压力的压力传感器，所述真空管道另一端并联设置有电磁阀yv2和电磁阀yv3，还包括第一空腔体、第二空腔体、内置待检测样品的检测腔体、内置参考实体的参考腔体和差压传感器，所述电磁阀yv2所在真空管道依次连通第一空腔体、电磁阀yv4、检测腔体，直至连通至差压传感器的正相；所述电磁阀yv3所在真空管道依次连通第二空腔体、电磁阀yv5、参考腔体，直至连通至差压传感器的负相。
6.作为优选，所述参考实体的体积大于待检测样品的体积。
7.本发明还提供一种采用所述快速真空检漏系统进行检漏的检漏方法，包括如下步骤：
8.步骤一：打开电磁阀yv1、电磁阀yv2、电磁阀yv3，关闭电磁阀yv4、电磁阀yv5，打开真空泵，待压力传感器达到设定阈值，电磁阀yv1关闭，并延时关闭真空泵；
9.步骤二：待一定时间第一空腔体和第二空腔体压力值相等且稳定后，同时关闭电磁阀yv2、电磁阀yv3；如果压力传感器不能维持稳定，系统关闭等待仪器检查，检查好后执行步骤一，如果压力传感器维持稳定，执行下一步骤；
10.步骤三：同时打开电磁阀yv4和电磁阀yv5，并开始记录差压传感器数据，所述差压传感器的数据为电流值，再根据所述电流值进行检漏判定。
11.作为优选，所述电流值检漏判定方法为：
12.步骤a：差压传感器信号电流值在预设时间内达到预设值，则判定为泄露；
13.步骤b：差压传感器信号电流值在预设时间内如果没有达到预设值，则进入下一步骤执行下一个判断模式；
14.步骤c:进入压力增速判断模式，利用离散数据进行插值判断，判断是否泄露。
15.作为优选，采用离散数据进行插值判断的具体方法为：
16.步骤a：将差压传感器的电流值数据按照采样频率进行导出，形成等间距离散数据；
17.步骤b：对所述等间距离散数据采用差分方法求一阶以及二阶导数，
18.步骤c：对一阶导数进行判断，小于预设值1的为漏气，且漏气孔隙半径大；如果大于预设值1，进入对二阶导数判断阶段，小于预设值2为漏气，漏气孔隙半径小；二阶导数大于预设值2为密封良好。
19.作为优选，提取的数据为电磁阀yv4和电磁阀yv5打开一定预设时间后的数据。
20.作为优选，电磁阀yv4和电磁阀yv5为三通电磁阀，检测完成后电磁阀yv4和电磁阀yv5与真空管道连通，并开启泄压，压力达到预设值后关闭泄压并断开电磁阀yv4和电磁阀yv5的管道连接。
21.作为优选，在预设时间内，检测差压传感器数值，当超过预设值后，将该检测数值作为“补偿值”补偿所述步骤a的预设值。
22.采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)该方法利用“水锤”效应实现真空系统的密封性检测，对于背景真空度的重复性没有太大要求，对于真空系统的密封性要求也不高，非常适用于真空系统反复开闭的全产品在线检测。
23.(2)该方法可以实现快速检测，在原真空检漏保压阶段无法判断的中漏，在现有技术的抽真空阶段就可以进行判断，大大缩短了判断时间。
24.(3)该方法可检测范围涵盖被检包装内含物为气体、液体、气液混合情况，对于含液体的密封样品具备更好的检测效果，且不用清理残液；实验数据表明，“水锤”效应在液体泄露时，数据变化更明显；原因是液体相对于气体具有更大的惯性，产生的激波更明显。
25.(4)本发明设置参考腔体，可消除激波对于压力场的扰动影响，从而进行普适性测试。
26.(5)本发明采用了检测数据的补偿值加入预设值内，可以消除液体挥发导致气压偏高的影响；可解决现有技术由于被污染的检测腔体内可能残余有液体，短暂的泄压之后再对检测腔体进行封闭，会导致检测腔体内的液体挥发，此时，检测腔体的压力便大于大气压力，从而引起差压传感器的一个误判的技术问题。
附图说明
27.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
