DE19652832A1

DE19652832A1 - Leckagemeßvorrichtung

Info

Publication number: DE19652832A1
Application number: DE19652832A
Authority: DE
Inventors: Makoto Yamaguti; Masahiro Matsuyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: US5834631A; DE19652832B4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leckage meßverfahren und eine dasselbe anwendende Leckagemeßvor richtung.

Bislang gibt es zum Messen einer Leckage aus einem Pro dukt, das eine Luftundurchlässigkeit bzw. Dichtheit erfor dert, zwei Verfahren, nämlich ein Druckabfallverfahren und ein Druckdifferentialverfahren. Im Druckabfallverfahren wird aus einem Druckabfall in einem Leckagemeßsystem, in welchem sich ein Meßgegenstand in einem luftdicht abge schlossenen Zustand befindet, die Leckage nach dem Aufbrin gen eines bestimmten Drucks auf den Gegenstand gemessen. Im Differentialdruckverfahren wird aus einer Druckdifferenz zwischen einem Mustergegenstand als Referenz und dem Gegen stand, an dem die Messung durchzuführen ist, die Leckage gemessen.

Bei diesen Verfahren zum Messen einer Leckage, wobei wie vorstehend beschrieben eine Druckänderung zum Einsatz kommt, muß jedoch, um die Genauigkeit der Messung zu ver bessern, die Druckänderung vergrößert werden. Eine große Druckänderung kann jedoch eine Volumenänderung in einem Rohr, einer Spannvorrichtung oder dergleichen verursachen oder eine Änderung in einem Prüfdruck hervorrufen. Daher ist es schwierig, speziell eine geringfügige Leckagemenge mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen. In der JP-A- 56-126734 wurde eine andere Leckagemessvorrichtung vorge schlagen, die von einer Membran Gebrauch macht, wobei je doch die Leckage nicht direkt gemessen werden kann.

Um die Leckage mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen, ist es zudem wichtig, daß der Prüfdruck auf einem konstanten Wert gehalten wird. Beim Anordnen des Gegen stands, an dem die Messung durchzuführen ist, kann jedoch eine Volumenänderung hervorgerufen werden und der Innen druck variieren. Daher ist es schwierig, den Prüfdruck si cher zu stabilisieren.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Probleme verwirklicht; eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leckagemeßverfahren sowie eine dasselbe anwendende Vorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, eine geringe Leckagemenge mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Leckage messvorrichtung zum Messen einer Leckagegröße bzw. einer Leckagemenge aus einem Gegenstand eine Meßunterlage, an der der Gegenstand angebracht ist, eine Druckerzeugungs bzw. Druckaufbringvorrichtung, um ein Meßmedium unter Druck zu setzen und das Meßmedium mit einem bestimmten Druck auf den Gegenstand aufzubringen, eine Volumenmessein richtung, die eine Membran aufweist, mit dem Gegenstand derart in Fluid-Verbindung steht, daß eine Meßmedium leckage aus dem Gegenstand an die Membran übertragen wird, die einer Änderung eines Leckagevolumens entsprechend ver setzt wird, und ein den Versetzungsbetrag der Membran ange bendes Signal ausgibt, sowie eine Berechnungseinheit zum Berechnen des Leckagevolumens in Abhängigkeit vom Signal von der Volumenmesseinrichtung auf. Die Leckagemeßvorich tung weist ferner eine zweite Druckaufbringvorrichtung zum Einleiten eines Meßmediums mit einem bestimmten Prüfdruck in ein Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand und der Vo lumenmesseinrichtung, ein Schließventil zum Schließen bzw. Unterbrechen einer Verbindung zwischen der zweiten Druck aufbringvorrichtung und dem Verbindungsrohr sowie eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer Änderung des Signals der Volumenmesseinrichtung bei geschlossenem Ventil auf.

Da das Leckagevolumen aus der Volumenänderung des Meßmediums direkt gemessen werden kann, kann das Leckagevolu men auf diese Weise gemessen werden, ohne dabei von einer Druckänderung beeinflußt zu werden; ferner kann die Genau igkeit der Messung verbessert werden. Zudem kann eine de fekte Dichtung im Meßsystem durch das Überwachen der Volu menänderung des Meßmediums erfaßt werden.

Die Leckagemessvorrichtung kann vorzugsweise ferner ei ne mit der Volumenmesseinrichtung in Fluid-Verbindung ste hende Stabilisiereinrichtung aufweisen, um einen Einfluß einer äußeren Störung auf die Membran der Volumenmessein richtung zu unterdrücken. Die Stabilisiereinrichtung kann ferner einen luftdicht abgeschlossenen Behälter mit einem Volumen aufweisen, das in ausreichendem Maß größer ist als eine durch den Versetzungsbetrag der Membran definierte Vo lumenänderung.

Die Leckagemessvorrichtung kann vorzugsweise ferner ei ne zwischen dem Gegenstand und der Volumenmesseinrichtung befindliche Schutzvorrichtung zum Schutz der Membran auf weisen, um zu verhindern, daß die Leckage des Meßmediums an die Membran geleitet bzw. übertragen wird, wenn das Leckagevolumen des Meßmediums größer ist als ein bestimm ter Wert. Dementsprechend wird eine Beschädigung der Mem bran durch eine übermäßige Leckagemenge verhindert.

Die Leckagemessvorrichtung kann vorzugsweise ferner ei nen Drucksensor zum Erfassen eines auf die Membran übertra genen Leckagedrucks des Meßmediums aufweisen. Dementspre chend kann eine Unannehmlichkeit verhindert und das Lecka gevolumen mit einem hohen Grad an Stabilität gemessen wer den.

Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfin dung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungs figuren aus einem besseren Verständnis der nachstehend be schriebenen bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.

