Lektesters voor drukverval

Drukverval Lektest

Wat is een druk/vacuüm vervaltest?

Drukvervaltests meten de verandering in druk tussen de atmosferische druk en je testmonster onder druk. In tegenstelling tot sommige andere huidige methoden om lekken te testen, levert deze testmethode kwantitatieve informatie op, harde gegevenspunten die kunnen worden vastgelegd en op basis waarvan beslissingen kunnen worden genomen. Hierdoor wordt de afhankelijkheid van de operator opgeheven en kunnen specifieke aanvaardings-/verwerpingscriteria worden ingesteld, en deze methode is vrij eenvoudig te gebruiken. Het is snel; cycli van 2-4 seconden zijn haalbaar, maar houd er rekening mee dat de testtijd afhankelijk is van het volume. Het testen van drukverval is zo gevoelig als de beschikbare tijd voor de test. Drukverval kan vacuümtesten omvatten, aangezien een “vacuüm” slechts een druk onder de atmosfeer is. Alle verwijzingen naar “drukverval” hierna zijn evenzeer van toepassing op “vacuümverval”-testen.

Leidende vergelijkingen en verbanden

De volgende fundamentele vergelijkingen zijn essentieel om lekkage te meten en te werken met drukvervaltests.

Waarbij V het volume is van het medium dat het medium verlaat of binnenkomt en t de tijdsperiode is gedurende welke u de verandering in volume meet. Dit is de basisgaswet waarop alle lektests zijn gebaseerd. De leksnelheid wordt uitgedrukt in verschillende meeteenheden die in het algemeen aangeven of u een relatief hoge leksnelheid meet (bijvoorbeeld 10 cc/min) of een lage leksnelheid (bijvoorbeeld 1 x 10 -3 cc/sec).

Hierin is Q de stroomsnelheid door de opening, d de diameter van de opening, P1 en P2 de druk aan weerszijden van de opening, de soortelijke massa van het medium, k een dimensionale constante en T de temperatuur van het systeem. Om consistente metingen van de leksnelheid te verkrijgen, moet de temperatuur constant zijn en moet het gas zich in een toestand bevinden waarin het niet samendrukbaar is. Omdat materie in beide richtingen door een opening kan stromen, kunnen leksnelheden in het algemeen worden beoordeeld met behulp van druk of vacuüm.

Alle leksnelheidseenheden zijn bij standaard atmosferische omstandigheden (70 F, 14,7 psia)

Waarbij P de druk in het testsysteem is, V het inwendige volume van het systeem en t de testtijd. De gekozen meeteenheid bepaalt het lekdebiet (sccm, sccs, enz.).

Eenheden van meting:

Houd er rekening mee dat de meeteenheden voor leksnelheid worden uitgedrukt in debieten (bijvoorbeeld sccm, cc/sec) en dat de meeteenheden voor drukverval worden uitgedrukt in drukeenheden, zoals psig en InH2O.

Drukverval lektestcycli

De drukverval-lektesttestcyclus bestaat uit drie afzonderlijke fasen, de laad- en ontlaadtijden niet meegerekend. Het volgende schema illustreert het verband tussen deze fasen.

Laden en ontladen zijn de tijden die nodig zijn om uw onderdeel of pakket van het druk- en drukvervalmeetinstrument te ontkoppelen en te ontkoppelen. Hoewel deze perioden technisch gezien geen deel uitmaken van de eigenlijke testcyclustijd, moet er wel rekening mee worden gehouden om de tijd die nodig is om individuele onderdelen te testen realistisch te voorspellen. Opladen is de periode waarin het onderdeel onder druk wordt gebracht tot de vooraf bepaalde testdruk (of iets boven deze druk, zodat rekening kan worden gehouden met eventuele stabiliteitsveranderingen). Settle is de periode die het volume van het onder druk gebrachte onderdeel of pakket krijgt om te veranderen en te stabiliseren als gevolg van de spanningen die door de druk worden geïntroduceerd. Dit is vooral van cruciaal belang in het geval van flexibele materialen waarvan het volume aanzienlijk kan veranderen bij het onder druk brengen. Als dit een probleem is voor uw product, kunt u de bespreking over klemplaatbevestigingen in een later onderdeel van deze cursus bestuderen. De stabilisatieperiode geeft ook de tijd om de adiabatische temperatuurstijging (de warmte die ontstaat door de compressie van een gas) te stabiliseren. Test is de gegevensverzamelingsperiode waarin het drukverval wordt gemeten.

