IPX7等级沉水测试与气密测试等效关系的研究.pdf

第 期 年 月机电元件 收稿日期：试 验 与 检 测 等级沉水测试与气密测试等效关系的研究张保生（贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，）摘要：近年来，新能源汽车越来越多的进入人们生活，人们对新能源汽车线束的安全防护要求也愈加重视。在高压线束的密封性测试，通用使用气密测试条件测试。但防护等级和气密测试标准之间，没有固定的理论分析和推导依据。一般需要通过多轮极限验证，过程耗时耗力。本文结合生产工艺实际，从理论角度探讨 沉水测试与气密测试的替代关系，提出关键参数和通过标准。对线束气密测试具有参考意义，为其他产品气密测试提供参考。关键词：新能源；气密测试；高压线束 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言在新能源汽车线束及连接器领域，为满足电连接相关产品的正常工作和使用安全，通常都会对产品进行防尘防水等级的要求。对产品防护等级要求通常会用 代码表示 。在以 防护等级作为判据的众多产品中，防护即便做的再好，也会存在一定的相对泄露 。目前我国相关厂商主要使用气密检测取代沉水检测。气密性检测法具有定量、客观、自动化、无需后续处理等优点，尤其检测进度大大优于沉水法。气密性测试分为直压法和差压法，它们都是以压缩空气为工作介质，通过压力变化来判断被测件是否泄露 。气密测试与 对等关系 等级等价条件分析首先，根据 等级对测试结果的判定，试验完成后，应检查外壳进水情况。将判定条件与产品性能联系在一起，则将判定条件逐级收严如下：图 进水量大小对产品性能的影响 理论计算 空气湿度与绝缘电阻变化关系理论假设中，进水导致测试腔体内空气相对湿度增大。而在空气相对湿度大的条件下，对电气设备进行绝缘电阻测试，其测量值与一般状态下的差别较大。根据可查到的文献内数据，对于电缆芯线或铜排，绝缘电阻随相对湿度增加而下降的趋势非常明显 。根据对公司内产品不同湿度情况下的测试数据，绝缘电阻也随着相对温度的增加下降明显。对于同一款产品，相对于 的相对湿度，在 相对湿度的条件下绝缘电阻下降了约 倍。图 不同湿度下绝缘电阻与温度之间关系 防水测试替代理论依据标准情况下，空气分子直径 水分子直径；空气分子间间隙是水的 倍；水的粘度约是空气的 倍。因此可用气密测试代替沉水测试，且在相同通过条件下，气密测试属于加严测试。气密测试是沉水测试的充分不必要条件 。收严标准允许进水量理论计算在上述分析的基础上，我们默认取各温度下 相对湿度对应的含水量，并以此作为粗略估计测试空间内允许的泄露量。标准大气压下，空气密度为 ，即 。当温度为 ，相对湿度为 时，空气绝对含水量为 ，即每升空气含水 。加严假设所有进入水分瞬间完全蒸发，则测试的通过条件为一米水下测试，持续时间 分钟，要求进水量小于 ，然后将进水量转化为同等压强下气体泄漏量。允许进水量与泄露量转换理论计算根据层流管泄露量换算公式，水 气（空气泄漏量，液体泄漏量，漏孔平均压强，环境大气压）。转换成空气体积为 水气 （水 深 处 相 对 于 水 平 面 压 强 约 ，此处总压强为 ，）。即 的判定条件等效于在 分钟（秒）内，内外压差，封闭空间内每 气体的泄露量小于 。根据理想气体公式 （为常数），在给定试验压力 、密封体积 下，公式 （）?（）；将 转化成标准状态下泄露的体积 则得公式 （）（标准中泄漏率概念为常态大气状态下，即 个标准大气压）；合并，得泄漏量 ，单位时间泄漏量 ，在给定压力、密封体积下，泄漏量与气压降成正比。根据 ，则压降 ；即通过条件：腔体，内外压差，持续 ，压降小于 时满足 防水等级；另由公式得出，气压降与泄露量成正比，与测试体积成反比。气密性测试效率提升理论计算理论计算，在稳压后状态下，泄露速率不变。气压降与体积成反比，与时间成正比。在测试体积为 ，测试时间为 秒的测试条件下，允许气压降为 。则与之对应，在体积为 ，测试时间为 秒的测试条件下，同等泄露量导致的气压降为 。同样在理论计算，在稳压后状态下，泄露速率不变。