28.图1为本发明抽真空系统示意图；
29.图2为检测不漏样品时，差压传感器在阀门开启后电流随时间变化；
30.图3为完好样品与漏气样品数据差异示意图。
具体实施方式
31.实施例一
32.图1为一种快速抽真空系统的示意图，yv表示电磁阀，用于控制真空管道8开合。检测腔体5内放置待检测样品51，参考腔体6内放置比待检测样品体积略大的参考实体61。值得指出的是由于被检样品体积难免存在微小差异，而差压传感器十分敏感，当被检样品不漏且体积大于参考实体时差压传感器负相压力大于正相压力，不显示数值，无法进行检测与判断，故参考实体体积应大于被检样品体积。直线为真空管道。真空泵1的作用为抽取管道气体达到一定真空度，电磁阀yv1用于控制真空管道主管道开启与关闭。一种快速真空检漏系统，包括一端与真空泵1连接的真空管道8，所述真空管道依次设有用于控制真空管道通断的电磁阀yv1和用于检测所述真空管道压力的压力传感器2，所述真空管道另一端并联设置有电磁阀yv2和电磁阀yv3，还包括第一空腔体3、第二空腔体4、内置待检测样品51的检测腔体5、内置参考实体61的参考腔体61和差压传感器7，所述电磁阀yv2所在真空管道依次连通第一空腔体、电磁阀yv4、检测腔体，直至连通至差压传感器的正相；所述电磁阀yv3所在真空管道依次连通第二空腔体、电磁阀yv5、参考腔体，直至连通至差压传感器的负相。
33.本发明还提供一种采用所述快速真空检漏系统进行检漏的检漏方法，包括如下步骤：
34.步骤一：打开电磁阀yv1、电磁阀yv2、电磁阀yv3，关闭电磁阀yv4、电磁阀yv5，打开真空泵，待压力传感器达到设定阈值，电磁阀yv1关闭，并延时关闭真空泵；
35.步骤二：待一定时间第一空腔体和第二空腔体压力值相等且稳定后，同时关闭电磁阀yv2、电磁阀yv3；如果压力传感器不能维持稳定，系统关闭等待仪器检查，检查好后执
行步骤一，如果压力传感器维持稳定，执行下一步骤；
36.步骤三：同时打开电磁阀yv4和电磁阀yv5，并开始记录差压传感器数据，所述差压传感器的数据为电流值，再根据所述电流值进行检漏判定。
37.作为优选，所述电流值检漏判定方法为：
38.步骤a：差压传感器信号电流值在预设时间内达到预设值，则判定为泄露；
39.步骤b：差压传感器信号电流值在预设时间内如果没有达到预设值，则进入下一步骤执行下一个判断模式；
40.步骤c:进入压力增速判断模式，利用离散数据进行插值判断，判断是否泄露。
41.作为优选，采用离散数据进行插值判断的具体方法为：
42.步骤a：将差压传感器的电流值数据按照采样频率进行导出，形成等间距离散数据；
43.步骤b：对所述等间距离散数据采用差分方法求一阶以及二阶导数，
44.步骤c：对一阶导数进行判断，小于预设值1的为漏气，且漏气孔隙半径大，将检测腔体标记为“污染”；
45.如果大于预设值1，进入对二阶导数判断阶段，小于预设值2为漏气，将检测腔体标记为“污染”漏气孔隙半径小；二阶导数大于预设值2为密封良好。关于预设值1和2，理论上两个预设值都应该为0，但是实际检测数据时，差压传感器精度高，环境噪音大等因素影响会导致检测数据出现波动。因此，根据实际情况预设值1和2往往略小于0。
46.本发明中提取的数据为电磁阀yv4和电磁阀yv5打开一定预设时间后的数据。采用压力增速判断模式进行判断下的泄露，只需对检测腔体进行简单的风吹干燥清理即可，大大缩短干燥清理时间。现有技术只能气体泄漏时才能用风吹的清理方式，液体泄漏时只能用其他复杂的如清洗的清理方式，而且以往的技术用在线检测不能做液体泄漏检测；而本发明由于应用了本系统，因而可以直接用风吹的干燥清理方式清理气体泄漏、液体泄漏和气液泄漏。
