# 如何分析由內部密封旁通造成的氣缸漂移

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/how-to-analyze-cylinder-drift-caused-by-internal-seal-bypass/
> Language: zh-Hant

## Summary

使用雙接口壓力、位置資料與隔離測試診斷氣缸漂移；一款 SMC 致動器允許 10 cm³/min 的內部洩漏，不能視為通用限值。

## Page Content

# 如何分析由內部密封旁通造成的氣缸漂移

由內部密封旁通造成的氣缸漂移 應該透過證據鏈診斷，不能只看活塞桿移動就下結論。先記錄位置與氣缸兩個接口的壓力，在定義好的閥狀態下重現漂移，再使用核准的測試治具將氣缸與閥分開。只有在排除其他競爭路徑後，洩漏仍然跨越活塞邊界，才能確認活塞旁通。

這個區分很重要，因為磨損的閥芯、供氣壓力變化、排氣阻力、外部負載、導向摩擦或困住的壓力，都可能移動同一根活塞桿。Parker 特別提醒，氣缸漂移所顯示的疑似活塞洩漏，不一定能追溯到活塞本身（[Parker 氣動致動器產品](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/UPD_100108/0900P-4_C-ISO%20Cylinders.pdf)，取用於 2026 年）。

本指南聚焦於漂移症狀的診斷。若要進行更廣泛的元件檢查，請參考獨立的[氣動氣缸內部洩漏原因與修復指南](/zh-hant/blog/what-causes-internal-leakage-in-pneumatic-cylinders-and-how-can-you-fix-it/)；只有在掌握實測流量與加壓工作條件後，才使用[內部洩漏成本指南](/zh-hant/blog/what-is-internal-leakage-in-pneumatic-cylinders-and-how-much-is-costing-you/)。

出版者與作者資訊可在[關於我們](/zh-hant/about-us/)頁查看。技術修正與應用問題可透過[聯絡我們](/zh-hant/contact/)提交。

> 重點摘要 漂移只代表發生了移動，不代表原因。 在拆動迴路前，先記錄位置與兩個腔室的壓力。 將實測洩漏與確切氣缸規格比較，不要套用通用的每分鐘 PSI 壓降規則。 只有在控制所有競爭洩漏路徑、測試體積、閥邊界與溫度影響後，才使用壓力衰減測試。

## 漂移是症狀，不是元件診斷

Parker 對某些活塞環結構允許 1 至 3 in³/min 的活塞洩漏，但對活塞唇形密封則預期幾乎沒有靜態洩漏（[Parker 氣動致動器產品](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/UPD_100108/0900P-4_C-ISO%20Cylinders.pdf)，取用於 2026 年）。這種差異證明，不能用一個通用洩漏百分比或壓降表判斷漂移。

內部密封旁通 是空氣從一個工作腔室，經由活塞密封介面流向另一個工作腔室。它不同於空氣繞過活塞桿密封、穿過端蓋接合處、從接頭洩漏，或在方向控制閥內部洩漏。可見的結果可能相似，但維修邊界不同。

先精確描述機台狀態：

- 哪個接口正在供氣、排氣或被封閉？

- 負載是水平還是垂直？在停留期間，彈簧、夾具、工件、配重或連桿是否增加了作用力？

- 活塞是從端蓋起始，還是位於中間行程？

- 氣缸是冷機、熱穩定，還是剛完成循環？

- 當閥中位改變、移除先導供氣、凍結控制器輸出，或解除與外部製程的接觸時，漂移是否停止？

兩個工作口都被封閉的氣缸，可能在腔室壓力趨向平衡時漂移。單側供氣、另一側排氣的氣缸，可能出現持續的旁通流量。垂直氣缸也可能因氣動力裕量低於重力負載而移動，即使洩漏率本身很小。

| 觀察到的症狀 | 下列情況可支持內部旁通 | 下列情況仍有競爭解釋 |
| --- | --- | --- |
| 活塞桿在停留期間移動 | 壓差衰減，且已測得僅由氣缸造成的洩漏 | 尚未排除閥洩漏、控制器修正或負載變化 |
| 關機後位置改變 | 困住的腔室壓力相互平衡 | 儲存的負載能量或重力也能移動軸 |
| 保持力下降 | 活塞兩側壓差下降 | 供氣壓力崩落或排氣背壓升高 |
| 動作變得顫動 | 密封件或缸筒受損，增加摩擦與洩漏 | 導向件卡滯、潤滑改變或速度控制器卡住 |
| 漂移隨活塞桿位置改變 | 缸筒損傷或側向負載沿行程變化 | 外部連桿幾何改變施加的負載 |