Nachstehend erfolgt eine kurze Beschreibung der Zeich nung, wobei

Fig. 1 ein Blockschema ist, das eine Leckagemessvor richtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungs form zeigt,

Fig. 2 ein erläuterndes Schema zur Verdeutlichung des Grundprinzips der Leckagemessung in der ersten Ausführungs form ist,

Fig. 3 eine graphische Abbildung ist, die einen Zusam menhang zwischen einem Versetzungsbetrag einer Membran und einer Volumenänderung zeigt,

Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, die einen Verset zungsbetrag h und einen Radius r der Membran zeigt,

Fig. 5 ein Blockschema ist, das eine Abwandlung der er sten Ausführungsform zeigt,

Fig. 6 ein Blockschema ist, das eine Leckagemessvor richtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungs form zeigt,

Fig. 7 ein Blockschema ist, das eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt,

Fig. 8 ein Blockschema ist, das eine Leckagemessvor richtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt,

Fig. 9 eine schematische Ansicht ist, die einen Haupt abschnitt der Leckagemessvorrichtung gemäß der dritten Aus führungsform zeigt, und

Fig. 10 eine weitere schematische Ansicht ist, die ei nen Hauptabschnitt der Leckagemessvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nun die er findungsgemäßen Ausführungsformen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Leckagemessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 schützt eine Versetzungsreguliervorrichtung 2 eine Membran-Volumenmesseinrichtung 1 vor einer übermäßigen Be lastung. Ein Gegenstand 4, an dem die Messung durchzuführen ist, ist an einer Meßunterlage 3 luftdicht angebracht. Ei ne Stabilisiereinrichtung 5 steht mit der Membran-Volumen messeinrichtung in Verbindung.

Ein Leckagemeßsystem 7 ist derart aufgebaut, daß die Meßunterlage 3, die Versetzungsreguliervorrichtung 2, die Membran-Volumenmesseinrichtung 1 sowie die Stabilisierein richtung 5 über Fluidwege 6a bis 6c in dieser Reihenfolge luftdicht angeschlossen sind. Eine Druckerzeugungs- bzw. Druckaufbringvorrichtung 8 setzt ein Leckagemeßmedium un ter Druck und beaufschlagt den an der Meßunterlage 3 ange brachten Gegenstand mit dem Leckagemeßmedium. Das Meßmedium kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein.

Im Fluidweg 6a, der die Membran-Volumenmesseinrichtung 1 mit der Versetzungsreguliervorrichtung 2 verbindet, ist ein Öffnungs-/Schließventil 9 eingerichtet, das mit der At mosphäre in Verbindung steht. Ferner ist an der Meßunter lage 3 bzw. an der Stabilisiereinrichtung 5 jeweils ein Schließventil 10 bzw. 11 vorgesehen. Daneben ist an der Meßunterlage 3 desweiteren ein Drucksensor 12 zum Erfassen eines Innendrucks des Leckagemeßsystems 7 eingerichtet. Signale, die von der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 und dem Drucksensor 12 ausgegeben werden, werden in eine Verar beitungseinheit 13 eingegeben. Die Verarbeitungseinheit 13 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichereinrich tungen RAM, ROM oder dergleichen und Eingabe-/Aus gabeschnittstelleneinrichtungen auf (wobei diese Kompo nenten in der Figur nicht dargestellt sind). Die Verarbei tungseinheit führt zur Berechnung eines Leckageausmaßes bzw. einer Leckagemenge ein bestimmtes Verarbeitungspro gramm durch und überwacht in Abhängigkeit von dem durch den Drucksensor 12 gemessenen Innendruck des Leckagemeßsystems 7 eine Anomalie an der Stelle, an der der Gegenstand 4 an der Meßunterlage 3 angebracht ist, sowie eine Betriebsan omalie der Versetzungsreguliervorrichtung 2. Die Verarbei tungseinheit führt ferner beim Erfassen der Anomalie an der Stelle, an der Gegenstand 4 angebracht ist, oder der Be triebsanomalie der Versetzungsreguliervorrichtung 2 einen Sperr- bzw. Verriegelungsprozeß durch. Der Drucksensor 12 wird so gewählt, daß dessen Druckaufnahmeabschnitt eine ge genüber der Druckänderung schwache bzw. geringfügige Volu menänderung aufweist, so daß ein Einfluß auf die Leckage messung ausgeschlossen wird.

Die Membran-Volumenmesseinrichtung 1 ist in zwei Körper 21a bzw. 21b aufgeteilt, die sich jeweils auf der linken bzw. rechten Seite befinden; zwischen den Körpern 21a und 21b erstreckt sich eine Membran 22 luftdicht. Die Membran 22 ist so gewählt, daß sie auf eine durch die Fluidwege 23a und 23b übertragene geringfügige Volumenänderung empfind lich reagiert. Die Membran kann vorzugsweise aus einem Ma terial SUS410 mit einer Dicke von 0,05 mm hergestellt sein. An den Körpern 21a bzw. 21b sind jeweils konkave Abschnitte 24a bzw. 24b ausgebildet, in welchen die Membran 22 ver setzt wird, wobei die konkaven Abschnitte 24a bzw. 24b je weils mit den Fluidwegen 23a bzw. 23b in Verbindung stehen. Wenn aus dem Gegenstand 4 das Leckagemeßmedium austritt, wird die Membran 22 der Volumenänderung des Leckagemeßme diums entsprechend geringfügig versetzt. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Größe bzw. der Betrag der geringfügi gen Versetzung der Membran 22 über einen Versetzungssensor 25 gemessen, der im allgemeinen als ein Drucksensor zum Er fassen einer Reaktanzänderung verwendet wird, wobei ein Si gnal vom Versetzungssensor 25 in die Verarbeitungseinheit 13 eingegeben wird.