Bij de hierboven afgebeelde lektest met drukverval wordt de grafiek van de drukval (Y-as) over de tijd (x-as) de vervalcurve genoemd. TME gebruikt de vervalcurve in zijn “Test Plot” grafische weergave en in zijn “Memory Reference Curve” technologie, waarbij de vervalcurve voor een aanvaardbaar testonderdeel wordt bepaald en afkeurbeslissingen door het testinstrument worden genomen door de vervalcurve van de test te vergelijken met de aanvaardbare “geheugenreferentiecurve” voor het testonderdeel.

Massastroomtests op lekkage en obstructies

Massadebiettests maken gebruik van de intrinsieke eigenschappen van lucht om rechtstreeks te meten hoeveel lucht uit een gesloten systeem ontsnapt. Hoewel drukvervaltests vaak de voorkeursmethode zijn voor lektests, hebben massastroomtests verschillende voordelen, waaronder de snelheid van de test (1-2 seconden in plaats van de langere tijd die nodig is voor de hierboven beschreven drukvervalcyclus). Bovendien is de massastroomtest niet afhankelijk van temperatuur of luchtdichtheid, wat een probleem kan zijn voor de drukvervaltest.

Massastroomtests zijn een betere keuze voor het opsporen van obstructies in een testdeel met open uiteinden. In tegenstelling tot massastroomtests voor lekkage, wordt bij massastroomtests voor obstructies gebruik gemaakt van een continu debietmodel om de verstopping te berekenen in een apparaat met een open einde, zoals een medische katheter of een koelslang. Eventuele obstructies in het onderdeel zullen de luchtstroom door het toestel belemmeren, waardoor het onderdeel de test niet zal doorstaan. TME lek- en debiettesters kunnen worden geprogrammeerd om achtereenvolgens zowel een drukverval-lektest als een debiettest uit te voeren op een testonderdeel, waarbij wordt bevestigd dat het onderdeel geen lekken of obstructies vertoont.

Andere soorten occlusietests omvatten meting van de tegendruk of de drukval.

Statistische procedures voor drukvervaltestresultaten

Drukvervaltests leveren testresultaten op die kwantificeerbare, variabele statistische gegevens zijn. Kwantificering van informatie maakt het mogelijk de in de proeven verkregen gegevens op verschillende manieren te gebruiken, onder meer

1. Documentatie dat uw product voldoet aan de vereiste specificaties voor lekkage;
2. Validatie van uw testprotocol, vooral belangrijk in de sector fabricage/verpakking van medische hulpmiddelen;
3. Procescontrole.

Regelkaarten worden vaak gebruikt als hulpmiddel bij de beheersing van productieprocessen. Het doel van controlediagrammen is het proces in real time te bewaken, zodat als er iets fout gaat, dit kan worden opgemerkt en gecorrigeerd met een minimum aan verloren product. Met betrekking tot een gefabriceerd product waarop u bijvoorbeeld een lektest met drukverval uitvoert, is het concept achter controlediagrammen als volgt:

