本發(fā)明涉及用于校準(zhǔn)用于泄漏檢測(cè)的薄膜腔的方法和裝置。

背景技術(shù)：

薄膜腔是測(cè)試腔體的一種特殊形式，用于容納待進(jìn)行密封性能測(cè)試的測(cè)試目標(biāo)。所述薄膜腔的特征在于以下的實(shí)際情況：至少一個(gè)腔壁部分由柔性材料(薄膜)制成。將要被測(cè)試是否存在泄漏的測(cè)試目標(biāo)被放置在所述薄膜腔內(nèi)部，且所述薄膜腔隨后被抽空。在抽空所述薄膜腔的期間，空氣器被從所述薄膜腔中抽出，從而導(dǎo)致所述柔性的薄膜腔腔壁緊貼到所述測(cè)試目標(biāo)上。一種特別合適的薄膜腔包括兩個(gè)薄膜膜層，它們包圍所述測(cè)試目標(biāo)并且在它們的邊緣部分以氣密的方式被彼此連接。在抽空所述薄膜腔的期間，除了殘留的死區(qū)容積之外，所述薄膜被吸附在所述測(cè)試目標(biāo)上。通過壓力傳感器，所述壓力特性隨后在處于所述測(cè)試目標(biāo)之外的區(qū)域中的所述薄膜腔內(nèi)被測(cè)量。如果氣體通過所述測(cè)試目標(biāo)中的泄漏處從所述測(cè)試目標(biāo)中逸出，相應(yīng)的被測(cè)得的壓力增量就被用作泄漏的指示。在這方面上，泄漏速率可以基于所述壓力增量而被測(cè)量。為了這個(gè)目的，所述薄膜腔容積，也就是被所述薄膜腔包圍的內(nèi)部容積，必須是已知的。在抽空之后存在的所述薄膜腔容積取決于所述測(cè)試目標(biāo)的尺寸和形狀。當(dāng)所述薄膜沒有完美地緊貼到所述測(cè)試目標(biāo)上時(shí)，就會(huì)形成死區(qū)容積。

所述薄膜腔本身例如通過從所述薄膜腔腔壁上進(jìn)行脫氣的元件將氣體輸送到所述薄膜腔容積中。這會(huì)導(dǎo)致所述薄膜腔內(nèi)部的壓力增加(即補(bǔ)償壓力增量)。所述補(bǔ)償壓力增量和所述薄膜腔的死區(qū)容積會(huì)影響整體上的泄漏速率。這就會(huì)導(dǎo)致對(duì)泄漏速率的判斷發(fā)生錯(cuò)誤。傳統(tǒng)上，為了避免這類錯(cuò)誤，使用密封的測(cè)試目標(biāo)的預(yù)先測(cè)量會(huì)被執(zhí)行，以便檢測(cè)所述補(bǔ)償壓力增量和所述死區(qū)容積。在該手段中，即使存在死區(qū)容積，所述死區(qū)容積只有通過在實(shí)際測(cè)量之前的與產(chǎn)品相關(guān)的校準(zhǔn)才能被確定。當(dāng)所述測(cè)試目標(biāo)被改變時(shí)，例如在抽樣測(cè)試中，或者當(dāng)所述測(cè)試目標(biāo)的數(shù)量改變時(shí)，在先進(jìn)行的與產(chǎn)品相關(guān)的校準(zhǔn)是不夠精確的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于校準(zhǔn)薄膜腔的改進(jìn)的方法和改進(jìn)的裝置。

本發(fā)明的所述裝置由權(quán)利要求1的特征限定。本發(fā)明的所述方法由權(quán)利要求5的特征限定。

根據(jù)本發(fā)明，薄膜腔的內(nèi)部空間，也就是被所述薄膜腔包圍的薄膜腔容積，被與由校準(zhǔn)腔包圍的校準(zhǔn)容積以氣體傳導(dǎo)的方式連接。校準(zhǔn)閥被設(shè)置在所述薄膜腔和所述校準(zhǔn)腔之間，通過所述校準(zhǔn)閥，所述薄膜腔和所述校準(zhǔn)腔之間的氣體傳輸通路在抽空所述薄膜腔的期間被關(guān)閉。在所述薄膜腔已經(jīng)被抽空之后，并且在所述薄膜內(nèi)的壓力變化被壓力傳感器測(cè)量時(shí)，所述校準(zhǔn)閥被打開；其中，當(dāng)打開所述校準(zhǔn)閥時(shí)，所述校準(zhǔn)腔內(nèi)部的壓力高于或低于被抽空的薄膜腔內(nèi)部的壓力。