Der Zusammenhang zwischen dem Versetzungsbetrag h (mm) der Membran 22 und der Volumenänderung (mm³) des Leckage meßmediums wird durch die folgenden Formel bzw. Vorschrift (1) ausgedrückt:

V = πh (3r² + h²)/6 (1)

wobei r (mm) ein Radius der Membran 22 ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

Durch das Setzen des Radius r der Membran 22 auf einen geeigneten Wert kann ein linear proportionaler Zusammenhang zwischen der Versetzung h und der Volumenänderung V ge schaffen werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Infolgedes sen kann, da keine komplexe Korrektur ausgeführt werden muß, um die Volumenänderung V des Leckagemeßmediums zu be rechnen, die Leckagemenge mit einem einfachen Aufbau gemes sen werden.

Im Fall einer übermäßigen Leckage aus dem Gegenstand 4 oder dergleichen schützt die Versetzungsreguliervorrichtung 2 die Membran 22, indem sie das Aufbringen einer übermäßi gen Belastung auf die Membran-Volumenmesseinrichtung 1 ver hindert. Die Versetzungsreguliervorrichtung 2 ist in zwei Körper 26a bzw. 26b aufgeteilt, die sich jeweils auf der oberen bzw. unteren Seite befinden. Zwischen den Körpern 26a und 26b erstreckt sich eine Schutzfolie bzw. ein Schutzfilm 27 luftdicht. An der oberen Seite ist am Körper 26a ein konkaver Abschnitt 28a mit einer halbkugelförmigen Gestalt ausgebildet. Bei einer normalen Leckagemessung wird der Schutzfilm 27 um einen Weg versetzt, der vom Leckagevo lumen abhängt. Im Fall einer übermäßigen Leckage kommt der Schutzfilm 27 jedoch in engen Kontakt mit einer Oberfläche des konkaven Abschnitts 28a, so daß eine weitere Versetzung des Schutzfilms 27 verhindert wird. Dementsprechend wird die Volumenänderung der Membran 22 in einem zulässigen Bereich gehalten, so daß die Membran 22 vor einer Be schädigung geschützt wird. In den Körpern 26a bzw. 26b sind jeweils Fluidwege 29a bzw. 29b ausgebildet, die mit den Fluidwegen 6a bzw. 6b kommunizieren.

In diesem Fall kann der Schutzfilm 27 vorzugsweise aus einem Metallmaterial SUS304 mit einer Dicke von 0,005 mm hergestellt werden.

Für den Fall, daß das Leckagemeßmedium eine Flüssig keit ist, kann die Versetzungsreguliervorrichtung 2 an ei ner Position, die höher ist als die Position, an der der Gegenstand 4 angebracht ist, horizontal eingerichtet sein. Bei einer derartigen Anordnung ist der Schutzfilm 27 paral lel zum Körper 26b horizontal angeordnet, wobei die ur sprüngliche Position ständig beibehalten werden kann.

In der Meßunterlage 3 sind ein mit dem Fluidweg 6b in Verbindung stehender Fluidweg 31a sowie senkrecht zum Fluidweg 31a Fluidwege 31b und 31c ausgebildet, die jeweils mit dem Fluidweg 31a in Verbindung stehen. Im Fluidweg 31a ist der Drucksensor 12 vorgesehen, um den Innendruck des Leckagemeßsystems 7 zu messen und ein den gemessenen In nendruck angebendes Signal an die Verarbeitungseinheit 13 zu liefern. Der Fluidweg 31b kommuniziert mit dem an der Unterlage 3 luftdicht angebrachten Gegenstand 4. Ferner kommuniziert der Hydraulik- bzw. Fluidweg 31c mit dem mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Ventil 10.

Die Stabilisiereinrichtung 5 unterdrückt einen Einfluß äußerer Störungen, beispielsweise von Schwankungen des At mosphärendrucks und Umgebungskonvektion, auf die Membran 22 in der Membran-Volumenmesseinrichtung 1. Die Stabilisier einrichtung 5 weist einen luftdicht abgeschlossenen Behäl ter mit einem bestimmten Volumen auf, so daß sie von einer Druckänderung nicht beeinflußt wird, und steht über den Fluidweg 6c mit dem Fluidweg 23a in der Membran-Volumenmes seinrichtung 1 in Verbindung. Da das Volumen des Behälters der Stabilisiereinrichtung 5 gegenüber der Versetzungsände rung der Membran 22 ausreichend größer ist, tritt mit der Versetzungsänderung der Membran 22 im Behälter der Stabili siereinrichtung 5 nur eine schwache Druckänderung auf und kann daher ignoriert werden.

Für den Fall, daß die Membran 22 in der Membran-Volu menmesseinrichtung 1 aufgrund einer thermischen Ausdehnung des in das Leckagemeßsystems eingefüllten Leckagemeßmedi ums um einen bestimmten Wert bzw. Betrag oder mehr in eine Richtung versetzt wird, wird eines der im Fluidweg 6a bzw. in der Stabilisiereinrichtung 5 eingerichteten Öffnungs-/Schließ ventile 9 bzw. 11 geöffnet, so daß das Leckagemeß system 7 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht wird. Mit dem Öffnen eines der Öffnungs-/Schließventile 9 und 11 kehrt die Membran in ihre ursprüngliche Position zurück.

Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Betriebs der Leckagemessvorrichtung mit dem vorstehenden Aufbau für den Fall, daß das Leckagevolumen aus einem Kraftstoffein spritzventil gemessen wird, das als der Gegenstand 4 ver wendet wird. Der Gegenstand 4 wird an der Meßunterlage 3 luftdicht angebracht, und die Druckaufbringvorrichtung be aufschlagt das Leckagemeßmedium mit einem bestimmten Druck und transportiert es zum Gegenstand 4. Wenn am Gegenstand 4 eine geringfügige Leckage eintritt, wird das Leckagevolumen durch die Fluidwege 31b und 6b zum Schutzfilm 27 befördert und über den Schutzfilm 27 weiter auf die Membran 22 über tragen. Die Membran 22 wird durch die Volumenänderung dem zu ihr übertragenen Leckagevolumen entsprechend versetzt. Die Volumenänderung, die durch den Versetzungssensor 25 als eine Versetzung der Membran 22 gemessen wurde, wird an die Verarbeitungseinheit 13 ausgegeben. Die Verarbeitungsein heit 13 berechnet aus der Formel (1), die den in Fig. 3 ge zeigten Zusammenhang zwischen der Versetzung h (mm) der Membran 22 und der Volumenänderung V (mm³) ausdrückt, die Leckagemenge.

Wie es vorstehend beschrieben ist, erfaßt bei diesem Leckagemeßverfahren die Leckagemessvorrichtung gemäß die ser Ausführungsform eine Volumenänderung des in das luft dicht abgeschlossene Leckagemeßsystem 7 eingefüllten Leckagemeßmediums anstelle einer Druckänderung des Lecka gemeßmediums. Daher kann die Leckagemenge durch das Messen der Versetzung der extrem flexiblen Membran 22, die selbst auf eine geringfügige Volumenänderung empfindlich reagiert, direkt gemessen werden. Außerdem kann durch eine Verwendung der extrem flexiblen Membran 22 eine so geringe bzw. schwa che Versetzung geschaffen werden, daß eine während der Meßzeit durch andere Faktoren im Leckagemeßsystem 7 her vorgerufene Druckänderung ignoriert werden kann. Daher kann die Leckagemenge mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemes sen werden, ohne dabei von einer Druckänderung beeinflußt zu werden.

Die Versetzungsreguliervorrichtung 2, die verhindert, daß die Membran 22 um einen bestimmten Weg oder mehr ver setzt wird, ist zum Schutz der Membran 22 gegen eine Be schädigung vorgesehen. Außerdem wird der Innendruck des Leckagemeßsystems 7 durch den Drucksensor 12 gemessen, um einen anomalen Betrieb der Versetzungsreguliervorrichtung 2 zu überwachen. Daher kann ein durch einen anomalen Betrieb hervorgerufenes Problem behoben werden.

Für den Fall, daß die Leckagestelle des Gegenstands, an welchem die Messung auszuführen ist, nicht identifiziert werden kann, kann das Leckagevolumen durch eine Leckage messvorrichtung mit einem in Fig. 5 gezeigten Aufbau gemes sen werden. Der Gegenstand 44, an dem die Messung durchzu führen ist, befindet sich in einem luftdicht abgeschlosse nen Behälter 45. Wenn die Druckaufbringvorrichtung 8 auf den Gegenstand 44 einen Druck aufbringt, tritt in dem Be hälter 45 eine dem Leckagevolumen aus dem Gegenstand 44 entsprechende Volumenänderung ein. Die Volumenänderung wird durch den Fluidweg 6b, die Versetzungsreguliervorrichtung 2 und den Fluidweg 6a auf die Volumenmesseinrichtung 1 über tragen, wodurch das Leckagevolumen gemessen werden kann.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 eine zweite Ausführungsform beschrieben. Die Beschreibung des Aufbaus von Teilen oder Komponenten sowie von Betriebsvor gängen gemäß der zweiten Ausführungsform, die denen der er sten Ausführungsform identisch oder äquivalent sind, wird ausgelassen.

Gemäß Fig. 6 weist eine Membran-Volumenmesseinrichtung 1 eine flexible Membran auf. Die Membran wird in Abhängig keit von dem Leckagevolumen aus dem Gegenstand 4, an dem die Messung durchzuführen ist, versetzt. Der Aufbau der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 im Detail entspricht dem der ersten Ausführungsform.

Eine Einstellvorrichtung 14 hat denselben Aufbau wie die Membran-Volumenmesseinrichtung 1, sie hat aber anstelle der flexiblen Membran eine extrem harte Membran. Mit einem elektro-pneumatischen Wandler 15 wird die harte Membran so um einen bestimmten Weg oder mit einer bestimmten Zeitrate versetzt, daß das Meßmedium mit einem bestimmten Volumen, das dem Volumen des vom Gegenstand 4 ausgetretenen Meßme diums äquivalent ist, in ein Leckagemeßsystem eingeführt wird. Die Einstellvorrichtung 14 ist in der Meßvorrichtung während der ganzen Zeit stationär eingerichtet. Da die Mem bran der Einstellvorrichtung 14 ausreichend härter ist als die Membran der Membran-Volumenmesseinrichtung 1, kann ein durch die Versetzung der harten Membran der Einstellvor richtung 14 hervorgerufener Fehler ignoriert werden. Durch das Ausführen eines derartigen der Leckage äquivalenten Be triebs mit der Einstellvorrichtung 14 und dem elektro-pneu matischen Wandler 15 in bestimmten Intervallen kann die Meßgenauigkeit der Meßvorrichtung aufrechterhalten und leicht gesteuert werden.

Eine Verarbeitungseinheit 113 wandelt ein analoges Si gnal von der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 in ein digi tales Signal um und führt den Prozeß zur Berechnung des Leckagevolumens aus. Außerdem steuert die Verarbeitungsein heit 113 den elektro-pneumatischen Wandler 15 in Abhängig keit von einem Ausgangssignal der D/A-Umwandlung und führt in Abhängigkeit von einem Signal von einem Drucksensor 12 einen Verriegelungsprozeß aus.

