电池气塞压力测试系统的设计与应用

倪作恒++郭兆瑞

摘 要：针对电池气塞检测人工操作精度不高、检测工艺方法落后，不适应当前的航天电源产品的生产过程质量控制及批产效率要求，开发研制了锌银电池气塞压力测试系统，通过新系统与老工艺方法的试验，确定了合理的工艺参数，并进行了验证，解决了锌银电池气塞压力自动检测记录的生产瓶颈问题。

关键词：气塞检测；橡胶；工艺方法

0 引言

锌银蓄电池是用于运载火箭的主要电源，28V电池组由20个单体串联组成，每个单体电池上安装有气塞，气塞的气压阀是由橡胶圈弹性伸缩控制，气塞压力要求控制在40Kpa至80Kpa之间，以保证单体电池内部电解液在正常情况下不泄露，同时在放电过程中气压过高时能及时向外排出气体。长期以来，该气塞的检测依靠人工判读的检测方式，即将气塞接入U型管通路中，通过空压机提供气源，人工手工控制气阀，逐渐调大进气量，直至气塞打开。上述检测方式存在两个方面的问题，一是人工判读误差较大，检测精度不够，难以准确把握气塞实际打开压力；二是检测结果因人而异性大，导致测量结果偏差大；因此，需开发一套能自动检测的气塞压力测试系统。

1 气塞压力测试系统设计

根据气塞检测的压力范围及要求，不能简单复制原有的人工压力检测方式，原有方式人为控制气阀，以进气量控制气塞打开压力，存在相当的随意性，因此在系统方案设计时考虑采用如下方式来完成气塞压力测试：

在气塞回路中通过减压阀给定40Kpa的低压检测压力值，气路压力平衡后关闭进气通道，测试回路中的气压的下降曲线，以一定时间后的气压下降值作为气塞是否在40Kpa下打开的判定。如果气塞在该状态下通过检测，即认为压力高于40Kpa满足使用要求，随即打开进气阀，通过减压阀控制气路压力80Kpa，同样以关闭进气阀后的压力下降曲线判定气塞是否在该压力下打开，最终给定气塞压力范围是否在40Kpa至80Kpa之间。压力测试的时间和压力参数需要通过新老方法的对比试验来最终确定。

系统采用PLC控制气阀，工控机程序控制测试过程和数据记录。气塞压力测试系统的外形图见图1。

系统具备八个通道同时检测的能力，自动加压完成低压检测和高压检测，动态监控压力变化曲线，具备测试数据自动记录和保存功能。

2 气塞压力测试系统的应用

整个压力测试系统的应用关键是确定新系统的各项检测参数，而参数的确定必须依托新老测试方法的数据对比分析。由于航天产品的质量可靠性及技术状态控制的严格性，试验必须充分，数据必须可靠才能正式应用。

2.1 试验对象

试验对象为橡胶圈式气塞，气塞螺纹外径分别为M4，气塞要求满足打开压力在40Kpa～80Kpa范围内。

2.2 试验步骤

试验具体步骤如下：

（1）设定气塞压力测试系统初始参数，该参数确保合格与不合格气塞样品均能通过检测，方便读取系统测试压力曲线。

（2）先通过老工艺方法进行测试，记录老方法的气塞打开压力。

（3）采用测试系统对同一气塞进行压力测试，分别记录低压和高压数值。

（4）重复进行测试10～20次，对比新老工艺方法的测试结果，确定新系统的工艺参数。

（5）进行验证试验，确定是否需要修正工艺参数。

2.3 测试结果

对M4 气塞先进行参数确定试验，设定检测压力低压10kpa，高压80kpa，检测时间低压10s，高压10s，试验见表1。

（下转第140页）

（上接第138页）

根据试验数据，低压合格与不合格的临界测试压力的最低值在28kpa，高压合格与不合格的临界测试压力在67kpa左右，因此确定M4检测压力参数为低压28kpa、高压67kpa。虽有临界合格气塞压力高压最低检测达到73.7kpa，但由于老设备的检测精度不高，且气塞为橡胶制品，存在不稳定性，检测参数宜紧不宜松。

随后对上述参数设定合理性进行了验证性试验，即将参数设定为低压30kpa、高压67kpa，压力保持时间均为10s。先进行系统自动检测，随后进行老工艺方法对检测结果的验证，验证试验数据见表2。

通过表2数据表明，工艺参数确定合理，不需要再进行调整参数进行试验。

3 试验结果讨论

电池气塞压力测试系统的设计尽管改变了原有的测试方式和流程，但通过新老工艺试验方法试验数据表明，测试系统设计合理，在测试实现自动化的同时，相比原有方式具有以下优点：

（1）8通道同时检测将大幅提升检测效率，适应批产检测；

（2）测试精度得到提升，避免了原有工艺人工判读数据带来的测试误差；

（3）检测数据记录可查，增加了产品过程质量控制，适应航天产品过程数据包络分析；

（4）降低了人员工作强度。

4 结语

该系统实现了锌银电池生产过程气塞的自动检测，一定程度上弥补了锌银电池生产过程自动化测试水平。目前，该设备已成功应用于各种气塞规格的检测，后续也可推广至其他电池气塞检测中。endprint