一种温度监测的航空管路气密性智能判定方法

1.本发明涉及一种气密性智能判定方法，特别涉及一种温度监测的航空管路气密性智能判定方法，属于航空部件气密性检测技术领域。


背景技术：

2.气密检测技术是利用某种气体对待测密闭容腔的密封性性能进行测试的技术。由于待测密闭容器的局部会存在制造或装配缺陷，形成不同大小的漏孔。因为可分离式管接头有着良好的耐压特性、密封特性、方便安装和高可靠性等优点，所以其广泛应用于各类航空器中液压、气体系统管路之间的连接。所以，管接头作为航空管路连接重要构件，其失效会造成飞机液压、气密系统的重大事故，所以管接头密封性和可靠性研究对于飞机气压、液压系统至关重要。然而由于个别接头处的安装误差所产生的微小缝隙会使整个管路系统的密封性严重受损，迫切需要高精度气密测试技术，实现对航空系统管路的密封性检验。
3.另外，由于气体的本身的特殊性质，气密测试结果往往受到外界环境的影响，其中环境温度是影响管路密封测试的精度和效率的主要因素。在充压阶段，测试气体与管路内壁摩擦，而航空管路数量多且内壁面积庞大，致使因摩擦而产生巨大的热量，进而导致被测容器内气体温度升高。一方面，测试气体由于温度的升高而压力上升，导致实际冲入管路的充气量较少；另一方面，测试气体与环境温度形成温差，在稳压和保压过程中，被测容器内气体将与外界进行热交换，容器内气体温度发生变化，气体压力也随之变化，影响测试结果，具体为：环境温度升高导致管路内部气体压力也会升高，而在接头处的泄漏点气体外溢，又会导致压力下降，所以在保压终止时，压力值波动在允许范围内，由此得到的泄漏量与实际泄漏情况却截然相反，最终影响该部件的测试工艺流程。目前工程实际生产过程由于生产节拍和产品数量的限制，稳压时间不能过长，这就导致管路内气体与外界环境的温差始终存在，导致测试结果不可信，需要不断返工，致使航空管路气密测试效率及测试精度不满足生产需求。
4.因此针对上述问题，本发明基于自动气密测试系统中的监测待测管路温度的温度传感器，开发一种考虑温度的快速精准气密智能判定方法。在厂房环境温度波动的情况下，依靠统计分析合格管路泄漏量与温度差的关系，表征出因温度变化而产生的压力波动，得到测试合格温度补偿参考曲线，依此判定待测管路的气密性，通过本方法，降低外界环境的干扰，基本消除温度对于测试结果的影响，提高测试精度及测试效率，从根本上解决航空管路密封测试准确度差、效率低下问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种温度监测的航空管路气密性智能判定方法，以解决上述背景技术中提出的航空管路密封测试准确度差、效率低下问题的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括以下步骤：
7.s1：厂房气源经过气源三联件过滤，通过增压阀将气源压力增压至适用压力，气源
三联件由过滤器、减压阀和压力表组成；
8.s2：通过换向阀负责控制下级测试回路的通断以及测试完毕时的排气，而减压阀将压力调节至测试压力，接口处的压力传感器实时监控待测管路内的压力，温度传感器监测待测管路内的温度；
9.s3：进行气密性测试，连接好待测管路并设定好测试压力，开始向管路内充入气体，待管路内压力达到测试要求的压力时，停止充压，进入稳压阶段，待管路内压力稳定后，进入保压阶段；
10.s4：在保压阶段结束时，读取保压前后的压力差，计算泄漏量，依据保压前后的温度差，在对比测试合格温度补偿参考曲线，如不合格，重新修补直至测试合格。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s3气密测试过程中，假设忽略温度变化的情况，根据波义耳定律，理想状态下的气体压强与体积呈反比，而在大气状态下的泄漏量与压力差的关系为：
12.p
0-p1＝paqt/v
13.式中：p0为保压开始时管路内的压力，单位为mpa，p1为保压结束时管路内的压力，单位为mpa，pa为大气压，单位为mpa，v为管路内气体所占体积，单位为l，q为泄漏量，单位为l/min。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述管路体积v一定的情况下，泄漏量与压力差成正比，而在密闭容器内的气体，其平衡状态下，压力和温度存在着反比关系，考虑温度变化时的实际压力差为：
[0015][0016]
式中：δt为保压开始与结束时管路内气体的温度差，当测试压力一定时，泄漏量与温差成正比关系：
[0017]q∝
δt
[0018]
故泄漏点稳定的管路，温差越大，测得到泄漏量就越大。
[0019]
作为本发明的一种优选技术方案，所述气密性智能判定方法的原理为：采集多组合格管路的数据，拟合出温差-泄漏量曲线，将曲线上向上平移一段距离(称为阈值)，作为测试合格温度补偿参照曲线，接下来的测试其为基准。