把漂移視為 邊界識別問題 。位置告訴你活塞移動了；壓力告訴你有效作用力是否改變；僅氣缸洩漏測試告訴你空氣是否跨越活塞邊界。這三種測量彼此都不能取代。

## 內部密封旁通為什麼會移動活塞？

Parker 對唇形密封活塞預期幾乎沒有靜態洩漏，但對部分活塞環設計接受 1 至 3 in³/min （[Parker 氣動致動器產品](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/UPD_100108/0900P-4_C-ISO%20Cylinders.pdf)，取用於 2026 年）。這個流量是否造成可見漂移，取決於閥狀態、腔室壓力、有效面積、摩擦與外部負載。

當淨作用力不再平衡時，活塞就會移動。對雙作用單活塞桿氣缸，可用下式進行靜態篩選：

F n e t
= P A A A
− P B A B
− F L − F f

F_{\mathrm{net}} = P_A A_A - P_B A_B - F_L - F_f

其中， P A P_A 與 P B P_B 是兩側測得的絕對壓力或錶壓，但必須使用相同基準。 A A A_A 與 A B A_B 是有效活塞面積； F L F_L 是正向移動方向的外部負載； F f F_f 是阻礙摩擦。符號慣例必須與所選的漂移方向一致。

內部旁通會改變 P A P_A 與 P B P_B 。在封閉中位保持期間，空氣從高壓腔室流向低壓腔室，使壓差下降，直到外部負載克服摩擦。在一側供氣、另一側排氣時，壓力源可能持續補入被旁通的空氣，因此移動與持續耗氣會同時發生。

靜摩擦會使第一次移動變得複雜。壓力改變時，活塞桿可能看似穩定；當剩餘作用力裕量越過起動門檻後，才突然移動。因此，單一的最終位置讀值可能掩蓋先前的壓力事件。[起動力指南](/zh-hant/blog/what-is-breakaway-force-in-pneumatic-cylinders/)說明初始動作與穩態滑動力的差異。同樣的壓力變化，不會在所有方向造成相同漂移。回程使用環形活塞桿側面積，伸出使用完整活塞面積。重力、導向件預壓、密封件與連桿幾何也可能反轉或放大影響。請記錄漂移方向與氣缸方向。

## 先建立安全的測試邊界

OSHA 29 CFR 1910.147(d)(5)(i) 要求，在維修前，可能造成危害的儲存或殘餘能量必須被釋放、斷開、限制，或以其他方式使其安全（[OSHA 危害能量標準](https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.147)，取用於 2026 年）。氣動壓力與被支撐的負載是兩個獨立的能量來源，因此都需要文件化的控制方式。

只有合格人員可以執行加壓功能測試。遵循機台製造商的能量控制程序，降低或以機械方式限制懸掛負載，隔離共用迴路的其他致動器，並使用有防護的歧管或氣缸製造商核准的治具。不要為了聽另一個接口的聲音而鬆開帶壓管路。

