لتحويل اضمحلال الضغط إلى معدل تسرب مدخل الكابل، اضرب الحجم الفعال للغاز في هبوط الضغط، واقسم الناتج على زمن القياس، ثم طبّق الضغط ودرجة الحرارة المستخدمين للإبلاغ. أبدأ أولًا بفصل فقد الغاز عن التبريد وتغير الحجم وتسرب التجهيزة. وعند ضبط هذه الآثار، تعطي النتيجة متوسط معدل فقد الغاز للمجموعة وفي ظل الشروط التي اختُبرت بها.
يحوّل المثال أدناه هبوطًا قدره 0.2 kPa في حجم 0.500 L على مدى 60 ثانية إلى 1.0 mL/min عند الشروط المرجعية المذكورة. ويبيّن حساب ثانٍ كيف يمكن لتبريد لا يتجاوز 0.3°C أن يسبب هبوطًا مشابهًا في الضغط.
أهم النقاط
- أدرج التجهيزة المتصلة والأنابيب ضمن الحجم الفعال للغاز.
- تحقق من استقرار درجة حرارة الغاز خلال فترة القياس.
- ميّز بين اضمحلال الضغط ومعدل حاصل ضرب الضغط في الحجم والتدفق الحجمي المرجعي.
- أبلغ عن نوع الغاز وشروط الاختبار والشروط المرجعية مع النتيجة.
- طبّق حد القبول وقاعدة القرار الخاصين بالمجموعة على الكمية المطابقة.
حدّد حجم الغاز والحد الذي تمثله قراءة الضغط
معدل التسرب هو كمية المائع التي تعبر حدًا محددًا لكل وحدة زمن في ظل شروط معلومة. أبدأ برسم هذا الحد حول حيز الغاز المتصل. ويشمل الاختبار الكامل لصندوق التوصيل وصلة الغطاء وكل مدخل متصل. أما التجهيزة التي تعزل جلاندًا واحدًا فتقيس مجموعة أضيق نطاقًا. يشرح مسرد معدل التسرب الكمية وشروط الإبلاغ عنها.
ابدأ بتحديد الغاز واتجاه فرق الضغط والواجهات الداخلة في الاختبار. فإذا كان الاختبار يشمل الحاوية كاملة، فقد تسهم حشية الغطاء ومداخل أخرى في النتيجة. ويوضح دليل سلامة إحكام صندوق التوصيل كيفية تحديد تلك الحدود.
الحجم الفعال للغاز هو حيز الغاز المتصل الذي تمثله قراءة الضغط، ويشمل تجويف العينة والتجهيزة والأنابيب داخل حد العزل. وتزيح المكونات الصلبة الغاز، بينما تضيف الأنابيب المتصلة حجمًا. حدّد هذا الحجم بالطريقة المحددة لمنظومة الاختبار؛ واستخدم الحجم المكافئ المعاير عندما تتطلب طريقة القياس ذلك. يوضح شرح Cosmo Instruments لمعايرة التسرب سبب الحاجة إلى الحجم الداخلي المكافئ لتحويل استجابة الضغط إلى وحدات معدل التسرب.
ينعكس خطأ الحجم مباشرة على هذا التحويل. فإذا كان الحجم الفعال الفعلي 0.5 L بينما أدخلت 0.4 L، كان المعدل المحسوب أقل بنسبة 20% لهبوط الضغط المسجل نفسه. لذلك يأتي تحديد الحجم الصحيح قبل إجراء التحويل.
إلى أي حد يمكن للتبريد أن يسبب اضمحلالًا في الضغط؟
أقارن منحنى الضغط بسجل درجة حرارة الغاز قبل تحويل الانخفاض. ويخفض التبريد الضغط حتى عندما تظل كمية الغاز ثابتة. وتربط معادلة الغاز المثالي لدى NASA بين الضغط المطلق والحجم وكمية الغاز ودرجة الحرارة المطلقة. وعند ثبات كمية الغاز وحجمه، يتغير الضغط طرديًا مع درجة الحرارة بالكلفن.
