單 瑩，宋 明，李道民，高至尚

（1.山東省計(jì)量科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省城建設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250001）

0 引 言

電火花檢漏儀也叫涂層檢測(cè)儀、防腐層檢漏儀，為高壓儀器，是用于檢測(cè)金屬防腐涂層質(zhì)量的專用儀器，可以對(duì)不同厚度的搪玻璃、玻璃鋼、環(huán)氧煤瀝青和橡膠襯里等涂層進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)[1]。該儀器使用很簡(jiǎn)單，一頭接地，另一頭是探頭，探頭形式有碳刷型、圓圈彈簧型、平板橡膠型。儀器通過高壓探頭輸出脈沖或持續(xù)的直流高電壓，當(dāng)防腐層有質(zhì)量問題時(shí)，如出現(xiàn)針孔、氣泡、裂隙和裂紋等，儀器會(huì)發(fā)出明亮的電火花，同時(shí)聲光報(bào)警。此類儀器廣泛應(yīng)用于化工、石油、橡膠、搪瓷等行業(yè)，是檢測(cè)金屬防腐涂層質(zhì)量的必備工具。電火花檢漏儀輸出電壓高（有的可高達(dá)30 kV），對(duì)被試樣品及操作人員都有非常高的要求，因此要保證其計(jì)量特性及安全性能的準(zhǔn)確可靠。

1 概 述

目前國(guó)內(nèi)使用的電火花檢漏儀根據(jù)其輸出電壓持續(xù)性的差異，通?？梢苑譃槊}沖式和持續(xù)輸出式。脈沖式電火花檢漏儀是通過對(duì)各種導(dǎo)電基體防腐層表面加一定量的脈沖高壓，如因防腐層過薄，漏金屬或有漏氣針孔，當(dāng)脈沖高壓經(jīng)過時(shí)，就形成氣隙擊穿而產(chǎn)生火花放電，同時(shí)給報(bào)警電路送去一脈沖信號(hào)，使報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，從而達(dá)到對(duì)防腐層檢測(cè)之目的。持續(xù)輸出式電火花檢漏儀的輸出電壓則為持續(xù)的直流信號(hào)。脈沖式電火花檢漏儀與持續(xù)輸出式電火花檢漏儀相比，減少了對(duì)防腐層的火花沖擊破壞，增加了漏點(diǎn)記憶功能，大大提高了操作人員的工作效率。

根據(jù)試品的不同，電火花檢漏儀可以連續(xù)調(diào)節(jié)電壓范圍為0.5～30 kV[2]。例如，根據(jù)SYT 0420-1997《埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中5.1.6條要求[3]，防腐涂層的連續(xù)完整性檢查應(yīng)按照《管道防腐層檢漏試驗(yàn)方法》的規(guī)定，采用高壓電火花檢漏儀對(duì)防腐管逐根進(jìn)行檢查。其規(guī)定的檢漏電壓最高為20kV。

國(guó)內(nèi)尚沒有出臺(tái)任何關(guān)于電火花檢漏儀的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范。為保證電火花檢漏儀量值的準(zhǔn)確可靠，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的資料和多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套切實(shí)可行的電火花檢漏儀主要參數(shù)的校準(zhǔn)方案，供大家參考。

2 校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備

校準(zhǔn)電火花檢漏儀所用的標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備等必須事先進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)人員應(yīng)取得相應(yīng)的培訓(xùn)和上崗證，在校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)佩帶絕緣手套，按國(guó)家有關(guān)安全操作規(guī)定進(jìn)行；校準(zhǔn)場(chǎng)所應(yīng)配備絕緣橡膠墊，并保證有隔離措施使與校準(zhǔn)無關(guān)的人員保持在有效安全距離以外。

3 校準(zhǔn)方法

電火花檢漏儀的校準(zhǔn)項(xiàng)目包括輸出峰值電壓或輸出電壓值、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、頻率等。

3.1 輸出峰值電壓或輸出電壓

電火花檢漏儀通常由主機(jī)、高壓探棒、探極3大部分組成。主機(jī)內(nèi)裝有集成控制電路、聲音報(bào)警裝置等，高壓探棒內(nèi)裝有高壓發(fā)生器及光報(bào)警裝置，探極為銅刷探極。

