摘要:測(cè)試環(huán)境的溫度和濕度是影響透濕性測(cè)試數(shù)據(jù)的兩大主要因素,因此對(duì)這兩項(xiàng)進(jìn)行有效控制,可使測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和重復(fù)性明顯提高。本文對(duì)兩類透濕性檢測(cè)方法進(jìn)行了對(duì)比,并以Labthink TSY-W3電解法透濕儀為例介紹了傳感器法的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞:透濕性,傳感器法,稱重法,溫度控制
由于包裝內(nèi)的水蒸氣含量能使一些產(chǎn)品的質(zhì)量發(fā)生變化,因此在選擇包裝材料時(shí)應(yīng)該特別注意材料的透濕性能。包裝材料的透濕性能因材料的不同而存在顯著差異,因此透濕性能的檢測(cè)非常重要。影響透濕性測(cè)試結(jié)果的因素很多,其中以試驗(yàn)溫度和試樣兩側(cè)濕度差的穩(wěn)定性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果所產(chǎn)生的影響最顯著。
1.透濕性測(cè)試中溫度控制的重要性
絕大多數(shù)結(jié)晶高聚物都是半晶聚合物,理論上認(rèn)為聚合物的結(jié)晶部分是滲透物分子在聚合物內(nèi)部擴(kuò)散過程所經(jīng)途徑中的不可穿過區(qū)域,擴(kuò)散主要發(fā)生在無定形部分。聚合物分子鏈越長(zhǎng),其構(gòu)象越多。當(dāng)溫度升高時(shí),由于熱運(yùn)動(dòng),分子鏈構(gòu)象變化得越快,聚合物內(nèi)聚度下降,滲透質(zhì)分子在聚合物內(nèi)的擴(kuò)散速度加快,即當(dāng)溫度升高時(shí)材料的阻隔性會(huì)降低。水蒸氣對(duì)聚合物的滲透過程受溫度波動(dòng)影響明顯(這點(diǎn)與無機(jī)氣體滲透類似),與溫度的關(guān)系均服從Arrhenius方程:
隨溫度升高,透濕系數(shù)增大,但不同聚合物膜增加的情況有差別。有文獻(xiàn)指出,無定形的材料隨溫度的升高透濕系數(shù)增加較快,而具有一定結(jié)晶度的材料增加的就會(huì)慢一些。
2.濕度差對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響
由于水蒸氣是極性分子,在水蒸氣對(duì)極性聚合物的滲透過程中,一些聚合物會(huì)首先吸收水蒸氣出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象,使其中的自由體積增大。材料的透濕系數(shù)具有明顯的水蒸氣濃度依賴性,相應(yīng)地,材料的透濕量也受濕度變化的影響,表現(xiàn)為部分聚合物的透濕量與其兩側(cè)的相對(duì)濕度差成非線性的變化,如親水性聚合物賽璐酚的透濕量與相對(duì)濕度差的關(guān)系就不成線性。這種滲透量與分壓差(對(duì)于透濕性測(cè)試來講即是相對(duì)濕度差)不成線性關(guān)系的現(xiàn)象就是水蒸氣與常見無機(jī)氣體在聚合物滲透過程中最顯著的區(qū)別。
3.稱重法和傳感器法差異
目前所采用的透濕性檢測(cè)主要是兩類:稱重法和傳感器法,它們的檢測(cè)原理不同,設(shè)備結(jié)構(gòu)具有明顯差異。
簡(jiǎn)單說,稱重法就是將試樣密封在透濕杯中,然后將透濕杯放置在恒溫恒濕的環(huán)境中,利用恒溫恒濕的環(huán)境和透濕杯內(nèi)放置的干燥劑或是飽和鹽溶液來控制試樣兩側(cè)的相對(duì)濕度,通過測(cè)量試驗(yàn)過程中透濕杯重量的增減來計(jì)算試樣的透濕量。這種測(cè)試方法的試驗(yàn)溫度是由恒溫恒濕環(huán)境提供的,濕度則取透濕杯內(nèi)濕度與環(huán)境濕度的差值。由于在試驗(yàn)前及試驗(yàn)過程中需要在恒溫恒濕環(huán)境中對(duì)透濕杯進(jìn)行放置、移位等操作,因此所需的恒溫恒濕環(huán)境往往體積較大,這不利于對(duì)環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行控制。