تأمل مثالًا منفصلًا خاليًا من التسرب. يبدأ الغاز عند ضغط مطلق قدره 200 kPa ودرجة حرارة 20°C، أي 293.15 K. ويستخدم الحساب مقياس كلفن؛ ويضيف تحويل درجة الحرارة لدى NIST القيمة 273.15 إلى درجة الحرارة المئوية. فإذا برد الغاز بمقدار 0.3°C فقط مع ثبات الحجم، كان هبوط الضغط المتوقع:
وهذا أكبر قليلًا من فقد الضغط البالغ 0.2 kPa المستخدم في مثال التسرب أدناه. إن تفسير الهبوط كاملًا على أنه غاز متسرب يعطي نتيجة تسرب خاطئة.
على سبيل المثال، لنفترض أن ميزانية قياس افتراضية تسمح بحد أقصى قدره 0.02 kPa من هبوط الضغط الظاهري الناجم عن التبريد عند شروط البدء هذه. وتعطي علاقة الغاز عند ثبات الحجم تغيرًا مسموحًا في درجة الحرارة مقداره 293.15 × 0.02 ÷ 200 = 0.029315 K، أي نحو 0.029°C. أستخدم هذا النوع من الحساب لمقارنة الضبط الحراري المطلوب بالقدرة المثبتة لمنظومة الاختبار. حدّد التخصيص الفعلي ضمن ميزانية عدم يقين القياس؛ وبدل 0.02 kPa هنا توضيحي.
تبدأ الحالتان الافتراضيتان أدناه من الظروف نفسها. تفترض إحداهما فقدًا للغاز مع ثبات درجة الحرارة؛ أما الأخرى فتبقي كمية الغاز ثابتة وتسمح له بالتبريد.
قد تترك عملية الملء الغاز والعينة عند درجتي حرارة مختلفتين. وأبدأ فترة الكشف عند استيفاء معايير الاستقرار في الإجراء، مستخدمًا قياسات درجة الحرارة المناسبة لمنظومة الاختبار. وقد لا تكشف درجة حرارة الغرفة وحدها التغيرات المستمرة داخل العينة. كما يمكن لحاوية أو تجهيزة قابلة للتمدد أن تتمدد بعد الملء، فيزداد حجم الغاز وينخفض الضغط. وتكتسب هذه الآثار أهمية خاصة عندما يكون الهبوط المقاس صغيرًا.
NASA-STD-7012A، القسم 5.5، يتضمن الضغط الداخلي والضغط البارومتري ودرجة الحرارة وحجم العينة وحجم التجهيزة ضمن طريقة اضمحلال الضغط الخاصة به لمعدات NASA. وتوفر هذه المتغيرات مرجعًا مفيدًا للقياس. أما مدخل الكابل، فاستخدم معايير الاستقرار وضغط الاختبار وحد القبول المحددة للمجموعة الفعلية ومنظومة اختبارها.
احسب معدل التسرب المرجعي خطوة بخطوة
أحسب أولًا معدل حاصل ضرب الضغط في الحجم، ثم أحوله إلى تدفق حجمي وفق شروط مرجعية صريحة. ويفترض النموذج التالي أن فقد الضغط ناتج عن فقد غاز مثالي مع ثبات الحجم الفعال ودرجة حرارة الغاز. ويضبط إجراء القياس تسرب التجهيزة والآثار الخلفية الأخرى. استخدم هذه الصيغة للفترة المستقرة التي تنطبق عليها تلك الافتراضات.
