Professzionális tömörségvizsgálat
Metzger Szabolcs – Honti Péter – AD-DA Kft.
A cikk átfogó ismertetést nyújt a tömörségvizsgálatnak kitett berendezések vizsgálati módszereiről, valamint beszámol egy piacvezető tömörségvizsgáló-berendezés működéséről és szolgáltatásairól.
Elvi alapok, mérési módszerek, mérőkészülékek
Az ipar egyre több területén alkalmazzák a termék gyártásközi vagy befejező műveleteként a tömörség- vagy más néven a szivárgásmérést. A legkülönbözőbb célú gyártmányok esetében is követelmény lehet a szivárgásmentesség, légzáróság. Ennek a vizsgálatnak az egyik legegyszerűbb és legolcsóbb módja, hogy a termék belső terét levegővel nyomás alá helyezik, és eközben víz alá merítve figyelik az alkatrész esetleges hibás részeiből felszálló légbuborékokat. A módszer előnye, hogy olcsó, és nemcsak a szivárgás ténye, hanem annak helye is meghatározható vele. Hátránya, hogy az ilyen vizsgálat erősen szubjektív, nagymértékben függ az emberi tényezőktől, lassú és nem automatizálható. Egyes gyártmányoknál a vízbe mártás pl. korróziós szempontból sem szerencsés, ha a termék normál üzemi körülményei között egyébként nem érintkezik vízzel.
A mai kor követelményeinek csak olyan vizsgálati megoldások felelnek meg, amelyek automatizálhatók, objektív, gyors és megbízható mérési eredményt szolgáltatnak, nem utolsósorban költséghatékonyak is. Ma a legelterjedtebb megoldást – a vizet és egyéb folyadékokat mellőző – pneumatikus szivárgásmérési módok jelentik.
A megoldás lényege, hogy a munkadarabot a technológiában előírt tesztnyomás alá helyezzük („feltöltés”), majd egy nyomásmérővel figyeljük az adott idő alatt bekövetkezett nyomásváltozást. A feltöltést követően nem kezdhetünk azonnal mérni, mert a bezárt levegőben még több-kevesebb ideig – hőtranziensek okozta – nyomásváltozások zajlanak le. A szivárgás miatti nyomáscsökkenés állandósult értékének eléréséhez szükséges időtartamot stabilizációs időnek nevezzük. Ha a méréskor a nyomáscsökkenés egy küszöbértéket meghalad, a munkadarab selejtnek minősül. A mérés végeztével természetesen a munkadarabot nyomásmentesíteni kell (leeresztés). Ez a technika összeállítható néhány szelep, egy nyomásszabályozó és egy manométer felhasználásával is. A probléma csupán az, hogy a jó daraboknál a várható nyomáscsökkenés több nagyságrenddel kisebb, mint maga a tesztnyomás, ez pedig egy analóg manométeren szemmel alig észrevehető. Használható mérési eredményt csak igen hosszú, tömeggyártásban elfogadhatatlan mérési idővel (több perc) kapnánk. Nagyfelbontású, digitális nyomásmérők használatával a helyzet sokkal jobb, ezeken már megfelelő pontossággal (pl. ±5%) mbar nagyságrendű nyomáscsökkenést is észlelhetünk.
A szivárgásmérő rendszerek másik fontos követelménye a mérőkör minden komponenseinek tömör zárása. Mivel a méréssel csak a munkadarab szivárgását kívánjuk érzékelni, minden más tömítetlenség meghamisítja a mérési eredményt. A feltöltő és leeresztő pneumatikus szelepek minősége különösen fontos, a szivárgásmérő rendszerekben a legtöbb bajnak ez a forrása. Tapasztalat szerint az általános célú – pneumatikus vezérlésű – szelepek sajátszivárgása ugyanabban a nagyságrendben van, mint amekkorát mérni szeretnénk, emiatt azok erre a feladatra teljesen alkalmatlanok.
Ha az előzőekben felsorolt komponenseket a hozzájuk tartozó vezérlő és értékelő elektronikával együtt egy egységbe építjük, akkor egy egyszerű, nyomáscsökkenésen alapuló szivárgásmérő készüléket kapunk, amit a nemzetközi szakirodalom „Pressure decay leak tester” néven ismer. Az ilyen készülékek viszonylag olcsók, kevésbé igényes szivárgásmérési feladatokra jól megfelelnek.
Ha a mérni kívánt szivárgás (nyomáscsökkenés) csak néhány Pa mértékű, a „pressure decay”-elven működő készülékek felbontása és pontossága már nem megfelelő. A megoldás a nyomáskülönbségen alapuló mérési módszer alkalmazása, amelynek
lényege, hogy csak a munkadarab szivárgásából adódó nyomáscsökkenést mérjük annak kezdeti feltöltési nyomásához képest. A vizsgálat elengedhetetlen feltétele, hogy egy ún. referenciakamrában – a feltöltés és stabilizálás után – a mérés kezdetekor uralkodó nyomást a mérési ciklus végéig meg kell őrizni. A mérés alatt a munkadarab és a referenciatartály között egy – általában néhány száz Pa méréshatárú – differenciál-nyomásmérő méri a nyomáskülönbséget. Belátható, hogy ezzel a módszerrel nagyobb pontosságot, nagyobb felbontást, jobb linearitást érhetünk el, de fontos, hogy a vizsgálat közben az előírt tesztnyomás állandóságát egy külön érzékelővel ellenőrizni kell.