Eine Leckagemeßmediumsversorgungsvorrichtung 80 bringt auf den Gegenstand 4 einen bestimmten Druck auf; ein Lecka gemeßmediumversorgungskreis wird ferner durch Ventile 81 bis 84 gesteuert. Das Ventil 81 verbindet die Leckagemeß mediumsversorgungsvorrichtung 80 mit dem Gegenstand 4, und das Ventil 82 steuert die Versorgung des Leckagemeßmedi ums. Das Ventil 83 bringt bei einer Dichtheitsprüfung einen Flüssigkeitssäulendruck auf. Das Ventil 84 zirkuliert das Leckagemeßmedium, wenn keine Leckagemessung durchgeführt wird.

Anschließend erfolgt die Beschreibung eines vollständi gen Betriebs dieser Ausführungsform für den Fall, daß eine Flüssigkeit als das Leckagemeßmedium verwendet wird. Vor (oder nach) der Leckagemessung wird in einem Zustand, in dem der Gegenstand 4 an der Meßunterlage 3 angeordnet ist, die Dichtheitsprüfung durchgeführt, um festzustellen, ob in dem Zustand, in dem der Gegenstand 4 angeordnet ist, in der Meßvorrichtung selbst eine Leckage vorliegt oder nicht. In diesem Fall kann auch festgestellt werden, ob der Gegen stand 4 luftdicht angeordnet ist oder nicht. Im besonderen wird in dem Zustand, in dem die Ventile 82 und 84 geschlos sen und die Ventile 81 und 83 geöffnet sind, bei einem of fenen Sitzabschnitt des Gegenstands 4, der eine Ventilöff nungs-/schließfunktion hat, ein im voraus eingestellter Flüssigkeitssäulendruck auf die Meßvorrichtung aufge bracht. Dann wird der Sitzabschnitt luftdicht geschlossen und eine Änderung eines Ausgangswerts der Volumenmessein richtung beobachtet. Falls dabei eine Leckage auftritt, zeigt die Volumenmesseinrichtung eine negative Änderung oder einen Abfall an, da der dem Flüssigkeitssäulendruck entsprechende Ausgangswert nicht aufrechterhalten werden kann. Auf diese Weise kann die Dichtheitsprüfung durchge führt werden. Als eine Folge davon kann ein stabiler Prüf druck vorgesehen werden.

Als nächstes wird eine Leckagemessung durchgeführt. In dem Zustand, in dem das Ventil 83 geschlossen und das Ven til 82 geöffnet ist, wird mittels der Leckagemeßmediumver sorgungsvorrichtung 80 ein bestimmter Druck auf den Lecka gemeßgegenstand 4 aufgebracht. Dabei sind die Öffnungs-/Schließ ventile 9, 10 und 11 geschlossen. Falls eine Lecka ge aus dem Gegenstand 4 eintritt, wird die Membran der Mem bran-Volumenmesseinrichtung 1 dem Leckagevolumen entspre chend versetzt, das über eine Versetzungsreguliervorrich tung 2 an die Membran übertragen wird. In diesem Fall wird ein von der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 ausgegebenes Signal an die Verarbeitungseinheit 13 geliefert und in das Leckagevolumen umgewandelt. Das Verfahren zur Umwandlung des aus gegebenen Signals in das Leckagevolumen kann die Formel (1) gemäß der ersten Ausführungsform oder eine Glei chung verwenden, die durch einen Mustergegenstand bereits bekannter Leckagegrößen kalibriert wird. Gemäß den vorste hend beschriebenen Betriebsweisen ist es möglich, eine ge ringfügige Leckagemenge mit einem hohen Grad an Zuverläs sigkeit und einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen, wo bei eine Selbstdiagnose für die Dichtheitsprüfung angewen det wird.

Anschließend wird eine Mustergegenstandsprüfung für die tägliche Wartung und Behandlung der Meßvorrichtung be schrieben. Ein leckagefreier Gegenstand wird an der Meßun terlage 3 angeordnet. In dem Zustand, in dem die Öffnungs-/Schließ ventile 9, 10 und 11 geschlossen sind, bringt der durch die Verarbeitungseinheit 13 gesteuerte elektro-pneum tatische Wandler 15 auf eine Seite der Einstellvorrichtung 14 einen Druck auf. Der Zusammenhang zwischen dem auf die Einstellvorrichtung 14 aufgebrachten Druck und dem Leckage volumen wird im voraus kalibriert. Die Membran der Ein stellvorrichtung 14 wird versetzt, wobei das Leckagemeßme dium mit einem dem Leckagevolumen aus dem Gegenstand 4 äquivalenten Volumen durch den elektro-pneumatischen Wandler 15 in das Meßsystem eingeleitet wird. Durch einen Ver gleich des von der Membran-Volumenmesseinrichtung 1 erhal tenen Meßwerts mit dem eingefüllten Leckagemeßmedium (dem Leckagevolumen) mittels der Einstellvorrichtung 14 kann die Meßgenauigkeit gewährleistet werden.

Bei der zweiten Ausführungsform wird, wie es bereits bei der ersten Ausführungsform erwähnt ist, die Leckage aus dem Produkt (dem Gegenstand 4, an dem die Messung durchzu führen ist) als eine Volumenänderung im Leckagemeßsystem statt als eine Druckänderung gemessen. Ferner kann durch eine Verwendung einer extrem flexiblen Membran in der Mem bran-Volumenmesseinrichtung die Versetzung der Membran klein genug gehalten werden, so daß eine Druckänderung wäh rend der Meßzeit ignoriert werden kann. Auf diese Weise kann ein Leckagemeßverfahren erzielt werden, das von einer Druckänderung nicht beeinflußt wird.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Sensor mit demsel ben Aufbau wie die Membran-Volumenmesseinrichtung als eine Einstellvorrichtung verwendet, die in der Anlage während der ganzen Zeit eingerichtet ist, um in Verbindung mit dem elektro-pneumatischen Wandler als ein Wartungs-/Be handlungsmustergegenstand zu dienen. Dementsprechend kann eine Leckage mit einem hohen Grad an Genauigkeit ge messen werden.