那么同样 测试空间，测试 秒，允许压降应该为 。基于上述理论计算，我们在 的测试气压下对 的腔体进行 秒的测试。分析验证数据发现，对于 等级合格的样品，在测试过程中气压降随时间增加而增加，但变化速率逐渐减小并最终趋于 。说明这一转换步骤属于加严管控。的充分不必要条件转换为在 腔体，内外压差的条件下持续测试 秒，压降小于 。基于上述验证，我们得到在测试气压为 的气压条件下，产品满足 的合格判定标准。但由于不同型号产品间结构和材料性质的不同，气压与测试中气压降的关系没有统一的公式或理论能够证明。为解决此问题，我们为不同的产品分别引入气压系数。将气密性测试的判定条件修改如下。工装腔体体积：（），测试气压：，测试时间：（一般 ），通过条件：压降 气压系数 。气压系数的拟合运算选取气密合格的线缆，在不同测试气压下进行气密性测试。验证中保证足够长的稳压时间，以测得样品的真实气压降。测试时间为 秒，每组样品测试 次取均值。记录气压降随稳压时间变化的数据如下。图 最终气压降与测试气压的对应关系第 期张保生：等级沉水测试与气密测试等效关系的研究将气压降的均值数据作为因变量，以测试气压作为自变量，得到拟合回归方程。则回归方程的斜率为气压系数。将 下理论计算的允许气压降代入方程中，即可得到回归方程的截距。设 为测试气压，为气压降，则回归方程为 。整理 与 关系式为 ，即该型号产品的气压系数为 。该产品的气密性测试工装腔体体积约 ；测试时间 秒；测试气压为 ；理论计算的气压降上限为 。代入 ，解得 。即 与的关系式为：，当 ，即当用 的气压测试时，允许的气压降约 。当 ，即当用 的气压测试时，允许的气压降约 。实测结果对比为验证拟合气密测试判定条件，基于测试气压 、测试时间 秒的测试条件，挑选出 件临界品、件合格品和 件不良品，分别进行沉水测试。沉水试验完成后，检查产品内试纸和外观状态。合格品和临界品均无进水，气密不良品内部无明显水渍，但试纸已变颜色，即为沉水测试不良品。经实测对比验证，确定拟合得出的气密测试判定标准略严于 的沉水测试判定标准。虽属于加严管控，使用该判定标准进行测试，气压降 为 ，可以用于制程生产。测试条件测试气压：，充气时间：秒，稳压时间：秒，测试时间：秒序号气压降 水密测试 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 不良 合格 合格图 实测结果对比图 产品气压降过程能力 对应气密性标准小结标准情况下可用气密测试代替沉水测试，且在相同通过条件下，气密测试属于加严测试。在气压不变体积不变的前提下，泄露量与气压降成正比。由理论机 电 元 件 年计算可得 腔体，内外压差，持续 ，压降小于 时满足 防水等级。通过对测试条件的进一步加严，同时引入气压系数，我们得到提升测试效率下的通过条件，而气压系数可以依照产品不同测试气压下稳压后的气压降测试数据与测试气压的拟合关系确定。图 对应气密测试收严标准逻辑图 结论首先需要明确，产品气密性关注的待测产品单位时间的泄露量，而非气压降，只是由于泄露量较难精准量测，故通过一个默认的固定的体积，将泄露量转换为容易量测的气压降。没有规定测试体积的气压降标准是毫无意义的。本文从 的判定结果入手，逐级推导沉水测试与气密测试的关系。创新性的运用到防护等级、绝缘耐压测试、空气湿度和水分子空气分子微观分析，利用公式和试验数据逐渐收严判定标准，最终得到满足 沉水测试判定标准的充分不必要的气密测试判定标准，即：工装腔体体积：（），测试气压：，测试时间：（一般 ）通过条件：压降 气压系数 。参考文献：外壳防护等级（代码）陈福文 防护等级的测试与装置 （）王祖声电动汽车高压零部件密封防护要求 （）席兰霞，柳继昌密封性检测方法综述，火工品 ，（）：同金对防护等级为 的产品的防护等级测试 王巍环境湿度对绝缘电阻影响的试验研究 欧阳润泽湿度对绝缘电阻的影响及解决方式 电气时代 年第 期 蒋洪富湿度对聚合物绝缘材料电气性能的影响 张林立新能源汽车电池箱泄漏检测技术研究 王凌杰湿空气含湿量的测量方法及其表达式的研究与应用 （）第 期张保生：等级沉水测试与气密测试等效关系的研究