Kapslingsklassning IP67 – Tester påvisar specifikationer för heliumflöde

Många kapslingar för elektroniska komponenter, som exempelvis sensorskal eller batterilådor för litiumjonbatterier, är klassade enligt kapslingsklassning IP67. Den sista siffran – "7"- står för skydd mot inträngande vatten. Objektet måste då klara av att bli nedsänkt i vatten på 1 meters djup under 30 minuter, utan att något vatten läcker in i objektet och skadar elektroniken inuti.

Många kunder har undrat över vilket heliumflöde kapslingsklassningen motsvarar. INFICON genomförde därför ett experiment för att svara på detta.

Upplägget

Till experimentet tillverkades ett objekt där olika storlekar på läcka kunde monteras. Läckorna bestod av mycket tunna glasrör där rörets diameter bestämmer läckstorleken. Glasrör i storlekarna 10 µm - 40 µm undersöktes. Testobjektet fylldes med vatten och trycksattes till 100 mbar övertryck, motsvarande vattentrycket på 1 meters djup. Mynningen på läckan observerades under 30 minuter och antalet vattendroppar räknades.

Resultatet

Resultatet av vattenläckorna sammanfattas i tabellen nedan:

Rörets diameter	Mängd vatten som droppat under 30 min	Medeltid per droppe
10 µm	Mycket liten droppe formas, men faller ej av glasröret	-
20 µm	En droppe formas men faller ej under 30 min	Droppen faller efter 40-50 minuter, beroende på temperatur och fuktighet.
25 µm	3 droppar	8,5 – 9 minuter
29 µm	3 – 4 droppar	7,5 – 8,5 minuter
40 µm	20 droppar	~ 1,5 minuter
100 µm	560 droppar	~ 3 sekunder

Testet visade att diametern på det teströr där jämvikt skapas mellan kraften från vattentrycket som trycker vattnet genom röret, och den kraft som håller kvar vattnet vid kapillärens väggar, är precis under 20 µm.

Omvandling till heliumflödespecifikationer

När man använder resultatet från testet ovan, är det viktigt att ta hänsyn till det använda testtrycket. I det följande redovisas därför följande för tillämpningen vanliga scenarion:

• Läcktest vid övertryck (1,1 bar → 1 bar)
• Läcktest i vakuum (1 bar → 0 bar)

Graferna nedan beskriver sambandet mellan mängden vatten som tar sig genom en läcka under 30 minuter och motsvarande läckgräns. Heliumläckhastigheten och luftläckhastigheten skiljer sig åt med samma faktor som förhållandet mellan den dynamiska viskositeten för helium jämfört med den dynamiska viskositeten för luft. Skillnaden är bara 7%, och kan därför bortses ifrån. I båda graferna visar den gula linjen direkt omvandling av testresultatet för en läcka gjord av glas, som i experimentet i filmen. De övriga linjerna visar motsvarande läckgränser hos andra material, omvandlat med hänsyn till respektive material.

Många kapslingar som ska uppnå IP67 klarar bara av väldigt små tryckförändringar (ofta mellan 100-200 mbar) utan att riskera skador på objektet eller dess tätningar. Grafen ovan visar läckgränser vid en tryckförändring på 100 mbar. Beroende på vilken mängd vatten utrustningen i kapslingen klarar av kan du se högsta tillåtna läckgräns att testa för.

Är kapslingen gjort av exempelvis ABS-plast eller stål med plastpackning, bör du testa kapslingen med läckgräns under 2x10^-3 mbar·l/s (~2 mm³/s) om du kan tolerera ett par droppar med vatten (orange/grön linje). Vill du inte acceptera några droppar alls bör du använda en läckgräns på 1*10^-3 mbarl/s (1 mm³/s). Om kapslingen är gjord av aluminium med en plastpackning, så att läckan består av aluminium på ena sidan och plast på andra sidan, använd en läckgräns för ett medelvärde mellan de två materialen, alltså 1*10^-4 mbar·l/s (0,1 mm³/s) om det är acceptabelt med ett par droppar vatten. Använd 10^-5 mbar· l/s (0,01 mm³/s) om du vill vara absolut säker på att inga droppar kan läcka in i din kapsling.

En del kapslingar klarar av högre tryckskillnader. En gjuten kapsling i aluminium kan exempelvis ofta testas i en vakuumkammare. Grafen ovan visar läckgränser vid olika mängder av acceptabelt vatten, om kapslingen kan testas med 1 atmosfärs skillnad i tryck vilket ger ett mycket högre gasflöde i samma läcka.

Om kapslingen är gjord av stål kan du sätta läckgränsen vid 1*10^-2 mbar l/s, (10 mm³/s) om läckage på ett par droppar är acceptabelt.

För att vara säker på att inget vatten läcker igenom behöver du testa med en läckgräns på 5*10^-3 mbar·l/s (5 mm³/s). Om kapslingen är gjord av aluminium krävs mycket lägre läckgräns.  Om ett fåtal droppar vatten är acceptabelt, bör gränsen sättas till 1*10^-4 mbar·l/s (0.1 mm³/s. Om du vill vara säker på att inget vatten läcker in i objektet måste du använda en läckgräns på 2*10^-5 mbar·l/s (0.02 mm³/s).

Slutsats

Att testa läckor mot kapslingsklassning IP67 kräver känsliga testmetoder som kan detektera läckor långt under 10 mm³/s. Läcksökning med spårgas är den bästa metoden för dessa applikationer. Olika tryckförhållanden och material ger olika specifikationer för läckgränser. Vill du uppnå den optimala balansen mellan kvalitet, tillförlitlighet och hög hastighet vid läcksökning? Kontakta läcksökningsexperterna från INFICON på reach.sweden@inficon.com!