一种氧气透过率测试装置及系统的制作方法

本实用新型涉及一种氧气透过率测试装置及系统。

背景技术：

材料对氧气的阻隔性是衡量材料是否适用于某些领域的一项重要指标：对包装材料而言，直接影响包装内物品的保质期；对于工程材料如阻氧管而言，意味着自来水在管道运输时是否易氧化变质；对于建材、船舶、车辆、家电等要求有阻燃性的材料，对氧气的阻隔性意味着是否达到阻燃指标、是否存在安全隐患。对于某些特殊的电子元器件，被氧化腐蚀后，影响元器件的电阻等电气属性。测试材料透氧性(即材料对氧气的阻隔性)的基本方法是测试渗透过材料的气体中氧气的含量。测试方法有很多种，国内及国际相关标准都确定了用电化学法氧传感器检测包装材料阻氧性能。

整个测试的核心部件为氧传感器，传感器的性能和精度直接决定了整台仪器的性能和精度。电化学氧传感器的优点是检测精度高，能达到ppm(即百万分之一的比例/浓度)级，缺点是该传感器损耗快，每一个被传感器检测到的氧分子与传感器的活性物发生化学反应，消耗传感器中的活性物质。如果进入传感器的氧分子过多，活性物质将很快消耗完。一个ppm级的电化学氧传感器一般正常工作能用2年左右，但如果暴露在空气中，一天之内就会完全报废。

当检测高阻隔材料透氧性时，渗透过试样的氧分子量比较少，为保证检测精度，希望所有的氧分子尽可能全进入传感器反应，这样能产生相对较大的电流信号，输出电流信号的处理工作难度将降低，能得到接近绝对真值的测量结果。这种和进入其内的几乎所有氧分子都反应的电化学传感器，量程小，精度高。对于低阻隔材料，透过来的氧分子量较多，如果全部氧分子与传感器反应，会大大降低传感器的寿命，所以只有一定比例的氧分子进入传感器和传感器的活性物质反应。部分氧气与传感器反应产生电信号，不知道实际是多少比例的氧气与传感器反应，后期电流信号数据处理困难，导致检测误差较大。这种传感器量程大，精度低。

目前包装材料阻氧性能检测仪器的技术难点在于：

目前一台氧气透过率测试仪器只安装一个氧传感器，无法兼顾大量程和高精度的检测要求；

同时，拆装传感器时，传感器不可避免的要暴露在空气中，大量氧气进入系统管路，大大降低传感器的寿命，一台仪器无法通过频繁拆装不同量程精度的氧传感器来实现多种量程、多种精度的检测。

而对应的一台测试仪器只安装一个氧传感器，传感器会很快消耗报废，频繁报废更换传感器无疑又增加了客户的使用维护成本。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种氧气透过率测试装置及系统，本实用新型改变了以往一台设备使用一个传感器，无法兼顾大量程和高精度的问题；也解决了传统设备使用单个传感器，传感器损耗快，寿命短的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种氧气透过率测试装置，包括至少一个测试腔、传感器组件和开关器件，所述传感器组件包括至少两个并联的量程或/和精度不同的氧传感器，氧气通过能够容纳试样的测试腔，经过开关器件的选择控制连通测试腔与各氧传感器的连接管路的通断。利用量程或/和精度与待测试气体浓度适配的氧传感器进行检测。

进一步的，所述传感器组件中并联的氧传感器至少有三个，且每两个氧传感器之间至少量程或精度不同。

进一步的，所述传感器组件包括至少两个并联的氧传感器支路，至少有一个氧传感器支路包括多个串联的氧传感器，沿气流方向，所述串联的氧传感器精度依次升高。

进一步的，所述传感器组件包括至少两个并联的氧传感器支路，至少一个氧传感器支路包括多个串联的氧传感器单元，每个氧传感器单元为一个氧传感器或多个并联的氧传感器，沿气流方向，所述串联的氧传感器精度依次升高。

进一步的，所述测试腔为多个，且所述测试腔之间并联，每个测试腔均通过各自的连接管路连通至传感器组件处。

进一步的，所述开关器件为选择开关、三通阀或开关矩阵。

当然，本领域技术人员能够在本实用新型的基础上对上述开关器件的选择上进行改进，如每个氧传感器或氧传感器组支路的连接管路上设置有电磁阀，通过给对应的电磁阀给电，以控制连接管路的导通等等，均属于本领域技术人员的简单替换，理应属于本实用新型的保护范围。