在所述校準(zhǔn)閥已經(jīng)被打開之后，氣體從所述校準(zhǔn)腔流動(dòng)到所述薄膜腔中(反之亦可)，導(dǎo)致所述薄膜腔內(nèi)部的壓力突然增加或下降。這種壓力變化可以被稱為突然的壓力沖擊。所述壓力沖擊與所述薄膜腔容積成正比。在薄膜腔為全空，也就是沒有測(cè)試目標(biāo)的情況下，所述薄膜腔容積就是所述薄膜腔的完整的內(nèi)部容積。當(dāng)測(cè)試目標(biāo)被容納在所述薄膜腔中時(shí)，所述薄膜腔容積就是所述薄膜腔的在所述測(cè)試目標(biāo)之外的區(qū)域中的剩余體積?；谒鰤毫_擊，在每次測(cè)量中由所述壓力增量精確地確定相應(yīng)的當(dāng)前薄膜腔容積，并且從而確定泄漏速率，是可行的。在這種情況下在先的單獨(dú)的校準(zhǔn)測(cè)量不再被需要。

所述校準(zhǔn)容積應(yīng)該是較大的，從而使得根據(jù)使用的傳感器，所述壓力沖擊可以被較好地測(cè)量。所述校準(zhǔn)容積應(yīng)該是所述薄膜腔容積的至少1/1000，并且優(yōu)選地處于所述薄膜腔容積的1/200到1/100之間的范圍內(nèi)。在所述薄膜腔容積為大約100cm³時(shí)，所述校準(zhǔn)容積可以特別地處于從0.5cm³到1cm³之間的范圍內(nèi)。在打開所述校準(zhǔn)閥之前，接近于大氣壓的壓力(大約1bar)將會(huì)在所述校準(zhǔn)腔內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。在所述校準(zhǔn)閥已經(jīng)被打開之后，這將導(dǎo)致所述薄膜腔中出現(xiàn)大約10mbar的可以被較好地測(cè)量的壓力增量。

所述薄膜腔容積可以根據(jù)打開所述校準(zhǔn)閥之前的所述校準(zhǔn)腔內(nèi)的壓力(如上所述，優(yōu)選為大氣壓)和所述校準(zhǔn)閥已經(jīng)被打開之后的所述薄膜腔內(nèi)的壓力之間的差值來確定。所述壓力差值被除以所述校準(zhǔn)閥已經(jīng)被打開之后的所述薄膜腔內(nèi)的壓力和打開所述校準(zhǔn)閥之前的所述薄膜腔內(nèi)的壓力之間的差值。由這兩個(gè)壓力差值算出的商數(shù)被乘以所述校準(zhǔn)容積從而算出所述測(cè)試目標(biāo)之外的區(qū)域中的所述薄膜腔容積。

優(yōu)選地，所述薄膜腔容積和所述校準(zhǔn)容積被限定尺寸，使得在所述校準(zhǔn)閥已經(jīng)被打開之后的所述薄膜腔內(nèi)的壓力明顯低于所述校準(zhǔn)容積內(nèi)的壓力。優(yōu)選地，在打開所述校準(zhǔn)閥之前的所述薄膜腔內(nèi)的壓力應(yīng)該比所述校準(zhǔn)腔內(nèi)的壓力低至少10倍。所述薄膜腔容積之后就可以根據(jù)由打開所述校準(zhǔn)閥之前的所述校準(zhǔn)容積內(nèi)的壓力和打開所述校準(zhǔn)閥時(shí)的所述薄膜腔中的壓力沖擊Δp算出的商數(shù)乘以所述校準(zhǔn)容積而被計(jì)算出來。打開所述校準(zhǔn)閥時(shí)的所述薄膜腔中的所述壓力沖擊為所述校準(zhǔn)閥已經(jīng)被打開之后的所述薄膜腔的壓力和打開所述校準(zhǔn)閥之前的所述薄膜腔的壓力之間的差值。

僅僅在薄膜腔的內(nèi)部容積已知的基礎(chǔ)上，所述測(cè)試目標(biāo)的泄漏速率可以由所述腔體中的壓力增量來確定，所述壓力增量由測(cè)試目標(biāo)中的泄漏引起。處于被抽空的狀態(tài)下的空腔的薄膜腔容積優(yōu)選地由使用已校準(zhǔn)的泄漏測(cè)試手段的校準(zhǔn)方法確定。