1. Een fabricageproces “onder controle” zal resulteren in drukvervalwaarden aan het einde van de test die consequent binnen een voorspelbaar bereik rond het gemiddelde vallen. Bovendien zal de gemiddelde waarde in de loop van de tijd niet merkbaar veranderen wanneer het proces “onder controle” is.
2. Een enkele waarde voor het drukverval aan het eind van de test wordt “x” genoemd. Het gemiddelde van de waarden over een bepaalde periode wordt het gemiddelde genoemd, of de “X-bar”. Het bereik van de t-testwaarden is het verschil tussen de maximum- en de minimumwaarde.
3. Omdat processen altijd enigszins variëren als gevolg van fabricage- en materiaalvariaties, zullen “goede” producttestwaarden op en neer gaan binnen een bereik rond de gemiddelde waarde. Dat bereik kan statistisch worden voorspeld met behulp van de gemiddelde testwaarde plus en min drie standaardafwijkingen (een maat voor de variatie die inherent is aan het proces). Het “aanvaardbare” bereik is de reeks eindwaarden van het drukverval die tussen de bovenste en de onderste controlegrens vallen. Deze controlegrenzen worden in het TME-testinstrument automatisch berekend aan de hand van de vorige testresultaten in de Datalog.
4. De gegevenspunten op de controlediagram bestaan uit subgroepen van testresultaten. Deze subgroepen kunnen zo klein zijn als twee tests, of zo groot als 20 tests. Subgroepen worden gebruikt om het effect van een testfout of een enkel slecht onderdeel tot een minimum te beperken.

Regelkaarten voor het gemiddelde (X-bar) kunnen de fabrikant op verschillende manieren helpen:

1. Als bijvoorbeeld een temperatuurprobleem in de fabricage-apparatuur leidt tot zwakker dan gebruikelijke sluitingen, zal de neerwaartse trend in de drukverval-testwaarden duidelijk zichtbaar zijn op de controlegrafiek, nog voordat het product het punt bereikt waarop het defect raakt. Dit geeft de bediener van de machine de gelegenheid om het temperatuurprobleem te corrigeren met weinig of geen verlies van product.
2. Verscheidene gegevenspunten buiten de controlegrenzen kunnen de bediener van de machine een aanwijzing geven dat zich in het proces een instabiliteit ontwikkelt die moet worden onderzocht voordat een grote hoeveelheid slecht product wordt geproduceerd.

Ook controlediagrammen voor het bereik (het verschil tussen de maximale barstwaarde en de minimale barstwaarde binnen een subgroep) kunnen worden gebruikt om vast te stellen wanneer het fabricageproces onregelmatig en inconsistent wordt.

Kalibratie vs. meting van het drukverval in lektesters

De vraag is gesteld wat de relatie is tussen “kalibratie” (nauwkeurigheid van de lekdetectietester) en “resolutie” (vermogen van de tester om een drukverschil – “verval” – te detecteren dat tijdens de lektest optreedt. Er bestaat met name verwarring over de vraag hoe de “resolutie” van het lektestsysteem 0,0001 psi kan zijn, ook al kan de “ijking” (nauwkeurigheid) van het instrument aanzienlijk groter zijn, zoals +/- 0,075 psi. Het antwoord op de vraag ligt in de definitie van deze twee parameters van lektesters met drukverval, en in het begrip van wat er gebeurt tijdens een lektest met drukverval.

Voor de vaststelling van lekken in een toestel met behulp van de “drukverval”-methode wordt het toestel onder druk gezet tot een vooraf bepaalde druk, wordt de drukbron afgesloten en wordt gedurende een vooraf bepaalde testtijd een drukverandering (“drukverval”) waargenomen. Moderne meetinstrumenten voor drukverval, zoals de TME Solution Leak Tester, zijn in staat om drukveranderingen van slechts 0,0001 psi te detecteren. Dit vermogen om drukveranderingen gedurende de testtijd te detecteren wordt gedefinieerd als de “resolutie” van het instrument. Dit staat los van de begindruk van de test (behalve in de speciale omstandigheid waarin een gespecificeerde lekkage als testcriterium wordt gebruikt).