47.电磁阀yv4和电磁阀yv5为三通电磁阀，检测完成后电磁阀yv4和电磁阀yv5与真空管道连通，并开启泄压，压力达到预设值后关闭泄压并断开电磁阀yv4和电磁阀yv5的管道连接。
48.在预设时间内，检测差压传感器数值，未达到预设值，将原本检测腔体的“污染”标记清除；当超过预设值后，将该检测数值作为“补偿值”补偿所述步骤a的预设值。
49.在实施过程中，首先进入测试准备阶段：关闭电磁阀yv4和电磁阀vy5，打开电磁阀yv1、电磁阀yv2、电磁阀yv3，当压力传感器达到真空预设值，自动控制电磁阀yv1关闭。电磁阀yv2和电磁阀yv3在电磁阀yv1收到电磁阀yv1关闭信号后，延迟一定预设时间后同时关闭。采用多个电磁阀目的是为了延时一定时间，使得第一空腔体和第二空腔体的气体扩散稳定，且压力相等。设置空腔体的原因是真空泵抽气是一个缓慢的过程，如果直接用真空泵抽检测腔体与参考腔体，在抽真空阶段产生的压强梯度较小，无法实现“水锤”效应中“阀门”的快速开启，“水锤”现象不明显。检测阶段，电磁阀yv1、电磁阀yv2、电磁阀yv3保持关闭，同时开启电磁阀yv4和电磁阀yv5。在电磁阀开启前，空腔体内压强值明显低于大气压强，而检测腔体以及参考腔体内为大气压。开启电磁阀后，气体从参考腔体与检测腔体分别流入第二空腔体与第一空腔体，参考腔体与检测腔体压强急剧降低。差压传感器为单向检
测压差，其正相连通检测腔体，负相连接参考腔体。考虑判断泄露过程，如果密封包装存在泄漏，密封包装内气体溢出，检测腔体内压强大于参考腔体。在接近稳态过程中，检测腔体内压强始终大于参考腔体，且压强差值增速逐渐减小。此时主要通过判断差压传感器电流信号到达一定阈值，即参考腔体与检测腔体压强差值来判断密封包装泄露。当密封包装内溢出为少量液体时，或者前次检测腔体留有残液时，差压传感器电流阈值不能判断泄露。此时采用判断电流信号在递增过程中增速是否降低或趋于0，来判断泄露。
50.如图2所示，图2为检测不漏样品时，差压传感器在阀门开启后电流随时间变化，差压传感器的电流与压力成正比，差压传感器的检测量程为4～20ma。从图2可看出气体扩散至稳定时间很短，基本在3秒内完成，且扩散过程中电流增加速度从快到慢，最后趋于稳定值。
51.需要强调的是采用参考腔体的必要性，原因有多个方面。首先不采用参考腔体的话差压传感器需要用压力传感器替代，而压力传感器的测量精度没有差压传感器测量精度高，且精度高的压力传感器多为分段式，即测量绝对量程较短，不能进行普适性测试。压力传感器的成本比差压传感器的成本普遍偏高。其次，在打开电磁阀yv4和电磁阀yv5的过程中，同样会产生“正水锤”现象，为了消除激波对于压力场的扰动影响，采用参考腔体进行消除。
52.考虑到不同的检测样品最终效果不一样，以10ml口服液为实施例，并预制孔隙，观察完好样品与漏气样品数据差异。如图3所示，为10ml口服液完好样品(详见图3的sealed曲线)，孔隙通道在液体部分的样品(详见图3的liquid曲线)以及孔隙通道在气体部分的样品(详见图3的leak1、leak2、leak3曲线)在电磁阀yv4和电磁阀yv5开启后差压传感器电流显示。从该图可以看出，该实施例完好样品在5秒内完成气体扩散稳定，并保持在5.8ma左右，孔隙在液体部分样品稳定在7.4ma左右，孔隙在气体部分样品稳定在12ma左右。所述leak1、leak2、leak3曲线指示待检测样品为不同气体含量的电流变化情况(如口服液，里面含有不同含量的气体)。从最终稳定值可以判断液体和气体的泄露，最明显的可以判断出气体泄露。该实施五个样品的测试曲线中可以看出，样品孔隙不论是在空气部分泄露还是在液体部分泄露，都有明显的斜率降低。因此，可以通过本发明的系统和方法的数据处理判断泄露。
53.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。