還有可能根據(jù)被測(cè)得的壓力沖擊確定所述薄膜腔是空的還是容納有測(cè)試目標(biāo)。較小的壓力沖擊表明了薄膜腔內(nèi)存在測(cè)試目標(biāo)，反之較大的壓力沖擊表明薄膜腔是空的，沒有測(cè)試目標(biāo)，因?yàn)樵诔榭杖菁{有測(cè)試目標(biāo)的薄膜腔之后，死區(qū)容積比空薄膜腔的情況下更大。

基于所述壓力沖擊和/或基于被確定的所述薄膜腔容積(死區(qū)容積)，進(jìn)一步得出所述薄膜腔中的測(cè)試目標(biāo)的形狀、尺寸和/或數(shù)量也是可能的。

附圖說明

以下是參考附圖的本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施方式的詳細(xì)描述。在所述附圖中：

圖1為處于第一操作狀態(tài)下的第一實(shí)施方式的示意圖；

圖2示出了所述第一操作狀態(tài)下的壓力特性；

圖3示出了處于第二操作狀態(tài)下的圖1的示意圖；

圖4示出了處于所述第二操作狀態(tài)下的壓力特性；

圖5示出了處于第三操作狀態(tài)下的圖1的示意圖；

圖6示出了處于所述第三操作狀態(tài)下的壓力特性；

圖7示出了處于第四操作狀態(tài)下的圖1的示意圖；

圖8示出了處于所述第四操作狀態(tài)下的壓力特性；

圖9為處于操作狀態(tài)下的第二實(shí)施方式的示意圖；以及

圖10示出了圖9的所述操作狀態(tài)下的壓力特性。

下面的描述參考的是圖1-8中示出的所述第一實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

所述薄膜腔12由兩個(gè)薄膜膜層14、16構(gòu)成，所述薄膜膜層14、16包圍測(cè)試目標(biāo)18并且在所述測(cè)試目標(biāo)的邊緣部分以氣密的方式彼此連接。所述薄膜膜層14、16包圍所述薄膜腔12的內(nèi)部空間中的薄膜腔容積20。在圖1中，所述薄膜腔容積20是所述測(cè)試目標(biāo)18之外的區(qū)域中的所述薄膜腔12內(nèi)部的容積。

氣體管線22以氣體傳導(dǎo)方式將所述薄膜腔12的內(nèi)部空間經(jīng)由排氣閥24與真空泵26連接、經(jīng)由測(cè)量閥28與壓力傳感器39連接、經(jīng)由通風(fēng)閥32與環(huán)繞所述薄膜腔的大氣連接、以及經(jīng)由校準(zhǔn)閥34與校準(zhǔn)腔36連接。

所述校準(zhǔn)腔36包圍有校準(zhǔn)容積，所述校準(zhǔn)容積最初被處于大氣壓力下的空氣充滿。所述校準(zhǔn)閥34最初是關(guān)閉的。在附圖中，閥門的打開狀態(tài)被用顯示為被填充的符號(hào)的閥門來表示，而閥門的關(guān)閉狀態(tài)被用顯示為未被填充的符號(hào)的閥門來表示。在圖1中示出的第一操作狀態(tài)下，所述測(cè)量閥28、所述通風(fēng)閥32和所述校準(zhǔn)閥34被關(guān)閉。另一方面，所述排氣閥24被打開。在圖1中示出的所述第一操作狀態(tài)下，所述測(cè)試目標(biāo)18處于被氣密性地封閉的薄膜腔中，同時(shí)當(dāng)所述排氣閥24被打開時(shí)，所述真空泵26通過所述氣體管線22抽空所述薄膜腔12。

圖2示出了在抽空期間在所述薄膜腔12中產(chǎn)生的壓力特性。隨著所述測(cè)量閥28打開，所述壓力傳感器30將會(huì)測(cè)量圖2中的所述壓力特性。然而在圖1中，所述測(cè)量閥28在抽空所述薄膜腔12的期間是關(guān)閉的，以避免損傷所述壓力傳感器30.