Wenn die Leckagestelle nicht identifiziert werden kann, kann die Leckagemenge durch eine Leckagemessvorrichtung mit einem in Fig. 7 gezeigten Aufbau gemessen werden. Ein Ge genstand 19, an dem die Messung durchzuführen ist, wird in einem luftdicht abgeschlossenen Behälter 18 angeordnet, der mit einer Druckaufbringvorrichtung in Verbindung steht. Bei dieser Anordnung wird eine Leckage aus dem Gegenstand 19 an die Volumenmesseinrichtung 1 übertragen, die in der Lage ist, die Leckagemenge zu messen. Eine Dichtheitsprüfung kann auf dieselbe Art und Weise wie bei der zweiten Ausfüh rungsform durchgeführt werden, wobei eine Vorrichtung 20 zum Aufbringen eines Dichtheitsprüfdrucks verwendet wird. Dadurch kann ein stabiler Prüfdruck vorgesehen werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 wird nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrie ben. Eine Beschreibung derselben Effekte und Merkmale wie bei der ersten Ausführungsform wird ausgelassen.

Gemäß Fig. 8 weist eine Innendruckreguliermembran 101 eine harte Membran auf. Die Innendruckreguliermembran 101 reguliert das Volumen eines von einem konkaven Abschnitt 103a und der Innendruckreguliermembran 101 eingeschlossenen Innendruckregelraums 103e derart, daß das Volumen eines Leckagemeßsystems reguliert wird. Die Innendruckregulier membran 101 ist dicht bzw. eng an einer Meßunterlage 103 angebracht.

Die Innendruckreguliermembran 101 wird durch eine In nendruckreguliermembranversetzungsvorrichtung 102 (die spä ter beschrieben wird) mechanisch betätigt. Das Volumen des Leckagemeßsystems wird durch einen Biegebetrag der Innen druckreguliermembran 101 eingestellt. Die Innendruckregu liermembranversetzungsvorrichtung 102 ist in dieser Ausfüh rungsform eine Meßschraube.

Die Messunterlage 103 weist den konkaven Abschnitt 103a, einen ersten Verbindungsweg 103b, einen zweiten Ver bindungsweg 103c, einen dritten Verbindungsweg 103d, den Innendruckregulierraum 103e, einen Endabschnitt 103f und ein Dichtmaterial (einen O-Ring) 103g auf.

Ein Drucksensor 104 überwacht einen Druck im Leckage meßsystem. Eine Membran-Volumenmesseinrichtung 105 mißt die Leckagemenge und gibt einen das Leckagevolumen angeben den Wert aus. Eine Versetzungsreguliervorrichtung 106 schützt die Membran-Volumenmesseinrichtung 105 vor einer hohen Leckage.

Eine Stabilisiereinrichtung 107 schützt die Membran-Vo lumenmesseinrichtung 105 vor Störungen, wie z. B. einer Um gebungskonvektion und einer Atmosphärendruckänderung. Öff nungs-/Schließventile 108, 109 stellen die Kommunikation mit der Atmosphäre her oder unterbrechen diese. Eine Verar beitungseinheit 110 berechnet aus dem von der Membran-Volu menmesseinrichtung 105 aus gegebenen Wert ein Leckagevolumen und weist einen Betrieb der Meßschraube 102 als die Innen druckreguliermembranversetzungsvorrichtung dem Ausgang des Drucksensors 104 entsprechend an. Eine Druckaufbringvor richtung 112 bringt auf einen Gegenstand 111, an dem die Messung durchzuführen ist, einen Druck auf.

Anschließend wird ein Betrieb der Leckagemessvorrich tung gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.

Beim Anbringen des Gegenstands 111 an der in Fig. 8 ge zeigten Leckagemeßunterlage 103 ändert sich das Volumen im Leckagemeßsystem durch eine Verformung des Dichtmaterials (des O-Rings) 103g und der Innendruck des Leckagemeßsy stems steigt an. Um einen Anstieg des Innendrucks zu ver hindern, wird die Meßschraube 102 vor der Anordnung des Gegenstands 111 in eine Richtung verstellt, in welche die Innendruckreguliermembran 101 derart an eine Anfangspositi on verstellt wird, daß das Volumen des Innendruckregulier raums 103e verringert wird, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. In diesem Zustand gibt der Drucksensor 104 den Atmosphären druck an.

Als nächstes wird der Gegenstand 111 am Endabschnitt 103f der Unterlage 103 angeordnet. Während der Überwachung des Anstiegs des Innendrucks unter Verwendung des Drucksen sors 104 wird die Position der Innendruckreguliermembran 101 in eine das Volumen des Innendruckregulieraums 103e er höhende Richtung zurückgestellt, wobei die Meßschraube 102 verwendet wird, um den Anstieg des Innendrucks auf Null zu steuern. Dadurch kann ein durch einen Anstieg des Innen drucks hervorgerufenen Meßfehler (eine Änderung des Prüf drucks) beseitigt werden, welcher beim Anordnen des Gegen stands 111 auftreten kann.

Dann wird unter Verwendung der Druckaufbringvorrichtung 112 auf den Gegenstand 111 ein Druck aufgebracht. Dadurch kann das Leckagevolumen mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen werden.