校準(zhǔn)脈沖式電火花檢漏儀的輸出峰值電壓可用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭進(jìn)行[4]。校準(zhǔn)直流持續(xù)輸出的電火花檢漏儀的輸出電壓可用數(shù)字高壓表進(jìn)行。

采用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，調(diào)整數(shù)字示波器的垂直和水平量程，打開電火花檢漏儀高壓探棒的開關(guān)，調(diào)節(jié)主機(jī)，使其達(dá)到需要的被校準(zhǔn)電壓值，記錄下數(shù)字示波器的最大電壓。線路如圖1所示。

采用數(shù)字高壓表進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，打開電火花檢漏儀高壓探棒的開關(guān)，調(diào)節(jié)主機(jī)，使其達(dá)到需要的被校準(zhǔn)電壓值，記錄下數(shù)字高壓表的顯示值。線路圖如圖2所示。

電火花檢漏儀輸出峰值電壓（輸出電壓）示值誤差用式（1）表示：

式中：δU——輸出峰值電壓（輸出電壓）相對(duì)誤差，%；

Ux——輸出峰值電壓（輸出電壓）示值，kV；

Un——檢定裝置讀數(shù)值，kV。

3.2 上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和頻率

校準(zhǔn)脈沖式電火花檢漏儀的上升時(shí)間[5]、持續(xù)時(shí)間和頻率可用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭進(jìn)行，線路可參照?qǐng)D1。上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間參照IEC 60469-1定義。上升時(shí)間為脈沖瞬時(shí)值首次從給定下限值上升到給定上限值所經(jīng)歷的時(shí)間（其中下限值和上限值分別定為脈沖幅值的10%和90%）。如圖3所示，在波形上取幅值為峰值電壓10%和90%的A、B兩點(diǎn)，此兩點(diǎn)的時(shí)間間隔定義為上升時(shí)間Tx。

持續(xù)時(shí)間為規(guī)定的波形或特征存在或持續(xù)的間隔絕對(duì)值。如圖4所示，輸出波形的波尾部分無振蕩，按50%峰值的幅度在波尾部分的波形上取M點(diǎn)，即確定為持續(xù)時(shí)間T2。

脈沖式電火花檢漏儀上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和頻率示值誤差用式（2）表示：

式中：δT——上升時(shí)間（持續(xù)時(shí)間或頻率）相對(duì)誤差，%；

Tx——上升時(shí)間（持續(xù)時(shí)間或頻率）示值，μs；

Tn——檢定裝置讀數(shù)值，μs。

4 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的要求

圖1 脈沖式電火花檢漏儀輸出峰值電壓測(cè)量線路

圖2 持續(xù)輸出式電火花檢漏儀輸出電壓測(cè)量線路

圖3 輸出峰值電壓波形1

校準(zhǔn)脈沖式電火花檢漏儀選用的數(shù)字示波器的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于10 ns，輸入阻抗不小于1MΩ和不大于50pF。分壓器應(yīng)選用方波響應(yīng)時(shí)間不超過50ns，且阻值為5～20kΩ的純電阻分壓器。

圖4 輸出峰值電壓波形2

圖5 HJ-3電火花檢漏儀單一輸出電壓波形

圖6 HJ-3電火花檢漏儀多脈沖輸出電壓波形

校準(zhǔn)持續(xù)輸出式電火花檢漏儀應(yīng)選用高阻抗的數(shù)字高壓表，測(cè)試范圍為0.5～30 kV，最大允許誤差優(yōu)于±1%。

5 標(biāo)準(zhǔn)器使用注意事項(xiàng)

校準(zhǔn)持續(xù)輸出式電火花檢漏儀的數(shù)字高壓表常用于高壓發(fā)生器的校準(zhǔn)中，使用注意事項(xiàng)可以參照，在此不再贅述。

在使用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭對(duì)脈沖式電火花檢漏儀進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)正確操作示波器，提高校準(zhǔn)準(zhǔn)確度，降低因操作引入的系統(tǒng)誤差。