Összefoglásként megállapítható, hogy mindkét bemutatott módszernél a mérési ciklus a következő elemekből áll (1. ábra - lásd fent - A tömörségvizsgálat folyamata): feltöltés („Fill”), stabilizálás („Stabilisation”), mérés („Test”), végül leeresztés („Dump”).
A mérőkészülékek felépítése, működése
Számos cég készít a fent vázolt elvek alapján működő mérőműszert, ezek közül a jelenleg piacvezető ATEQ cég termékeivel ismerkedünk meg részletesebben. Az ATEQ mérőkészülékeit – a több évtizedes fejlesztői tapasztalatnak köszönhetően – a kiforrott felépítés, a több millió mérési cikluson át tartó, megbízható működés, az alacsony karbantartási igény és a kiváló mérési pontosság jellemzi. Jelen cikkünkben a Magyarországon is legelterjedtebb ATEQ F520-jelű típus működését, főbb jellemzőit mutatjuk be.
A műszer a különbségi elv szerint működik, belső pneumatikus felépítését a 2. ábra mutatja. A sűrítettlevegő-hálózatból érkező levegő a szűrőn keresztül a nyomásszabályozóba jut, amely az alkalmazás követelményeinek megfelelően lehet mechanikus vagy elektronikus. A nyomásszabályozó feladata a tesztkörben a feltöltés során szükséges tesztnyomás beállítása.
2. ábra Az ATEQ F520-típusú műszer pneumatikus vázlata
A mérési ciklus indításakor megkezdődik a tesztkör és a referencia feltöltése. A feltöltés ideje függ a munkadarab belső térfogatától, a hozzávezető csövek hosszától és keresztmetszetétől. A feltöltés végén kezdődik a stabilizációs szakasz. A stabilizáció alatt a tesztkör és a referencia összeköttetésben van, hogy a mérés kezdetére a teljes rendszerben azonos nyomás alakuljon ki, és a nyomáslengések lecsillapodjanak.
A mérés kezdetekor a műszer szétválasztja a tesztkört és a referenciakamrát egymástól. Szivárgó munkadarab esetén a tesztkörben uralkodó nyomás fokozatosan csökken, emiatt az állandó értékű referenciához képest egy folyamatosan növekvő nyomáskülönbség alakul ki a differenciál-nyomásmérő két bemenete között. Ez a folyamat a készülék kijelzőjén mérés közben is figyelemmel kísérhető. A mérési idő leteltével a beállított határértékek és a mért nyomásesés függvényében a műszer kiértékeli az eredményt, és kijelzi, hogy a darab az előírásoknak megfelelt-e. Ezzel egy időben a stabilizációs és a leeresztő szelep is kinyit, megszüntetve ezzel a rendszer túlnyomását.
A differenciál-nyomásmérő méréshatára a készülékek többségénél tipikusan 500 Pa, rendelhető azonban 50 és 5000 Pa méréshatárral is. A szenzor kialakítása különleges, egy berillium anyagú membrán villamosan szigetelten helyezkedik el két fegyverzet között, és azokkal egy differenciálkapacitást alkot. Amelyik oldalon a nyomás kisebb, ahhoz az oldalhoz a membrán közelebb kerül, ott a kapacitás növekszik, a másik oldalon pedig értelemszerűen csökken. Az érzékelő áramköre egy kapacitásmérő, viszont a kijelzés már Pa nyomásegységben történik. A szenzor működési elvéből következik, hogy érzékeny a bejutó szennyeződésekre. Tipikusan víz vagy olaj kerülhet bele, leginkább akkor, ha az üzem sűrítettlevegő-rendszere központi olajozású, vagy leeresztés (Dump) közben a műszeren keresztül kiáramló levegő a munkadarabból szennyeződést hoz magával (pl. fémforgács, víz, emulzió stb.). A korábbi műszerekkel ellentétben az újabb készülékekben már szétszerelhető, kitisztítható kivitelű érzékelőt találunk, ezért az ilyen elszennyeződéses „balesetek” esetén már nincs szükség alkatrészcserére.
Az ATEQ F520-típusú készülék (3. ábra) sokoldalú szolgáltatást nyújt. Természetesen nemcsak az előbb említetett túlnyomással mérhetünk, hanem vákuummal is, sőt mindkettő lehetséges egy készüléken belül. Használható pl. laboratóriumban asztali műszerként, ugyanakkor a beépített digitális I/O-modulon keresztül összekapcsolható PLC-vel, ezáltal félautomata és automata gyártósorba is integrálható. Beépített RS232-csatlakozóján keresztül a mérési eredmények ASCII karaktersorozat formájában kinyerhetők, ugyanezen a csatlakozón vezérelési és paraméterezési lehetőséget kapunk a MODBUS-protokoll aktiválásával. Az opciós PROFIBUS-interfésznek köszönhetően a Siemens-alapú rendszerekbe csekély kábelezési munkával integrálható. Logikus, áttekinthető menürendszerében akár 64 különböző mérési program paramétereit tárolhatjuk el.
3.ábra: Az ATEQ F520-típusú készülék fényképe
Az ATEQ magyarországi képviseletét és a készülékek rendszeres, éves kalibrálását cégünk látja el immár több mint tíz éve. A hazai értékesítésen kívül teljes körű szervizhátteret, szaktanácsadást is nyújtunk ügyfeleinknek.
AD-DA Kft.
1124 Budapest, Fodor u. 90.
Tel.: +36 1 214 0400
Fax: +36 1 392 0579
E-mail:
www.adda.hu