Ferner wird für die Anwendung einer Zuverlässigkeits funktion bzw. eines Zuverlässigkeitsbetriebs, der verhin dert, daß ein defektes Produkt als ein nicht defektes Pro dukt bestimmt wird, die Innendruckreguliermembran 101 in die das Volumen des Innendruckregulierraums 102 vergrö ßernde Richtung verstellt, wobei die Meßschraube 102 ver wendet wird, um den Innendruck auf einen negativen Wert einzustellen bzw. zu regeln. Auf diese Weise hat eine Leckage aus einem verschlossenen bzw. abgedichteten Ab schnitt des Gegenstands 111, einer Spannvorrichtung oder eines Rohrsystems dieselbe Richtung wie die Leckage aus dem Gegenstand 111, wobei ein Zuverlässigkeitsbetrieb erhalten werden kann, bei dem das defekte Produkt immer durch "eine Leckage liegt vor" bestimmt werden kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 werden nun Meßbetriebsvorgänge genauer beschrieben. Die Öffnungs-/Schließventile 108 und 109 werden zur Atmosphäre geöffnet. Dann wird die Innendruckreguliermembran 101 in eine Richtung verstellt, in welche das Volumen des konkaven Abschnitts 103a mit der Meßschraube 102 um einen bestimmten Weg derart verringert wird, daß das Volumen des Leckagemeßsystems verkleinert wird.

Im Anschluß daran wird der Leckagemeßgegenstand 111 auf der Unterlage 103 angeordnet. Der Anstieg des Innendrucks wird dabei, während der Ausgang des Drucksensors 104 überwacht wird, durch das Zurückstellen der Innendruckreguliermembran 101 mit der Meßschraube 102 auf Null reduziert. Dann werden die Öffnungs-/Schließ ventile 108, 109 geschlossen, und die Druckaufbringvorrichtung 112 bringt auf den Gegenstand 111 einen Druck auf. Dadurch kann das Leckagevolumen mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen werden.

Für die Anwendung des Zuverlässigkeitsbetriebs wird die Innendruckreguliermembran 101 ferner durch die Verwendung der Meßschraube 102 in eine Richtung versetzt, in der der Druck des Innendruckregulierraums 103e so eingestellt wird, daß er negativ wird. Auf diese Weise wird der Innendruck des Leckagemeßsystems so eingestellt, daß er um einen be stimmten Wert negativ ist. Ein Schutzfilm einer Verset zungsreguliervorrichtung 106 wird dabei so versetzt, daß er nicht mit einem konkaven Abschnitt, der eine halb kugelförmige Oberfläche aufweist, in Kontakt kommt, wie es in Fig. 8 durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist.

In diesem Zustand werden die Öffnungs-/Sehließventile 108 und 109 luftdicht verschlossen, und die Leckage wird gemessen. Falls aus dem Gegenstand 111 eine Leckage ein tritt, wird die Membran der Membran-Volumenmesseinrichtung 105 versetzt, so wie es mit der gestrichelten Linie in Fig. 8 gezeigt ist, und die Membran-Volumenmesseinrichtung 105 gibt einen dem Versetzungsbetrag der Membran entsprechenden Wert aus. Der Wert wird durch die Verarbeitungseinheit 110 in das Leckagevolumen umgewandelt.

Außerdem tritt für den Fall, daß aus der Spannvorrich tung oder dem Rohrsystem eine Leckage vorliegt, Fluid von der Außenseite ein, da der Innendruck negativ ist. Die Ver setzung der Membran der Membran-Volumenmesseinrichtung 105 hat dieselbe Richtung wie die Leckage aus dem Leckagemeß gegenstand 111, und die Leckage aus der Spannvorrichtung, dem Rohrsystem oder dergleichen wird zur Leckage aus dem Meßgegenstand 111 hinzugegeben, so daß der Zuverlässig keitsbetrieb erfüllt wird, bei der das defekte Produkt nicht als ein nicht defektes Produkt bestimmt wird.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung kann das Innenvolumen des Leckagemeßsystems eingestellt bzw. gere gelt werden, ohne eine Leckage zu verursachen, und durch die Beseitigung einer Prüfdruckabweichung, die von einer Innendruckänderung verursacht wird, welche beim Anordnen des Gegenstands auftreten kann, kann das Leckagevolumen mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen werden.

Wenn der Innendruck des Leckagemeßsystems auf einen negativen Wert eingestellt wird, ist es ferner möglich, ei ne höchst zuverlässige Leckagemessvorrichtung und ein Leckagemeßverfahren mit einem Zuverlässigkeitsbetrieb bereitzustellen, der selbst für den Fall, daß die Meßvorrichtung versagt, die Bestimmung eines defekten Gegenstands als einen nicht defekten Gegenstand verhindert.

Bei dem Leckagemeßverfahren gemäß dieser Ausführungs form wird die Leckage zwar auf der Leckseite gemessen, sie kann aber ebenso auch auf der Druckversorgungsseite gemes sen werden.

D. h., daß die in Fig. 8 gezeigte Innendruckregulier membran 101 und Meßschraube 102 auf der Druckbeaufschla gungsseite eingerichtet werden.