[0020]
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s3中的气密性测试具体方法为：通过大量合格管路的测试，采集同一批次待测合格管路的泄漏量以及对应的温差，形成泄漏量-温差散点图，观察曲线走向，依据分段线性回归方法，设泄漏量与温差的关系为：
[0021][0022]
式中：q
t
为泄漏量，单位为l/min，t
t
为温度差，单位为k，t
t0
为拟合曲线的拐点；d
t
为阶跃函数，β0、β1和β2是待求参数，每个散点的坐标为(t(i)，q(i))，误差函数设为最小二乘法的误差
[0023]
[0024]
通过反复迭代，令误差函数最小，求得拐点t
t0
、以及β0、β1和β2等待求参数，得到泄漏量与温度差之间的非线性关系，同时将最小二乘法的误差e的一半作为测试合格温度补偿参照曲线中的阈值，将温差-泄漏量曲线向上平移，得到测试合格温度补偿参照曲线，当前测试结果(温差-泄漏量)与温度补偿参照曲线进行比较，若该结果位于阈值之下，即为测试合格，减少因温度变化带来的误判；
[0025]
若测试合格，则将该管路的数据(温差-泄漏量)自动加入到合格管路数据库中，实时更新测试合格温度补偿参照曲线，为接下来的测试提供更为准确的参照。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0027]
1.本发明一种温度监测的航空管路气密性智能判定方法，通过上位机及plc按照既定程序控制各个电磁阀组，在安全压力下的自动化气密测试，依靠增压泵增加厂房气源压力，为了防止突发故障使管路内压力过大设置了溢流阀，将管路内压力限制在安全值以下，通过2位3通换向阀，实现对测试状态由测试中的充压、保压向测试完毕的泄压转变，通过减压阀进行二级调压，使出口压力达到测试需求压力，通过设置高精度压力传感器和温度传感器实时监控管路内部的压力值与温度值。
[0028]
2.本发明一种温度监测的航空管路气密性智能判定方法，利用温度差和泄漏量的线性关系
[0029]q∝
δt
[0030]
根据已有试验数据，通过对合格管路的温差-泄漏量数据分段线性回归分析的方法，假设温差与泄漏量之间的关系是
[0031][0032]
将已有测试合格管路的温差和泄漏量数据带入关系式，通过反复迭代，求得零最小二乘误差e最小的各个参数的值，即可获得温差泄漏量拟合曲线，较为准确的表示温度差与泄漏量的关系，然后将e/2作为阈值，通过移动阈值对温差-泄漏量曲线进行修正，建立测试合格温度补偿参照曲线。每次试验得到的测试结果与该参照曲线比较，判断合格与否，减少气密测试过程中因温度变化而导致的误判。本方法无需计算温度变化引起的泄漏量变化值，通过对现有测试合格数据的快速统计分析，提出了高效高精度的气密判定方法。
[0033]
3.本发明一种温度监测的航空管路气密性智能判定方法，在判定过程中，将当前合格管路的温差-泄漏量加入到已有数据库(温差-泄漏量)中，通过智能实时迭代算法，修正测试合格温度补偿参照曲线。这样通过反复迭代得到的参照曲线，消除由于厂房温度实时动态变化而带来的拟合不准确，有利于大批量管路的智能气密判定，为接下来的测试提供更具有可信度的动态测试标准，增强测试结果可靠性，更符合实际情况。
附图说明
[0034]
图1为本发明的温度补偿原理图；
[0035]
图2为本发明的气路原理及自动控制图；
[0036]
图3为本发明的气密性测试流程图。
[0037]
图4为本发明的实时温度补偿流程图。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
请参阅图1-4，本发明提供了一种温度监测的航空管路气密性智能判定方法的技术方案：
[0040]
根据图1-4所示，包括以下步骤：
[0041]
s1：厂房气源经过气源三联件过滤，通过增压阀将气源压力增压至适用压力，气源三联件由过滤器、减压阀和压力表组成；
[0042]
s2：通过换向阀负责控制下级测试回路的通断以及测试完毕时的排气，而减压阀将压力调节至测试压力，接口处的压力传感器实时监控待测管路内的压力，温度传感器监测待测管路内的温度，换向阀为2位3通换向阀；
[0043]
s3：进行气密性测试，连接好待测管路并设定好测试压力，开始向管路内充入气体，待管路内压力达到测试要求的压力时，停止充压，进入稳压阶段，待管路内压力稳定后，进入保压阶段；
[0044]
s4：在保压阶段结束时，读取保压前后的压力差，计算泄漏量，依据保压前后的温度差，在对比测试合格温度补偿参考曲线，如不合格，重新修补直至测试合格。
[0045]
