7.1 概述

7.1.1泄漏和检漏

在无损测试中，泄漏被定义为孔、多孔区域、气体能渗透区域或测试样品壁中不同的结构，气体因压力或浓度不同可以通过壁的一侧逸出到另一侧。[33] 用更简单的术语表示，漏点即一个个的小孔，气体或液体通过该小孔从压力较高侧流向压力较低侧。孔的几何形状是未知的。这意味着，测试仪不知道泄漏是以光滑的圆形通道还是以裂缝或缝隙形式出现的。假设和计算只能是针对理想几何形状而进行的。由于泄漏通道的实际几何形状通常是未知的，所以只有将计算出的值假设为泄漏率的上限。说明:之前参考的欧洲标准 DIN 1330-8 采用术语“泄漏率”。鉴于可读性，我们将继续在本手册中采用较常见的术语“泄漏率”。

泄漏可以是无害的泄漏，如滴水的水龙头。那些涉及侵蚀性介质或有毒物质逸出的泄漏会有更严重的后果。美国挑战者号航天飞机在 1986 年遭受的事故也是由于火箭固体燃料上的 O 型圈故障和热燃烧气体的泄漏。

任何技术产品，如果出现泄漏，都将无法运行或无法按照预期时间运行。如：

冰箱中的制冷剂循环系统
汽车中的空气调节系统
汽车轮胎
汽车油箱或加热油箱
化学或制药工业中的处理系统。

在很多情况下，生产过程中机器和系统的密封性是制造产品品质保证的必要前提条件。

回到泄漏的原始定义，我们发现，不可能完全防止物质流经外壁而泄漏。因此，术语“致密”是对相应机器、设备或容器的要求，且必须对其进行相应地量化。

7.1.2泄漏率

让我们以 4 升容积的自行车内胎为例。它已充气至压力为 3 bar (1000 hPa)，在无任何额外充气的情况下，30 天后最大压力损失应为 1 bar (1 000 hPa)。在 1.3.3 中已经定义了泄漏率：（公式 1-35）。

Q_{L}=\frac{\Delta p\cdot V}{\Delta t}

Q_L 泄漏率 [Pa m³ s⁻¹]
Δp 测量期间的压力变化 [Pa]
V体积 [m³]
Δt 测量时间间隔 [s]

或者为了说明:如果内压在 1 秒钟增加或减少 1 Pa，体积为 1 立方米容器的泄漏率是 1 Pa m³ s^-1。有关与其它常用单位的换算，请参考表 1-8 或我们的应用程序。

插入我们自行车内胎的值，然后得出允许的泄漏率

Q_{L}=\frac{1\cdot10^5\mathrm{\ Pa}\cdot4\cdot10^{-3}\mathrm{m}^3}{30\cdot24\cdot3,600\mbox{s}}=1.5\cdot10^{-4}\mathrm{\ Pa\ m}^3\mathrm{s}^{-1}

我们发现，具有该泄漏率的自行车内胎非常致密。通过众所周知的气泡测试方法，可以发现这些类型的泄漏率（图 7.1）。

图 7.1: 自行车内胎上的气泡泄漏测试

test

现在，让我们以十年允许损耗 10 g 制冷剂的冰箱为例。我们使用的制冷剂是 R134a(1,1,1,2-四氟乙烷)，分子量为 102g mol^-1。因此，允许的损耗约为 224 Pa m ³。这导致允许的泄漏率为

Q_{L}=\frac{224\mathrm{\ Pa\ m}^3}{10\cdot365\cdot24\cdot3,600\mathrm{\ s}}=7.1\cdot10^{-7}\mathrm{\ Pa\ m}^3\mathrm{s}^{-1}

这些类型的泄漏率只能通过非常灵敏的测量方法(如使用质谱法和大气中不存在的测试气体)来定位和量化。

7.1.3示踪气体

用于泄漏检测的测试气体(也称为示踪气体)应该满足以下条件：

它们应该

对人类、动物和环境无毒
不取代空气，因为危险情况，如窒息，可能会发生。
是惰性的 ，即反应迟缓，且应该没有化学反应，也不是易燃的
如果可能， 不存在于空气中。 只有使用环境空气中以最小浓度存在的气体，才可能检测到最小的泄漏
不易弄错 成其它气体
通过 测试漏率 可量化。

示踪气体氦满足所有这些要求。作为稀有气体，它不会发生化学反应。它在大气中只有 5 ppm，因此即使最小的泄漏也能检测出来。由于它比空气轻，所以不会对健康造成危害。使用质谱法，一种高度灵敏、非常有选择性的分析法 (见第 6.1 和 7.2 节），可实现特殊的检测。也有很多设计为扩散泄漏或流量泄漏的商用泄漏测试。

几乎没有任何其它测试气体满足上述标准，95% 氮和 5% 氢的混合气体是个例外。在与空气宽广的混合范围内具有爆炸性的可燃性氢气在稀释到一定程度后，其混合物既无爆炸性也不可燃，因此用作测试气体很安全。相同的质谱法探测器也可以用作氢气的灵敏度测试。由于氢气在所用分析技术中具有较高的背景信号，其达不到与测试气体氦相同的检测灵敏度，但是它远远超过了压力衰减法的检测灵敏度