圖3示出了抽空所述薄膜腔12之后的后續(xù)操作狀態(tài)。所述排氣閥24被關(guān)閉(被顯示為未被填充的)而所述測(cè)量閥28被打開(被顯示為被填充的)。所述被氣密性地封閉的薄膜腔容積20從而被與所述壓力傳感器30連接。如圖4中所示，所述壓力傳感器30持續(xù)地測(cè)量所述薄膜腔12中的壓力增量。所述壓力增量可能一方面是由所述測(cè)試目標(biāo)18中的泄漏引起的，而另一方面也可能是由補(bǔ)償壓力引起的。所述補(bǔ)償壓力的增量是一種壓力增量，其并非由所述測(cè)試目標(biāo)18中的泄漏引起的，而是由其他的物理效應(yīng)例如以氣態(tài)逸出所述薄膜腔腔壁的氣體分子引起的。

在抽空所述薄膜腔12(第一操作狀態(tài))及打開所述測(cè)量閥28(第二操作狀態(tài))之后，所述校準(zhǔn)閥34現(xiàn)在也被打開。該第三操作狀態(tài)被示出在圖3中?？諝馔ㄟ^所述氣體管線22從所述校準(zhǔn)腔36經(jīng)過打開的所述校準(zhǔn)閥34流動(dòng)到所述薄膜腔12中。由于所述薄膜腔12中的真空和所述校準(zhǔn)腔36中的大氣壓力之間的巨大壓力差異，在所述校準(zhǔn)閥34已經(jīng)被打開之后，所述薄膜腔12中的壓力會(huì)突然增加。該壓力沖擊Δp被示出在圖6中，并且被所述壓力傳感器30測(cè)量。所述壓力沖擊Δp為所述校準(zhǔn)閥34已經(jīng)被打開之后的所述薄膜腔12中的壓力p_G和打開所述校準(zhǔn)閥34之前的所述薄膜腔12中的壓力p_F之間的差值：

Δp＝(p_G-p_F)

薄膜腔12中和所述校準(zhǔn)腔36中的氣體的總量在打開所述校準(zhǔn)閥之前和之后都保持不變，因此以下的公式成立：

p_G(V_F+V_V)＝p_FV_F+p_VV_V,

其中：

p_G為在所述校準(zhǔn)閥34已經(jīng)被打開之后的所述薄膜腔12中的壓力；

V_F為待確定的所述薄膜腔容積20；

V_V為所述校準(zhǔn)腔36中的所述校準(zhǔn)容積37(其處于不包含測(cè)試目標(biāo)的所述薄膜腔容積的1/1000到1/100之間的范圍內(nèi))；以及

p_V為打開所述校準(zhǔn)閥34之前的所述校準(zhǔn)腔36中的壓力(即大氣壓力，大約為1bar)。

基于所述壓力沖擊Δp＝p_G–p_F，所述薄膜腔容積20可以被根據(jù)所述壓力沖擊計(jì)算如下：

優(yōu)選的，即使在打開所述校準(zhǔn)閥34之后，所述薄膜腔12中的壓力會(huì)明顯低于打開所述校準(zhǔn)閥34之前的所述校準(zhǔn)腔36中的壓力，從而p_G<<p_V。在這種情況下，對(duì)于待確定的所述薄膜腔容積20，以下的公式近似地成立：

基于所述壓力沖擊Δp，就可以確定在抽空所述薄膜腔12之后在所述薄膜膜層14、16和所述測(cè)試目標(biāo)18之間產(chǎn)生的所述死區(qū)容積V_F。

在所述測(cè)量之后，所述薄膜腔12和所述校準(zhǔn)腔36被通過在打開所述校準(zhǔn)閥34之外還打開所述通風(fēng)閥32而排空。此處，圖7中所示的操作狀態(tài)被獲得。

以下的描述涉及在圖9及10中所示的第二實(shí)施方式。

所述第二實(shí)施方式不同于所述第一實(shí)施方式的地方僅在于所述校準(zhǔn)36的腔壁38具有測(cè)試性的泄漏部40，其具有預(yù)設(shè)的泄漏速率。所述測(cè)試性的泄漏部40為毛細(xì)管形式的測(cè)試性泄漏部。在所述壓力沖擊Δp之后，所述測(cè)試性的泄漏部40引起圖10中的最右側(cè)所示的進(jìn)一步的線性的壓力增加，其可以被用來校準(zhǔn)整個(gè)系統(tǒng)。這樣，在所述第二實(shí)施方式中，在所述薄膜腔容積20已經(jīng)被根據(jù)所述壓力增量Δp確定之后，所述測(cè)試性的泄漏部40的所述線性壓力增量就可以被用來精確地計(jì)算所述測(cè)試目標(biāo)的泄漏速率。由于所述測(cè)試性的泄漏部40的泄漏速率是一致的，由所述測(cè)試性的泄漏部40導(dǎo)致的所述線性壓力增量的變化率就使得根據(jù)如圖4中所示的壓力增量或者根據(jù)所述壓力沖擊Δp來精確地計(jì)算所述測(cè)試目標(biāo)的泄漏速率是可能的。