Nach dem Aufbringen eines bestimmten Drucks auf den Ge genstand wird der Meßkreis durch beispielsweise ein Ventil luftdicht geschlossen. Dabei kann der Innendruck durch die Betätigung bzw. den Betrieb des Ventils beeinflußt werden. In diesem Fall wird die Leckage jedoch an der Druckbeauf schlagungsseite gemessen, wodurch die Abweichung bzw. Ände rung des Innendrucks die Messung nicht beeinflussen kann.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann ersichtlich, daß Änderun gen in der Form und Einzelheit ausgeführt werden können, ohne dabei vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie sie in den anhängigen Ansprüchen definiert ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Leckage messvorrichtung somit eine Volumenmesseinrichtung mit einer Membran, die in Abhängigkeit von einer Volumenänderung des aus einem Gegenstand ausgetretenen und an die Membran über tragenen Meßmediums versetzt wird, eine Dichtheitsprüf druckaufbringvorrichtung zum Aufbringen eines Meßmediums mit einem bestimmten Prüfdruck in einem Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand und der Volumenmesseinrichtung, ein Schließventil zum Schließen einer Verbindung zwischen der Dichtheitsprüfdruckaufbringvorrichtung und dem Verbindungs rohr sowie eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen ei ner Signaländerung der Volumenmesseinrichtung bei geschlos senem Sehließventil auf. Auf diese Weise kann, da das Leckagevolumen aus einer Volumenänderung des Meßmediums direkt gemessen werden kann, das Leckagevolumen ohne eine Beeinflussung von einer Druckänderung gemessen und die Ge nauigkeit der Messung verbessert werden. Desweiteren kann eine defekte Dichtung im Meßsystem durch eine Überwachung der Volumenänderung des Meßmediums erfaßt werden.

Claims

1. Leckagemessvorrichtung zum Messen eines Leckagevolu mens aus einem Gegenstand (4, 111), an dem die Messung durchzuführen ist, mit:
einer Messunterlage (3, 103), an der der Gegenstand an gebracht ist,
einer Druckaufbringvorrichtung (8, 80, 82, 112), um ein Meßmedium unter Druck zu setzen und einen bestimmten Leckagemeßdruck des Meßmediums auf den Gegenstand (4, 111) aufzubringen,
einer Volumenmesseinrichtung (1, 105), die eine Membran (22) aufweist, mit dem Gegenstand (4, 111) derart in Fluid-Ver bindung steht, daß eine Leckage des Meßmediums aus dem Gegenstand (4, 111) an die Membran (22) übertragen wird, die einer Leckagevolumenänderung entsprechend versetzt wird, und ein den Versetzungsbetrag der Membran (22) ange bendes Signal ausgibt,
einer Berechnungseinheit (13, 110, 113) zur Berechnung eines Leckagevolumens in Abhängigkeit von dem Signal von der Volumenmesseinrichtung (1, 105),
einer zweiten Druckaufbringvorrichtung (83) zum Auf bringen eines Meßmediums mit einem bestimmten Prüfdruck in einem Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand (4, 111) und der Volumenmesseinrichtung (1, 405),
einem Sehließventil (81) zum Unterbrechen der Verbin dung zwischen der zweiten Druckaufbringvorrichtung (83) und dem Verbindungsrohr, und
einer Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Än derung des Signals der Volumenmesseinrichtung (1, 105) bei einem geschlossenen Sehließventil.

2. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 1, mit deswei teren:
einer mit der Volumenmesseinrichtung (1, 105) in Fluid-Ver bindung stehenden Stabilisiereinrichtung (5) zum Unter drücken eines Einflusses einer äußeren Störung auf die Mem bran (22) der Volumenmesseinrichtung (1, 105).

3. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stabilisiereinrichtung (5) einen luftdicht abge schlossenen Behälter mit einem Volumen aufweist, das aus reichend größer ist als eine durch den Versetzungsbetrag der Membran (22) definierte Volumenänderung.

4. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 1, mit deswei teren:
einer zwischen dem Gegenstand (4, 111) und der Volumen messeinrichtung (1, 105) angeordneten Schutzvorrichtung (2) zum Schutz der Membran (22), wobei sie verhindert, daß die Leckage des Meßmediums an die Membran (22) übertragen wird, wenn ein Leckagevolumen des Meßmediums gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist.

5. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei:
die Schutzvorrichtung (2) einen Schutzfilm (27) auf weist, der dem Leckagevolumen des Meßmediums entsprechend versetzt wird, und
eine Versetzung des Schutzfilms (27) um einen bestimm ten Betrag oder größer einen größeren Betrag verhindert wird.

6. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 5, wobei:
die Schutzvorrichtung (2) an einer höheren Position als der Gegenstand (4, 111) horizontal angeordnet ist.

7. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 1, mit deswei teren:
einem Drucksensor (12, 104) zur Erfassung eines Drucks des Meßmediums in einem Verbindungsrohr zwischen dem Ge genstand (4, 111) und der Volumenmesseinrichtung (1, 105).

8. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei
der Gegenstand (4, 111) einen Ventilabschnitt aufweist, und
das Meßmedium mit dem bestimmten Prüfdruck von der zweiten Druckaufbringvorrichtung (82) über den Ventilab schnitt im Verbindungsrohr aufgebracht wird.

9. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Sehließventil der Ventilabschnitt des Gegenstands (4, 111) ist.

10. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 1, mit deswei teren:
einer Volumenänderungsvorrichtung (14) zum Verändern des Volumens des Meßmediums im Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand (4, 111) und der Volumenmesseinrichtung (1, 105).

11. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 10, mit des weiteren:
einer Vergleicheinheit (113) zum Vergleichen des Si gnals von der Volumenmesseinrichtung (1, 105) und der Ände rung des Volumens des Meßmediums im Verbindungsrohr zwi schen dem Gegenstand (4, 111) und der Volumenmesseinrich tung (1, 105) durch die Volumenänderungsvorrichtung (14).

12. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 1, mit deswei teren:
einer Druckänderungsvorrichtung (102) zum Verändern ei nes Drucks im Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand (4, 111) und der Volumenmesseinrichtung (1, 105).

13. Leckagemessvorrichtung nach Anspruch 12, wobei
die Druckänderungsvorrichtung (102) eine Membran (101) aufweist, die härter ist als die (22) der Volumenmessein richtung (1, 105), und
der Druck im Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand (4, 111) und der Volumenmesseinrichtung (1, 105) durch eine Versetzung der Membran (101) der Druckänderungsvorrichtung (102) eingestellt wird.