Kalibratie daarentegen verwijst naar de nauwkeurigheid van de reproductie door de lektester van de gewenste testdruk voor de lektest. Als u bijvoorbeeld een lektest onder druk uitvoert met 50 psi als testdruk, zorgt een nauwkeurige kalibratie ervoor dat uw testinstrument die testdruk consequent reproduceert, in een specifieke reeks meeteenheden, onder een standaardreeks omstandigheden, telkens wanneer u test, binnen een variatiebereik dat wordt bepaald door de nauwkeurigheid van het instrument. TME-lektestinstrumenten worden gekalibreerd ten opzichte van een bekende “standaard” meter, gecontroleerd door een normalisatie-instituut zoals het National Institute of Standards Technology (NIST).

Samenvattend wordt de resolutie van het lektestsysteem gedefinieerd door het kleinste drukverschil (verval) dat het instrument consistent kan detecteren gedurende een vooraf bepaalde testtijd, ongeacht de begindruk van de lektest. De ijking van het instrument wordt gedefinieerd als de nauwkeurigheid van de testdruk die bij het begin van de lektest wordt toegepast. Voor alle praktische doeleinden zijn deze twee punten niet verwant, maar totaal gescheiden kenmerken van het lektestinstrument.

BIJLAGE A: Een overzicht van toepassingen voor de TME-druk- en vacuümlektesters

Automobiel Componenten Industrie:

Dit TME Solution Leak Test System is ontworpen om achtereenvolgens twee lektests met drukverval uit te voeren bij twee verschillende drukken op een elektronische connectorbehuizing. Het systeem bestaat uit een TME Solution Leak Tester met één poort en een aangepaste testopstelling met de bijbehorende lucht- en sensorleidingen. Wanneer een testobject op de juiste wijze in de testopstelling wordt geplaatst, voert het systeem automatisch een lektest uit van de holte van de connector, waarbij het membraan van de kleine bodemontluchting van het onderdeel wordt gesloten, en vervolgens wordt een tweede test van het verval bij lagere druk aan de oorspronkelijke test gekoppeld. Bij de test onder lagere druk wordt het onderdeel getest met het ontluchtingsmembraan open naar de atmosfeer.

Medische hulpmiddelen industrie: Testen van multi-lumen katheters

Dit systeem bestaat uit een pneumatisch bediende radiale afdichtingsopstelling die bestaat uit drie pneumatische afdichtingsklemmen. De afdichtingsklemmen zijn bedoeld om rond de buitendiameter van de katheter te sluiten en eventuele lekroutes van de distale tip en de proximale zijpoorten van de katheter af te dichten tijdens drukvervallekkage. De individuele posities van de zegelklemmen kunnen over de lengte van de katheter worden aangepast om de zijpoorten af te dichten. De afzonderlijke afdichtingsklemmen, aangeduid met Seal 1, Seal 2 en Seal 3, kunnen individueel in elke volgorde worden bediend via het menu “Poorten en afdichtingen”. De radiale afdichtingsfixatie wordt op maat gemaakt voor verschillende katheterlengtes.

Voedingsindustrie:

De klant produceert thermogevormde trays voor levensmiddelen. De behoefte bestond erin de verpakkingskwaliteit na het thermovormen te bevestigen en eventuele scheuren, gaten of defecten in de tray op te sporen vóór het vullen. De lege bak past over een verhoogde rechthoek op de basis van de armatuur en de randen worden met handklemmen aan de armatuur vastgemaakt. Vervolgens wordt een directe lektest uitgevoerd door druk uit te oefenen via de verhoogde rechthoek in de luchtruimte binnenin de bak. Het doel van de verhoogde rechthoek waarop de schaal is gemonteerd, is de luchtruimte die onder druk moet worden gezet zo klein mogelijk te houden, waardoor de gevoeligheid wordt verhoogd en de testduur wordt verkort. Deze armatuur kan worden aangepast om te worden toegepast op elke vorm van stijve, niet-poreuze verpakkingen of producten die op het platte oppervlak van de armatuur kunnen worden verzegeld.

BIJLAGE B: Technische hulp – Verband tussen hoogte en druk