سجّل المدخلات
تصف قيم اختبار الهواء الافتراضية هذه فترة قياس مستقرة واحدة. وهي تتيح تتبع الوحدات والحساب؛ فاختر ضغط الاختبار والفترة الفعليين وفق إجراء اختبار المجموعة:
| المدخل | الرمز | القيمة المفترضة |
|---|---|---|
| حجم الغاز الفعال المتصل | 0.500 L | |
| ضغط البدء المطلق | 200.0 kPa مطلق | |
| ضغط النهاية المطلق | 199.8 kPa مطلق | |
| فترة الكشف | 60 s | |
| درجة حرارة غاز الاختبار الثابتة | 20°C = 293.15 K | |
| الضغط المطلق المرجعي | 100 kPa مطلق | |
| درجة الحرارة المرجعية | 20°C = 293.15 K |
فقد الضغط المقاس هو ، وقيمته 0.2 kPa. ويحدد الضغط المرجعي البالغ 100 kPa الحجم المستخدم في الإبلاغ؛ فهو ليس ضغط الاختبار ولا فرق الضغط عبر مانع الإحكام. سجّل الضغط الخارجي منفصلًا لوصف فرق ضغط الاختبار.
احسب معدل حاصل ضرب الضغط في الحجم
معدل حاصل ضرب الضغط في الحجم هو كمية الضغط مضروبًا في الحجم المفقودة لكل وحدة زمن، ويُعبَّر عنها هنا عند درجة حرارة غاز الاختبار. وعند ثبات الحجم ودرجة الحرارة، يكون متوسط مقدارها:
مع استخدام اللتر والكيلوباسكال، يكون التحويل العددي مباشرًا: 1 kPa·L تساوي 1 Pa·m³. وينتج ذلك من 1 kPa = 1,000 Pa و1 L = 0.001 m³؛ وتورد جداول تحويل وحدات SI لدى NIST تحويل اللتر.
ويجب ذكر درجة حرارة الغاز مع هذه الكمية. فهي تمثل حاصل ضرب الضغط في الحجم لكل وحدة زمن، وليست تدفقًا حجميًا بوحدة L/min.
حوّل إلى تدفق حجمي مرجعي
التدفق الحجمي المرجعي هو كمية الغاز المفقودة لكل وحدة زمن، معبَّرًا عنها بالحجم الذي ستشغله عند ضغط ودرجة حرارة محددين. وتعطي علاقة الغاز المثالي:
في هذه المعادلة، استخدم الحجم بوحدة L، وحدّي الضغط بوحدة kPa، ودرجتي الحرارة بوحدة K، والفترة بالثواني. ويحوّل العامل 60 الناتج إلى L/min. وتستخدم نسبة درجات الحرارة قيمًا مطلقة، حتى عندما تطلب منك أداة أو حاسبة إدخال °C.
في المثال المحدد:
أبلغ عن ذلك بوصفه 1.0 mL/min من الهواء عند ضغط مطلق 100 kPa ودرجة حرارة مرجعية 20°C، محسوبًا متوسطًا على مدى 60 ثانية. بدأ الاختبار عند ضغط مطلق 200.0 kPa وكان الغاز عند 20°C. أدرج الضغط الخارجي في هذا السجل أيضًا، لأنه يحدد فرق الضغط الذي يدفع الغاز عبر الحد. ويكتمل قرار القبول بإدراج عدم يقين القياس والحد المنطبق.
تعيد الأداة أيضًا 0.2 kPa/min بوصفه متوسط معدل اضمحلال الضغط. وتصف هذه القيمة منحنى الضغط؛ بينما تصف 1.0 mL/min فقدًا مكافئًا في حجم الغاز عند الشروط المرجعية المختارة.
اجمع الكمية والوحدة والشروط المرجعية
تبدأ مقارنة قيمتين لمعدل التسرب بوضع الكمية والوحدة والشروط المرجعية جنبًا إلى جنب. ولا تكون القيم قابلة للمقارنة إلا إذا وصفت الكمية نفسها في ظل شروط متطابقة.