把工作分成兩種模式：

- 斷能檢查： 隔離機台、釋放儲存壓力、確認零能量狀態，檢查活塞桿、安裝件、導向件、接頭、管路狀態與可接近的密封區域。

- 受控診斷測試： 只恢復核准測試所需的能量，讓人員留在動作危險區外，收集壓力與位置資料，然後在改變接線前把設備恢復到已確認的安全狀態。

收集資料前，先記錄測試邊界：

| 欄位 | 必須記錄的內容 |
| --- | --- |
| 氣缸 | 製造商、完整型號代碼、缸徑、活塞桿、行程、密封選項 |
| 迴路 | 閥類型與中位條件、調壓器設定、速度控制方向 |
| 負載 | 大小、方向、重力影響、外部彈簧或夾具 |
| 初始狀態 | 活塞位置、供氣接口、排氣或封閉接口 |
| 儀器 | 壓力感測器範圍與位置、位置解析度、取樣間隔 |
| 環境 | 空氣與元件溫度、最近循環歷史、污染證據 |
| 測試控制 | 機械限制、禁入區、隔離與重新加能程序 |

ISO 10099:2001 定義雙作用單活塞桿氣動氣缸的最終檢查與驗收準則，且 ISO 目前仍確認該標準有效（[ISO 10099:2001](https://www.iso.org/standard/30054.html)，2023 年確認）。它支持一項基本原則：驗收必須屬於明確的測試方法與氣缸類型，不能使用臨時制定的現場門檻。

> Figure: 分階段確認洩漏邊界。漂移的活塞桿只是起始觀察，不是最終診斷。

## 如何區分活塞旁通與閥洩漏？

一份 SMC 致動器手冊列出 10 cm³/min ANR 的內部洩漏 與 5 cm³/min ANR 的外部洩漏 作為型號專用允許值（[SMC CP80-TFR12](https://www.smcworld.com/upfiles/etc/international/imm/CP80-TFR12.pdf)，2013 年）。這兩個限值區分腔室之間的流量與向大氣的損失，不能推廣到所有氣缸。

從組裝後的迴路開始，因為機台就是在這裡失效。將壓力感測器盡可能靠近兩個氣缸接口，並用同一時間基準測量位置。保持造成漂移的確切閥狀態。如果控制器會自動修正位置，只有在核准的測試程序下才能停用該修正；或記錄其輸出，讓補入的空氣可被看見。

接著一次只改變一個邊界：

- 檢查接頭、端蓋、活塞桿密封、管路與閥排氣是否有外部洩漏。

- 記錄兩個接口壓力與位置。

- 以相同的初始位置、負載、溫度與停留時間重複。

- 依機台的隔離、限制、重新加能與驗證程序，使用指定的有防護測試歧管，把氣缸與方向控制閥分開。

- 對指定腔室加壓，在另一個氣缸接口測量洩漏。

- 反轉方向，因為密封負載與缸筒狀況可能沿行程不同。

- 將結果與確切手冊、圖面、採購規格或記錄在案的新機基準比較。

Parker 建議對活塞一側加壓並觀察另一個接口；若沒有明顯洩漏，就應在迴路其他位置尋找漂移原因（[Parker 氣動致動器產品](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/UPD_100108/0900P-4_C-ISO%20Cylinders.pdf)，取用於 2026 年）。請使用製造商核准的實施方式。帶壓時更換接頭不是捷徑。

當隔離體積已知且溫度穩定後，壓力衰減可以提供定量篩選值。在近似等溫測試中，標準化洩漏可估算為：

q N ≈
V Δ t
⋅
P 1 , a b s − P 2 , a b s P N
⋅ T N T

q_N \approx \frac{V}{\Delta t} \cdot \frac{P_{1,\mathrm{abs}} - P_{2,\mathrm{abs}}}{P_N} \cdot \frac{T_N}{T}

其中， q N q_N 是單位時間的標準化洩漏體積， V V 是已知的隔離體積， Δ t \Delta t 是經過時間， P 1 , a b s P_{1,\mathrm{abs}} 與 P 2 , a b s P_{2,\mathrm{abs}} 是起始與結束的絕對壓力， P N P_N 與 T N T_N 是選定的參考條件， T T 是測得的氣體溫度。

請使用一致的單位。

[Tool Compressed air Pressure Decay Leak Rate Calculator 只有在控制外部與閥洩漏路徑後，才輸入已知隔離體積、絕對等效起始與結束壓力，以及衰減時間。 漏氣流量 = 容積 × 壓降 / 時間 System volume Start pressure End pressure Decay time Open calculator ->](/zh-hant/online-tools/pressure-decay-leak-rate-calculator/)