圖1. 減重法測(cè)試原理圖
傳感器法依照所采用的傳感器種類的不同分為紅外傳感器法、電解法以及動(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法。其中紅外傳感器法與電解法的檢測(cè)結(jié)構(gòu)相近,原理相似,都是將試樣密封在上下測(cè)試腔中,利用飽和鹽溶液將試樣的一側(cè)控制為高濕的狀態(tài),而另一側(cè)用干燥氣體吹掃以保持干燥,這樣試樣兩側(cè)就形成了特定的濕度差。透過試樣進(jìn)入干燥側(cè)的水蒸氣被干燥氣流攜帶進(jìn)入傳感器中測(cè)定其中的水分含量以判斷試樣的透濕量?;谶@兩種檢測(cè)原理的設(shè)備工作獨(dú)立性都很好,而且所需的測(cè)試腔體積非常小,使得控溫控濕易于進(jìn)行。動(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法的檢測(cè)原理與紅外傳感器法以及電解法有一定差別,在這種方法中溫度控制也易于實(shí)現(xiàn),而試樣兩側(cè)的濕度差根據(jù)測(cè)試原理在整個(gè)測(cè)試過程中都是在不斷變化的。
圖2. 電解法示意圖
4.傳感器法透濕性測(cè)試儀的溫濕度控制優(yōu)勢(shì)
體積是在某個(gè)空間中實(shí)現(xiàn)溫度和濕度均勻的主要影響因素之一,體積越小,溫度、濕度的均勻控制效果越好。如前所述,傳感器法的設(shè)備結(jié)構(gòu)比稱重法的設(shè)備結(jié)構(gòu)更易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試環(huán)境中的溫濕度均勻控制,可以通過特殊技術(shù)處理獲得理想的控制效果。以Labthink TSY-W3為例說明一下電解法在溫濕度控制方面的優(yōu)勢(shì)。
Labthink TSY-W3電解法透濕儀采用高精度電解法濕度傳感器,其突出結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在采用水浴控溫的原理上加以改進(jìn)利用恒溫循環(huán)水來保持測(cè)試腔的溫度,而且恒溫循環(huán)水由外循環(huán)控制器來控溫并提供循環(huán)動(dòng)力。尤其值得一提的是,TSY-W3所采用的循環(huán)控制器既可制熱又可制冷,控溫范圍在0℃~100℃,控溫精度可達(dá)±0.1℃,不但完全滿足國(guó)內(nèi)外檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的需要,而且在Labthink系列透濕性測(cè)試儀中控溫也是較好的。選擇飽和鹽溶液進(jìn)行濕度控制可使試樣高濕一側(cè)的濕度均勻穩(wěn)定,而低濕一側(cè)的氣流由干燥器控制濕度,因此試樣兩側(cè)能獲得非常穩(wěn)定的濕度差,波動(dòng)非常小。溫濕度控制得越精確越有利于試驗(yàn)結(jié)果,TSY-W3的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性在其整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)都非常好(當(dāng)然材料的均一性也是影響測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性的一個(gè)關(guān)鍵因素)。此外這款設(shè)備測(cè)試時(shí)間相對(duì)與稱重法設(shè)備有一定的縮短,尤其是在進(jìn)行透濕性較低的材料的檢測(cè)時(shí)能體現(xiàn)出較大的檢測(cè)效率優(yōu)勢(shì)。而且對(duì)測(cè)試環(huán)境中的震動(dòng)也不敏感,有效避免了環(huán)境干擾對(duì)試驗(yàn)效率的影響。
5.總結(jié)
測(cè)試環(huán)境的溫度和濕度是影響透濕性測(cè)試數(shù)據(jù)的兩大主要因素,因此對(duì)這兩項(xiàng)進(jìn)行有效控制可使得測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和重復(fù)性明顯提高。綜合比較顯示,Labthink TSY-W3電解法透濕儀在溫濕度檢測(cè)控制方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)。