| الكمية المُبلّغ عنها | وحدة مثال | ما يجب إرفاقه بها |
|---|---|---|
| معدل اضمحلال الضغط | kPa/min | الحجم الفعال ودرجة حرارة الغاز وشروط الضغط والفترة |
| التدفق الحجمي المرجعي | mL/min أو L/min | الضغط المطلق المرجعي ودرجة الحرارة وهوية الغاز وشروط الاختبار |
| معدل حاصل ضرب الضغط في الحجم | Pa·m³/s | درجة الحرارة التي يُعبّر عندها عن المعدل وهوية الغاز وشروط الاختبار |
| التدفق الكتلي | kg/s | هوية الغاز وشروط الاختبار؛ وتحويل خاص بالغاز إذا كان البدء من تدفق حجمي |
في حالة فقد الغاز نفسها بالمثال الحسابي، يؤدي تغيير الضغط المرجعي للإبلاغ فقط من 100 إلى 101.325 kPa إلى نحو 0.987 mL/min عند 20°C. لم يتحسن شيء في العينة؛ إنما تغير حجم الغاز المكافئ المُبلّغ عنه.
أقرن الضغط ودرجة الحرارة المرجعيين بأي قيمة توصف بأنها تدفق حجمي «قياسي» أو «عادي». وتشرح خدمة NIST لمعايرة التسرب، الملحق A، كميات تدفق الغاز المختلفة ودرجات الحرارة المتعددة المستخدمة للشروط القياسية. ويعيد تغيير مرجع الإبلاغ قياس الحجم المكافئ لكمية فقد الغاز نفسها. أما تغيير فرق الضغط الفعلي عبر مانع الإحكام فقد يغير فقد الغاز نفسه؛ ويتطلب ذلك اختبارًا مقابلًا أو نموذج تدفق جرى التحقق من صلاحيته.
استخدم ضغوطًا مطلقة لمدخلي البدء والنهاية في الحاسبة وللضغط المرجعي. ولا يساوي الفرق بين قراءتين لضغط مقاس بالنسبة إلى الجو فرق الضغط المطلق المناظر إلا إذا لم يتغير مرجعهما الجوي. ويهم الضغط المطلق أيضًا عند التحقق من الأثر الحراري الموضح سابقًا.
كيف أفصل بين تسرب الوصلات والآثار الأخرى؟
يقيس اضمحلال الضغط الاستجابة الصافية لحيز الغاز المتصل. وأستخدم منحنى الزمن وسجل درجة الحرارة وضوابط التجهيزة معًا لتحديد الفحص التالي الأكثر فائدة.
قد تتيح فجوة متصلة عند مانع إحكام الكابل أو مانع إحكام اللوحة أو تجهيز الاختبار خروج الغاز. وتنقل النفاذية الغاز عبر مادة سليمة؛ وتُميّز دراسة NIST لأجهزة التسرب المرجعية القائمة على نفاذ الهيليوم التدفق عبر قناة مادية عن الانتشار عبر حاجز من مادة. كما تحدد خدمة NIST لمعايرة التسرب انبعاث الغازات بوصفه مساهمة في قياس الضغط. ووفق موازنة الغاز، يمكن لامتصاص المواد للغاز أن يخفض الضغط، بينما قد يحجب انطلاقه إلى الحيز المقاس جزءًا من الفقد إلى الخارج. ويعرض دليل نفاذ الغازات والأبخرة عبر موانع إحكام جلاندات الكابلات هذه الفروق المادية والفاصلة في مداخل الكابلات.
تساعد الأنماط التالية في توجيه الفحص. ويشير كل نمط إلى تحقق ما؛ أما الضابط أو قياس درجة الحرارة المقترن به فيحدد مدى انطباق ذلك التفسير.