這個計算會回報測試體積的損失，但不會指出空氣去了哪裡。如果測試閥、接頭、活塞桿密封或端蓋密封仍在邊界內，它們的洩漏也會被計入。因此，有效的活塞旁通診斷同時需要測得的損失，以及能排除競爭路徑的邊界。

使用 邊界替換 ，不要使用假設。先記錄閥加氣缸的系統，再以經驗證的測試治具替換閥的邊界，同時盡可能維持氣缸、位置、方向與負載條件一致。如果洩漏特徵跟著氣缸走，活塞旁通就更可信；如果洩漏消失，先保留氣缸為已排除對象，調查上游。

## 如何測量氣缸漂移速率？

ISO 10099:2001 是一份 四頁 標準，涵蓋雙作用單活塞桿氣動氣缸的最終檢查與驗收準則；ISO 在 2023 年再次確認該標準（[ISO 10099:2001](https://www.iso.org/standard/30054.html)）。它沒有為所有機台制定一個通用的每小時毫米數限制，因此漂移必須與應用要求連結。

相對於護罩、軟管或柔性支架，應以穩定的機台基準測量位置。記錄感測器解析度、重複性、安裝剛性、取樣間隔，以及用來區分移動與雜訊的門檻。百分表可以支援受控的維護檢查；如果事件很快或需要同步壓力資料，線性編碼器或位移感測器更適合。

使用下式計算指定區間的平均漂移速度：

v d =
∣ x 2 − x 1 ∣ t 2 − t 1

v_d = \frac{\left|x_2 - x_1\right|}{t_2 - t_1}

其中， v d v_d 是平均漂移速度， x 1 x_1 與 x 2 x_2 是時間 t 1 t_1 與 t 2 t_2 對應的位置，並且必須報告位置與時間的單位。平均速度看不出黏滑動作，因此只要活塞有停頓與跳動，就應保留完整軌跡。

使用可重複的紀錄，而不是沒有依據的「可接受漂移」表：

| 測試項目 | 應說明的內容 |
| --- | --- |
| 起始位置 | 終點位置或實測中間行程座標 |
| 閥狀態 | 供氣、排氣、封閉或主動控制的接口 |
| 負載狀態 | 作用力、質量、方向、治具狀態、重力分量 |
| 壓力 | 兩個氣缸接口，以及適用時的動態供氣壓力 |
| 溫度 | 氣缸表面、環境空氣與暖機狀態 |
| 時間區間 | 起始事件、結束事件、停留長度、取樣率 |
| 位置結果 | 總位移、方向、平均速率、軌跡形狀 |
| 重複性 | 測試次數、最小值、中位數或平均值、最大值 |

當密封件升溫、潤滑劑重新分布或供氣壓力循環時，一個結果並不足夠。從相同起始位置重複，再在懷疑缸筒刮傷或導向對心時測試其他位置。縱向刮痕可能只在活塞密封跨越它的位置產生更強的洩漏特徵。請依機台功能定義驗收。包裝定位軸、移載止擋與非關鍵的水平推料器可以容許不同程度的移動。氣動氣缸絕不能被當作懸掛或危險負載的唯一安全限制。若失壓可能造成危害，請使用機械鎖、鎖桿、煞車、平衡閥或其他已完成風險評估的裝置。

## 如何讀取壓力與位置軌跡

Parker 表示，漂移所顯示的疑似活塞洩漏，可能來自其他迴路元件，並建議在受控的單側加壓測試中檢查另一個接口（[Parker 氣動致動器產品](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/UPD_100108/0900P-4_C-ISO%20Cylinders.pdf)，取用於 2026 年）。同步的壓力與位置軌跡可以顯示活塞桿移動前先發生了什麼。