(劉茂林) 引言
圖1 電容原理電壓測(cè)量法
圖2 利用FET檢測(cè)電場(chǎng)狀態(tài)原理圖
圖3 饋電狀態(tài)傳感器的敏感元件電路圖
圖4 饋電狀態(tài)傳感器電路
古代傳感器在道理與構(gòu)造上千差萬別,怎樣依據(jù)詳細(xì)的丈量目標(biāo)、丈量工具以及丈量情況公道地選用傳感器,是在停止某個(gè)量的丈量時(shí)起首要處理的成績(jī)。當(dāng)傳感器斷定之后,與之相配套的丈量辦法跟丈量裝備也就能夠斷定了。丈量成果的成敗,在很年夜水平上取決于傳感器的選用能否公道。
1、依據(jù)丈量工具與丈量情況斷定傳感器的類
要停止—個(gè)詳細(xì)的丈量任務(wù),起首要斟酌采取何種道理的傳感器,這須要剖析多方面的要素之后才干斷定。由于,即便是丈量統(tǒng)一物理量,也有多種道理的傳感器可供選用,哪一種道理的傳感器更為適合,則須要依據(jù)被丈量的特色跟傳感器的應(yīng)用前提斟酌以下一些詳細(xì)成績(jī):量程的年夜小;被測(cè)地位對(duì)傳感器體積的請(qǐng)求;丈量方法為打仗式仍是非打仗式;旌旗燈號(hào)的引出辦法,有線或長(zhǎng)短打仗丈量;傳感器的起源,國(guó)產(chǎn)仍是入口,價(jià)錢是否蒙受,仍是自行研制。
在斟酌上述成績(jī)之后就能斷定選用何品種型的傳感器,而后再斟酌傳感器的詳細(xì)機(jī)能指標(biāo)。
2、敏銳度的抉擇
平日,在傳感器的線性范疇內(nèi),盼望傳感器的敏銳度越高越好。由于只有敏銳度高時(shí),與被丈量變更對(duì)應(yīng)的輸出旌旗燈號(hào)的值才比擬年夜,有利于旌旗燈號(hào)處置。但要留神的是,傳感器的敏銳度高,與被丈量有關(guān)的外界噪聲也輕易混入,也會(huì)被縮小體系縮小,影響丈量精度。因而,請(qǐng)求傳感器自身應(yīng)存在較高的信噪比,盡員增加從外界引入的廠擾旌旗燈號(hào)。
3、頻率呼應(yīng)特征
傳感器的頻率呼應(yīng)特征決議了被丈量的頻率范疇,必需在答應(yīng)頻率范疇內(nèi)堅(jiān)持不掉真的丈量前提,現(xiàn)實(shí)上傳感器的呼應(yīng)總有—定耽誤,盼望耽誤時(shí)光越短越好。
4、線性范疇
傳感器的線形范疇是指輸出與輸入成正比的范疇。以實(shí)踐上講,在此范疇內(nèi),敏銳度堅(jiān)持定值。傳感器的線性范疇越寬,則其量程越年夜,而且能保障必定的丈量精度。在抉擇傳感器時(shí),當(dāng)傳感器的品種斷定當(dāng)前起首要看其量程能否滿意請(qǐng)求。
5、穩(wěn)固性
傳感器應(yīng)用一段時(shí)光后,其機(jī)能堅(jiān)持穩(wěn)定化的才能稱為穩(wěn)固性。影響傳感器臨時(shí)穩(wěn)固性的要素除傳感器自身構(gòu)造外,重要是傳感器的應(yīng)用情況。因而,要使傳感用具有精良的穩(wěn)固性,傳感器必需要有較強(qiáng)的情況順應(yīng)才能。
6、精度
精度是傳感器的一個(gè)主要的機(jī)能指標(biāo),它是關(guān)聯(lián)到全部丈量體系丈量精度的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高,其價(jià)錢越昂貴,因而,傳感器的精度只有滿意全部丈量體系的精度請(qǐng)求就能夠,不用選得過高。如許就能夠在滿意統(tǒng)一丈量目標(biāo)的諸多傳感器當(dāng)選擇比擬廉價(jià)跟簡(jiǎn)略的傳感器。
假如丈量目標(biāo)是定性剖析的,選用反復(fù)精度高的傳感器即可,不宜選用相對(duì)量值精度高的;假如是為了定量剖析,必需取得準(zhǔn)確的丈量值,就需選用精度品級(jí)能滿意請(qǐng)求的傳感器。對(duì)某些特別應(yīng)用場(chǎng)所,無奈選到適合的傳感器,則需自行計(jì)劃制作傳感器。克己傳感器的機(jī)能應(yīng)滿意應(yīng)用請(qǐng)求。