| النمط المرصود | الأثر المراد فحصه | الفحص التالي المفيد |
|---|---|---|
| ينخفض الضغط بأسرع وتيرة بعد الملء مباشرة، ثم يتناقص معدل الانخفاض | تبريد الغاز أو استقرار التجهيزة/العينة | قارن منحنى درجة الحرارة وأعد الاختبار وفق معايير الاستقرار في الإجراء |
| تُظهر تجهيزة اختبار مسدودة منحنى هبوط مشابهًا | مانعات إحكام التجهيزة أو صماماته أو أنابيبه أو خلفية جهاز القياس | عالج استجابة التجهيزة قبل عزوها إلى مدخل الكابل |
| يواصل الضغط الانخفاض بعد استقرار درجة الحرارة والحجم | تسرب الغاز عبر الوصلات أو نفاذه عبر المادة | استخدم اختبار التحديد الموضعي أو الضبط المحدد للفصل بين مسارات التسرب |
| يرتفع الضغط أو يصبح الهبوط المتوقع أقل | ارتفاع حرارة الغاز أو انطلاق غاز إلى الحيز المقاس | قارن سجل درجة الحرارة والتهيئة، ثم افحص الاستجابة الخلفية |
أستخدم ضوابط مقاسة وقابلة للتكرار عندما يتطلب الإجراء تصحيح الخلفية. وقد يكشف تغير استجابة التجهيزة المسدودة عن مشكلة في منظومة الاختبار قبل استبدال أي مانع إحكام للكابل. وإذا بقيت مسارات متعددة مجتمعة في القياس، فأبقِ النتيجة مرتبطة بحد الاختبار الكامل. وهذا يجعل النتيجة مفيدة لمقارنة المجموعات مع الحفاظ على التمييز بين إجمالي فقد الغاز ووصلة محددة يتسرب منها الغاز.
قارن النتيجة بحد قبول مماثل
للحكم على المعدل المحسوب البالغ 1.0 mL/min، قارنه بحد المجموعة المنطبق عند شروط متطابقة. ويجب أن تتطابق المقارنة في نوع الغاز واتجاه الضغط وضغط الاختبار ودرجة الحرارة والتهيئة والمرجع المستخدم للإبلاغ. وأتحقق أيضًا من الطريقة والواجهات الداخلة في الاختبار. وتشمل نتيجة اختبار الحاوية كاملة مسارات قد تستبعدها تجهيزة مدخل واحد؛ لذا ينبغي أن يصف الحد وحد الاختبار المجموعة نفسها.
قاعدة القرار هي الطريقة المتفق عليها لمراعاة عدم يقين القياس عند الحكم على المطابقة لحد معين. ويوضح ILAC-G8:09/2019 هذه العلاقة واستخدام حدود القبول. طبّق القاعدة المحددة للعمل واتفق مسبقًا على أي اختيار مطلوب قبل القياس. وبذلك تُفسَّر النتيجة القريبة من الحد تفسيرًا متسقًا.
اجمع التفاصيل التالية كي يظل الحساب قابلًا للتتبع:
- العينة والواجهات المشمولة وهوية الغاز واتجاه الضغط والضغط على جانبي الاختبار.
- الحجم الفعال وكيفية تحديده وسجل درجة الحرارة ومعيار الاستقرار وفترة الكشف.
- الضغوط المقاسة والكمية المحسوبة ووحدتها والشروط المرجعية وفحوص الخلفية ذات الصلة.
- قدرة الطريقة على الكشف وعدم اليقين في القياس والحد المنطبق وقاعدة القرار المتفق عليها والقرار الناتج.
عند ظهور قراءة صفرية، تحقّق من قدرة الطريقة على التمييز ومن قدرتها المحددة على الكشف. قد تظل الخسارة التي تقل عن تلك القدرة غير قابلة للتمييز، كما قد تقلل تأثيرات الخلفية المتعاكسة من انخفاض الضغط الظاهري. أبلغ عن النتيجة التي أمكن تمييزها وفق الطريقة أو حد الكشف المنطبق، مع اتباع أسلوب الإبلاغ الوارد في الإجراء.
IEC 60529 يصنّف درجات الحماية من دخول الأجسام والماء التي توفرها الحاويات، استنادًا إلى اختباراته المنطبقة. وأبقِ نتيجة تسرب الغاز وتقييم IP مرتبطين بطريقة الاختبار الخاصة بكل منهما. ويمكن لاختبار تسرب الغاز في الإنتاج أن يدعم الفحص عندما يجري التحقق من علاقته بالأداء المطلوب لهذه المجموعة.