解讀順序，不要只看最終數值：

- 壓力在移動前相互接近： 調查跨口流量，但先不要指定其邊界。

- 一個壓力下降而另一個不變： 相較於直接活塞平衡，大氣洩漏、供氣損失或測試邊界洩漏可能性更高。

- 壓力保持穩定但位置移動： 檢查外部負載、安裝柔性、機械滑移、測量基準與控制器動作。

- 安靜的壓力變化後位置跳動： 靜摩擦讓活塞保持不動，直到淨作用力越過起動門檻。

- 只有連接閥後才出現漂移： 在重建氣缸前，調查閥芯洩漏、先導狀態、先導排氣、工作口排氣、控制輸出與任何保持壓力的迴路。

> Figure: 腔室壓力開始改變後，靜摩擦可能延遲可見移動。在把故障歸到活塞密封前，先分離閥後確認相同的特徵。

最有用的時間戳通常不是最後的漂移位置，而是位置第一次離開雜訊帶的瞬間。將這個時間點與壓差軌跡比較，便能看出壓力是先逐步改變後才突破起動，還是外部機械事件先移動了軸。

如果驅動側壓力是在正常動作期間崩落，而不是在靜態保持期間崩落，請先檢查[系統壓降路徑](/zh-hant/blog/what-causes-pressure-drop-in-pneumatic-systems-and-how-to-fix-it/)，再更換密封件。如果漂移在潤滑劑、清潔劑或製程化學品改變後發生，請檢查[密封相容性](/zh-hant/blog/ensuring-gasket-and-seal-compatibility-in-pneumatic-cylinders/)與完整的[氣缸密封系統指南](/zh-hant/blog/how-do-pneumatic-cylinder-sealing-systems-revolutionize-industrial-automation-reliability/)。

## 何時應修理密封、重建氣缸，或改查其他位置？

Festo 表示，一立方公尺未處理的環境空氣，可能含有約 1.8 億個 粒徑 0.01 至 100 µm 的粒子，並將污染與缸壁磨損、活塞密封受損及內部洩漏連結起來（[Festo 污染指南](https://www.festo.com/gb/en/e/blog/in-practice/compressed-air-contamination-risks-impacts-solutions-id_4137346)，取用於 2026 年）。更換密封件不能修復造成損傷的表面或系統條件。

在確認洩漏邊界、缸筒與活塞桿表面仍在規格內、導向與安裝狀態良好，且有正確的型號專用套件與程序時，可以只更換密封組。拆下的零件要在丟棄前檢查。單側磨損指向側向負載或對心問題；唇口切傷表示安裝損傷；膨潤表示化學不相容；嵌入的碎屑則指向清潔度或空氣品質問題。

當缸筒有刮傷、腐蝕、錐度或尺寸磨損，活塞桿或滑台受損，導向件允許過大的側向移動，靜態密封面受損，或記錄在案的修理後同一故障再次發生時，不能只換密封件。比較實際零件、人工、測試時間、停機時間、預期壽命與替代品供應狀況。不要套用通用的使用年限或新件成本百分比規則。

如果僅氣缸洩漏測試通過，請調查以下位置：

- 方向控制閥的閥芯或提升閥洩漏

- 停留期間先導壓力、電磁閥指令或控制器輸出改變，而機械負載名義上保持不動

- 調壓器下垂或支路壓力不穩定

- 排氣節流或消音器堵塞

- 機械煞車、夾具、聯軸器或導向件滑移

- 測量期間機架、感測器支架、導向件、治具或參考目標發生熱移動

- 負載變化、重力、彈簧力或製程接觸

- 位置感測器移動、安裝硬體鬆動、電氣比例漂移、解析度不足，或獨立於活塞移動的不穩定測量目標

反覆的污染相關故障需要一份實測空氣品質要求。ISO 8573-1 依粒子、水與油分類純度，但沒有為所有氣缸制定單一通用等級（[ISO 8573-1:2010](https://www.iso.org/standard/46418.html)，2010 年）。請使用[ISO 壓縮空氣品質指南](/zh-hant/blog/what-are-the-key-iso-air-quality-standards-for-pneumatic-systems/)，依氣缸與製程要求定義使用點條件。

