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钢桶生产线气压检漏系统的创新设计
摘要：针对钢桶的微漏气检测问题的基本原理、检测方法进行了研究，并设计了以单片机控制为核心，具有 PLC接口的表压式气压检漏系统。实践证明：该气压检漏系统具有较高的检漏精度，可检漏0.1mm漏孔，在生产线的运行过程中具有良好的检漏性能。
关键词：钢桶；单片机；表压式；检漏精度
1 引言
大量的薄壁包装钢桶 在生产过程中往往是采用充气压的方法检测漏气性的。
当钢桶存在较大漏缝时，桶内充气后保持不住压力，容易判 断是废品；但是当被检测桶只有微小的泄漏时，压力下降很慢，短时间内靠观察压力表难以判断是否漏气。为此，目前许多工厂仍采用较原始的泡水检查法，即将被测桶充气后放入水中观察气泡的情况以判断桶的泄漏与否，这种方法尽管判断较为准确，但效率低下，不能在线检测，被测桶浸水后还要干燥防潮防锈。为了对钢桶产品进行快速的在线逐一检漏，保证产品的质量，需要根据生产工艺在生产线上增加自动漏检环节，该漏检环节主要由钢桶气压检漏系统组成，利用微处理技术、现代传感技术及机电一体化技术，实现高精度的钢桶微漏自动化检测。
2 检漏仪的组成
如图1，由传感器采集的信号传给放大器，经过放大 之后传给A/D转换器，把它送给显示块，压力可以适时地显示出来，同时把这个数据送给单片机进行处理判断，得到的结果送给外围设备，用以控制薄壁桶生产线的动作。
3 气压检漏测量原理
用充气检测法可能会出现三种不同的情况：一是桶 的漏洞很大，压力根本升不上去；二是微漏，充气后压力缓慢下降；三是不漏气，充气后压力保持不变。三种情况分别对应图2中的(a)、(b)、(c)。
图2(a)情况在充气后系统对桶内压力采集的第一次 压力值已经判断桶是不合格的，因为采集的压力值小于设定的最低压力值；图2(b) 为微漏的情况，充气后系统采集第一个压力值p0，与设定最低压力值p0比较，p1p0，延时（时间可由拨码开关设定），采集第二个压力值p2，然后判断p1=p2, 的结果与设定泄漏值px比较，如果p1-p2px，桶就合格，反之不合格；图2(c)为不漏气，判断过程与图2(b)情况相同。
桶如有某处泄漏，充气后，其模型如图3所示的容器自由放气情况。如钢桶微漏，即泄漏面积A很小，钢桶壁导热很好，此时可近似看作等温过程。在被测钢桶中的压力p1.893p0时，泄漏孔A处将出现音速，在p下降达到1.893pa之前，由pa等温放气到p所需时间为
式中
，为气体的质量流量；p为容器中的压力，初始值为p0；T0为容器中的温度；A为泄漏面积（看成喷嘴）；V为容器的容积；R为空气的气体常数。
经推导计算，有：
其中
等温充气时的时间常数。
当容器中气体压力降到小于1.893pa以后，问题较为 复杂，表达式不易推导，一般借助于近似计算。图4所示为某泄漏孔面积为A的桶内的压力与时间的关系曲线。
由式（2）和图A 可知，延时时间设定在0.1~9.9s（由两位拨码开关设定）能够满足检测要求。
3.1 检漏仪硬件组成
根据生产线要求和检测精度要求，设计的钢桶气 压检漏系统硬件本体主要由98C51为控制核心的单片机、型号为BQ10的简易硅压阻式压力传感器及其驱动电路、以AD524为主的滤波放大电路、以ICL7135为核心的AD转换电路、数码管驱动电路、PLC驱动接口电路和以8155为主构成的扩展接口组成。
3.2 压力传感器二次仪表电路
压力传感器的二次仪表电路由恒流供桥电源电路、 差动放大电路和RC滤波电路三部分组成，见图5所示。
A/D转换电路的设计主要考虑转换速度和转换精度。 气动测量中气压的稳定速度较慢，也不存在需要实时控制的问题，因此本系统选择了双积分型A/D转换芯片，考虑到测量分辨率的要求，此处选择的型号是ICL7135，该芯片是美国Intel公司生产的高准确度、通用型单片CMOS4位半A/D转换器。
用8155接口芯片直接同7135联接，节省了硬件资 源的开销。
3.3 检漏仪与PLC的接口
该检漏仪所应用的生产线是由PLC控制的，所以该 检漏仪与生产线存在连接的问题，因为PLC输出的是24V直流电压，而单片机需要的是弱电流，或者说是脉冲，所以PLC传过来的信号不能直接送给单片机，否则会烧坏
芯片，为此选用固态继电器把两者连接起来。
4 检漏仪软件设计
根据前述的检漏原理和检漏动作步骤分析，所设计 的单片机检测主程序流程如图6所示。
5 结论
根据生产线的要求所设计的钢桶微漏气压自动检 测仪，经过一段时间的实际运行考验，证明完全适合此类密封容器的微漏检测实际情况，经过多次测量试验，带有直径为0.1mm小孔的桶能准确无误地检测出来，出厂的桶在泄漏指标内100%合格，检漏仪达到了设计指标，比传统的手动泡水法检测效率提高了20倍以上，成功地实现了产品的在线检测。返回搜狐，查看更多
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