步骤s3气密测试过程中，假设忽略温度变化的情况，根据波义耳定律，理想状态下的气体压强与体积呈反比，而在大气状态下的泄漏量与压力差的关系为：
[0046]
p
0-p1＝paqt/v
[0047]
式中：p0为保压开始时管路内的压力，单位为mpa，p1为保压结束时管路内的压力，单位为mpa，pa为大气压，单位为mpa，v为管路内气体所占体积，单位为l，q为泄漏量，单位为l/min。
[0048]
管路体积v一定的情况下，泄漏量与压力差成正比，而在密闭容器内的气体，其平衡状态下，压力和温度存在着反比关系，考虑温度变化时的实际压力差为：
[0049][0050]
式中：δt为保压开始与结束时管路内气体的温度差，当测试压力一定时，泄漏量与温差成正比关系：
[0051]q∝
δt
[0052]
故泄漏点稳定的管路，温差越大，测得到泄漏量就越大。
[0053]
气密性智能判定方法的原理为：采集多组合格管路的数据，拟合出温差-泄漏量曲线，将曲线上向上平移一段距离(称为阈值)，作为测试合格温度补偿参照曲线，接下来的测试其为基准。
[0054]
步骤s3中的气密性测试具体方法为：通过大量合格管路的测试，采集同一批次待测合格管路的泄漏量以及对应的温差，形成泄漏量-温差散点图，观察曲线走向，依据分段线性回归方法，设泄漏量与温差的关系为：
[0055][0056]
式中：q
t
为泄漏量，单位为l/min，t
t
为温度差，单位为k，t
t0
为拟合曲线的拐点；d
t
为阶跃函数，β0、β1和β2是待求参数，每个散点的坐标为(t(i)，q(i))，误差函数设为最小二乘法的误差
[0057][0058]
通过反复迭代，令误差函数最小，求得拐点t
t0
、以及β0、β1和β2等待求参数，得到泄漏量与温度差之间的非线性关系，同时将最小二乘法的误差e的一半作为测试合格温度补偿参照曲线中的阈值，将温差-泄漏量曲线向上平移，得到测试合格温度补偿参照曲线，当前测试结果(温差-泄漏量)与温度补偿参照曲线进行比较，若该结果位于阈值之下，即为测试合格，减少因温度变化带来的误判；
[0059]
若测试合格，则将该管路的数据(温差-泄漏量)自动加入到合格管路数据库中，实时更新测试合格温度补偿参照曲线，为接下来的测试提供更为准确的参照。
[0060]
温度监测的航空管路气密性智能判定方法检测考虑保压前后温度差对于最终泄漏量的影响，通过在气密测试系统接口处布置温度传感器，依靠对于合格管路温差-泄漏量的分段线性回归分析，确定测试合格温度补偿参照曲线，完成测试结果的智能判定，并将当前管路的测试数据加入到线性回归数据库中，实时更新曲线。
[0061]
下面结合附图与实例对本发明专利做进一步说明。
[0062]
如图2所示，气密测试系统接通厂房气源，由过滤器、减压阀和压力表组成的气源三联件对气源进行过滤与一级减压，然后经过换向阀1，依靠增压泵将气体增至合适的压力。溢流阀是为了防止突发故障使管路内压力过大，将管路内压力限制在安全值以下。然后气体经过换向阀，通过减压阀进行二级调压，使出口压力达到测试需求压力，高精度压力传感器和温度传感器负责监控待测管路内部的压力和温度值。
[0063]
以某一批次航空燃油管路为例，考虑温度监测的气密智能判定流程如图3和图4所示：
[0064]
1)首先将气密测试系统通过快插接头与该航空燃油管路连接，然后设定测试工作压力，打开相应阀门进行压缩空气充压；
[0065]
2)待压力传感器2检测到管路内压力达到测试压力时，关闭阀门，停止充压。进行20min的稳压，稳压过程中由于外界振动的影响，压力可能会在允许范围内波动；
[0066]
3)稳压结束后，进入保压阶段，记录保压开始时管路内的压力值以及温度值。静置30min后，记录保压结束时的压力值与温度值并计算对应的泄漏量。
[0067]
4)通过对该批次合格的航空燃油系统管路的相关试验结果(温差-泄漏量)数据库进行分段线性回归分析，得到温差-泄漏量拟合曲线与最小二乘误差e0，以e0/2其作为阈值，将温差-泄漏量拟合曲线向上移动e0/2，得到测试合格温度补偿参照曲线；
[0068]
5)3)中计算出的泄漏量与修正后的测试合格温度补偿参照曲线进行比对，若在曲线之下，则测试合格；若高于曲线，则测试不合格。
[0069]
6)将该管路测试得到的温差-泄漏量数据加入到用于线性回归的数据库中，并实时测试合格温度补偿参照曲线，等待下一轮测试。
[0070]
7)测试结束。
[0071]
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0072]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0073]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。