建立維修驗收紀錄，使用與維修前相同的位置、負載、溫度、閥狀態、接口壓力通道、漂移區間與僅氣缸洩漏方法。不同的維修後方法可能看起來比較好，卻掩蓋原始故障。可比較的前後邊界，比沒有文件的「未觀察到漂移」備註更有價值。

## 氣缸漂移常見問題：技術人員應該問什麼？

Parker 的 1 至 3 in³/min 活塞環指南與 SMC 的 10 cm³/min ANR 型號範例，採用不同結構與單位（[Parker](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/UPD_100108/0900P-4_C-ISO%20Cylinders.pdf)；[SMC](https://www.smcworld.com/upfiles/etc/international/imm/CP80-TFR12.pdf)）。因此，以下答案依靠受控邊界與型號規格，不使用通用漂移或壓降限值。

### 氣缸漂移能證明活塞密封正在洩漏嗎？

不能。漂移證明的是活塞位置改變。閥洩漏、供氣壓力變化、排氣背壓、重力、外力、機械滑移或測量裝置移動，都能產生相同症狀。先記錄兩個接口壓力與位置，再用製造商核准的治具分開測試氣缸，才能把故障歸到內部密封旁通。

### 壓力衰減測試可以單獨識別內部密封旁通嗎？

不能。壓力衰減只表示空氣離開了已知的隔離體積，不能識別路徑是跨越活塞、從活塞桿或端蓋密封逸出、從接頭洩漏，還是經由測試閥返回。先控制這些邊界並穩定溫度，再把計算流量與確切氣缸規格比較。

### 氣缸漂移多少才算可接受？

沒有通用的每小時毫米數限制。驗收取決於機台功能、負載方向、閥狀態、測量不確定度、安全分析與氣缸或機台規格。請為應用定義位置帶與測試區間。絕不要只依靠氣動腔室固定懸掛或危險負載。

### 為什麼要記錄兩個氣缸接口的壓力？

氣缸作用力來自壓差作用在不相等的有效面積上。單一壓力錶可能漏掉另一腔室壓力上升、排氣阻力或閥洩漏。兩個同步壓力通道加上位置資料，可以顯示動作前作用力裕量是否改變，也能更有依據地決定下一個要隔離的邊界。

### 漂移的氣缸應該換新密封，還是直接更換？

在確認旁通，且缸筒、活塞桿、導向件、安裝件與密封表面仍可使用時，可以更換密封件。若仍有刮傷、腐蝕、彎曲零件、導向過度磨損或反覆故障，就應重建或更換致動器。如果僅氣缸測試通過，請保留氣缸為已排除對象，調查閥、迴路、負載與測量基準。

### 來源與技術參考

- [Parker Hannifin，氣動致動器產品](https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/pneumatic/UPD_100108/0900P-4_C-ISO%20Cylinders.pdf)：依結構區分的活塞洩漏指南，以及區分氣缸與迴路漂移的測試。取用日期：2026-07-22。

- [SMC，CP80-TFR12 安裝與維護手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/etc/international/imm/CP80-TFR12.pdf)：型號專用的內部與外部洩漏限值，以及合格維護要求。取用日期：2026-07-22。

- [ISO 10099:2001，氣動流體動力：氣缸：最終檢查與驗收準則](https://www.iso.org/standard/30054.html)：適用範圍與目前確認狀態。取用日期：2026-07-22。

- [OSHA，29 CFR 1910.147：危害能量控制](https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.147)：儲存與殘餘氣動能量的控制。取用日期：2026-07-22。

- [Festo，壓縮空氣污染：風險、影響與解決方案](https://www.festo.com/gb/en/e/blog/in-practice/compressed-air-contamination-risks-impacts-solutions-id_4137346)：粒子範圍，以及污染造成的密封與缸筒損傷。取用日期：2026-07-22。

- [ISO 8573-1:2010，壓縮空氣：污染物與純度等級](https://www.iso.org/standard/46418.html)：粒子、水與油的純度分類。取用日期：2026-07-22。