الخلاصة
أحوّل منحنى اضمحلال الضغط إلى معدل تسرب بتحديد الحجم المتصل أولًا، ثم التحقق من درجة الحرارة واستقرار الحجم وخلفية التجهيزة. بعد ذلك أحسب فقد الغاز وأذكر الشروط المرجعية. وفي المثال، تبلغ النتيجة 1.0 mL/min عند ضغط مطلق 100 kPa ودرجة حرارة 20°C؛ وتوضح حالة التبريد المنفصلة سبب أهمية درجة الحرارة في تفسيرها.
استخدم الحد نفسه ونوع الغاز وشروط الضغط وأساس الإبلاغ نفسه عند مقارنة النتيجة بحد المجموعة. وطبّق قاعدة القرار المتفق عليها لمراعاة عدم اليقين، وسجّل النتيجة مع تكوين الاختبار لكي تظل مفيدة للفحص أو استكشاف الأعطال لاحقًا.
الأسئلة الشائعة
هل تثبت نتيجة اضمحلال الضغط تصنيف IP؟
يُحدَّد تصنيف IP من خلال اختبارات الحماية من الدخول المنطبقة. ويقيس اضمحلال الضغط سلوك الغاز في ظل شروط اختباره الخاصة. ويمكن أن يدعم فحص الإنتاج عند التحقق من صلاحية علاقة الارتباط الخاصة بالمجموعة، لكن لا توجد معادلة عامة لتحويل قيمة بوحدة mL/min إلى رمز IP.
هل يمكنني إدخال ضغط مقاس بالنسبة إلى الجو في الحاسبة؟
استخدم ضغطي البدء والنهاية المطلقين كما تطلب الحاسبة. وحوّل قراءات الضغط المقاس بالنسبة إلى الجو باستخدام الضغط الجوي المنطبق. ويعطي الفرق بين قراءتين مقاستين بالنسبة إلى الجو فرق الضغط نفسه الذي تعطيه القراءتان المطلقتان عندما يظل مرجع الضغط الجوي ثابتًا. ويجب أيضًا أن يكون الضغط المرجعي والضغط المستخدم في الحسابات الحرارية مطلقين.
هل تعني نتيجة الصفر أن مدخل الكابل محكم ضد تسرب الغاز؟
قد تعني القراءة الصفرية أن التغير أدنى من قدرة الطريقة على التمييز أو الكشف. وقد تعوّض تأثيرات درجة الحرارة أو الخلفية جزءًا من الخسارة أيضًا. أورد النتيجة التي أمكن تمييزها وفق الطريقة أو حد الكشف، مع ذكر شروط الاختبار، ثم أطبّق الحد وقاعدة القرار المحددين.
لماذا يجب أن يشمل حجم الاختبار الأنابيب المتصلة؟
تمثل قراءة الضغط جميع حيزات الغاز المتصلة داخل حد العزل. وتسهم الأنابيب المتصلة وتجويفات التجهيزة في كمية الغاز المقابلة لهبوط ضغط معين. استخدم الحجم الفعال أو الحجم المكافئ المعاير الذي تتطلبه الطريقة، بما يشمل تلك الحيزات المتصلة.
المصادر والمراجع الفنية
- Cosmo Instruments — معايرة التسرب، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.
- NASA Glenn Research Center — معادلة الحالة، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.
- NASA — NASA-STD-7012A، متطلبات اختبار التسرب، 2023، القسم 5.5، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.
- NIST — دليل النظام الدولي للوحدات، الملحق B.8: عوامل تحويل الوحدات مرتبة أبجديًا، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.
- NIST — SP 250-38، خدمة NIST لمعايرة التسرب، 1992، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.
- NIST — أجهزة التسرب المرجعية التجارية القائمة على نفاذ الهيليوم: خصائصها وموثوقيتها، 1996، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.
- ILAC — G8:09/2019، إرشادات قواعد القرار وإفادات المطابقة، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.
- IEC — IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 CSV، درجات الحماية التي توفرها الأغلفة (رمز IP)، تاريخ الاطلاع 2026-10-28.