5.1 示波器的使用

示波器使用不當(dāng)容易損壞或影響使用壽命[6]。根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上。示波器為非平衡式儀表，示波器探頭上的黑夾子應(yīng)與被測(cè)電路的地連接在一起，并且接線時(shí)先接黑夾子后接探頭，拆線時(shí)相反。示波器探頭連接被測(cè)電火花檢漏儀的高壓輸出。選擇“直流”耦合方式，以便觀測(cè)信號(hào)的絕對(duì)電壓值。為保證波形穩(wěn)定顯示，在正確選擇了觸發(fā)源的前提下，還應(yīng)注意調(diào)節(jié)觸發(fā)電平旋鈕（LEVEL）。示波器顯示波形時(shí)，水平方向一般應(yīng)調(diào)到能夠清晰地顯示一個(gè)周期，垂直方向則應(yīng)調(diào)到波形的高度占到滿屏的2/3或一半以上。在觀察過程中，應(yīng)避免經(jīng)常啟閉電源。電源電壓應(yīng)限制在220（1±10%）V的范圍內(nèi)才能使用。此外，操作面板上各旋鈕動(dòng)作要輕。當(dāng)旋到極限位置時(shí)，只能往回旋轉(zhuǎn)，不能硬扳。

5.2 探頭的使用

由于脈沖式電火花檢漏儀的輸出電壓較高，通常使用高倍率的高壓衰減探頭。探頭在使用之前應(yīng)該先對(duì)其阻抗匹配部分進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常在探頭靠近示波器一端有一個(gè)可調(diào)電容，有一些探頭在靠近探針一端也具有可調(diào)電容，它們用來調(diào)節(jié)示波器探頭的阻抗匹配。如果阻抗不匹配的話，測(cè)量到的波形將會(huì)變形。探頭上的接地線要可靠并與被測(cè)電火花檢漏儀的地相連。

P6015A是一種高壓探頭，衰減比為1000∶1，它由高壓探頭和補(bǔ)償盒兩部分組成，探頭、補(bǔ)償盒和連接導(dǎo)線采用了等電位屏蔽技術(shù)，具有線性好、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。與示波器（阻抗必須設(shè)置為1MΩ，P6015A電路設(shè)計(jì)要求）配套使用，可以測(cè)量交直流電壓、脈沖峰值電壓[7]。

圖5、圖6是使用DPO7254型數(shù)字示波器和P6015A高壓衰減探頭對(duì)HJ-3型電火花檢漏儀校準(zhǔn)時(shí)采集的波形。

6 結(jié)束語

對(duì)電火花檢漏儀的校準(zhǔn)是保證金屬防腐涂層產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠的一項(xiàng)重要工作。提出校準(zhǔn)項(xiàng)目、校準(zhǔn)方法、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的要求及應(yīng)注意的問題，不僅對(duì)今后校準(zhǔn)電火花檢漏儀有著積極的指導(dǎo)作用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)此類設(shè)備校準(zhǔn)的空白，還將會(huì)給電火花檢漏儀生產(chǎn)廠家及計(jì)量檢定人員起到意識(shí)上的推進(jìn)作用，并將使電火花檢漏儀的產(chǎn)品質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升，最終為化工、石油、橡膠、搪瓷等行業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

[1]萬者堅(jiān)，孫珍同.涂層針孔缺陷的檢漏原理及方法[J].腐蝕與防護(hù)，1999（8）：369-370.

[2]王鐵漢.SP-1型低壓涂層針孔檢漏儀[J].機(jī)車車輛工藝，1989（5）：35-36.

[3]SYT 0420—1997埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[4]曾仲夷.匝間絕緣耐壓試驗(yàn)儀的校準(zhǔn)方法的分析[J].科技信息，2011（8）：I0327-I0330.

[5]IEC 60469-1-1987 Pulse techniques and apparatus.Part 1：Pulse terms and definitions[S].BSI，1989.

[6]李保文.示波器使用中應(yīng)注意的問題[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2006（9）：27-29.

[7]劉紅煜，魏亞利，陳耀明.用P6015A探頭校準(zhǔn)電浪涌發(fā)生器開路輸出電壓[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（23）：142-143.