进一步的，所述测试装置还包括至少一个与测试腔连通的排气管路，将测试腔的下腔内气体直接排放。

进一步的，所述测试装置还包括进氧管路，每个进氧管路与测试腔的上腔连通，送入氧气。

进一步的，所述测试装置还包括载气(载气可以为氮气、氦气等惰性气体，本实用新型以氮气为例)管路，每个载气管路与测试腔的下腔连通，送入载气。

进一步的，所述传感器组件通过气路与载气管路直接连通。

进一步的，所述连接管路和气路上设置有控制阀。

本实用新型提供一种氧气透过率测试系统，包括上述测试装置和数据处理器，所述数据处理器与每个氧气传感器连接，接收其检测数据，根据各个氧传感器的数据，得到测试结果。

本实用新型提供一种氧气透过率测试方法，包括以下步骤：

1)、试验气体通入上腔：氧气进入各个测试腔的上腔，直到测试腔内气体稳定；

2)、载气吹扫下腔：氮气载气流经各个测试腔的下腔；

3)、获取零点值：开始测试，将下腔气体引入大气，选择量程与氧透过量相适配的氧传感器，此时氧传感器读取的氧浓度为零点管路氧浓度值z，将稳定后的z值记为零点氧浓度；

4)、测得试样渗透的氧浓度：把零点气路引入大气，把下腔的气体引入对应的氧传感器，此时氧传感器读取的氧浓度为上下腔之间的试样渗透过来的氧浓度值a，记录稳定时的a值记为试样的氧浓度，氧浓度值a与零点氧浓度z的差值就是试样所渗透的氧浓度。

进一步的，在不知试样的氧透过量的情况下，选择量程较大的第一氧传感器，测试零点氧浓度，继而测试渗透氧浓度，如果测量出的测试腔的氧浓度值a大于量程较小的第二氧传感器的最大量程，继续利用第一氧传感器进行测量；

如果发现测试腔的氧浓度值a在第二氧传感器的测量范围内，则把气体引入第二氧传感器，重复上述测试过程，氧浓度值a与零点氧浓度z均应由量程较小的第二氧传感器测出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型能够实现全吸收式的测量，根据待测气体的氧气浓度及检测精度需要，选择适配的量程及精度的传感器检测，能够有效的提高氧气透过率测试的准确性；

2、本实用新型可以实现一台设备使用多个氧传感器的传感器组，能满足多种量程和多种精度的检测需求，解决了以往一台设备使用一个传感器，无法兼顾大量程和高精度的问题；也解决了传统设备使用单个传感器，传感器损耗快，寿命短的问题；

3、本实用新型提供了氧传感器串并联，形成不同量程或/和精度相搭配的检测支路，能够通过模块化的设计灵活改动传感器的测试精度或量程，实现定制化，满足多种量程和多种精度的检测需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本实用新型实施例1示意图；

图2是本实用新型实施例2示意图；

图3是本实用新型传感器组实施例3示意图；

图4是本实用新型传感器组实施例4示意图；

图5是本实用新型传感器组实施例5示意图；

图6是本实用新型传感器组实施例6示意图；

其中：1、第一氧传感器，2、阀IV，3、第二氧传感器，4、管路I，5、三通阀I，6、阀I，7、管路II，8、下腔I，9、管路III，10、管路IV，11、管路V，12、管路VI，13、阀II，14、管路VII，15、管路VIII，16、阀III，17、三通阀II，18、三通阀III，19、管路IX，20、管路X，21、管路XI，22、管路XII，23、管路XIII，24、三通阀IV，25、管路XIV，26.数据处理系统，27.上腔I，28.上腔II，29.下腔II，30.管路XV，31.阀VI，32.管路XVI。

1-1.三通阀，4-1.数据处理系统，5-1.传感器III，6-1.传感器IV，7-1.传感器V，8-1.传感器VI，9-1.传感器VII，10-1.传感器VIII，11-1.传感器IX，12-1.传感器X，13-1.传感器XI，14-1.传感器XII，15-1.传感器XIII，16-1.传感器XIV，17-1.传感器XV，18-1.传感器XVI，19-1.传感器XVII，20-1.传感器XVIII。

图中，air表明空气或大气，O2表示氧气，N2表示氮气。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

正如背景技术中指出的，现有的包装材料阻氧性能检测仪器存在一台氧气透过率测试仪器只安装一个氧传感器，无法兼顾大量程和高精度的检测要求，且拆装传感器时，传感器不可避免的要暴露在空气中，大量氧气进入系统管路，大大降低传感器的寿命，无法通过频繁拆装不同量程精度的氧传感器来实现多种量程、多种精度的检测，传感器会很快消耗报废，增加了维护成本的诸多问题。

本实用新型通过提供一种带有氧传感器组的氧气透过率测试装置，包括传感器组、测试腔和气路组件。试样置于测试腔内，渗透过试样的气体经气路组件进入传感器组。传感组至少包括并联的第一氧传感器、第二氧传感器，第一氧传感器和第二氧传感器的量程或/和精度不同，根据待测气体的氧气浓度及检测精度需要，选择较为适配的量程或/和精度的传感器检测。

所提到的气路组件包含管路和阀，传感器组、测试腔通过管路连接。管路上设置有阀。且阀可以包括开关阀和三通阀，开关阀控制对应管路的关断与导通，三通阀进行管路的选择。

当然，可以用其他方式控制对应管路的选择与通断，如每个管路分别连通至传感器组，且每个管路上都设置有电磁阀等。

这样的设计能够实现一台设备使用多个氧传感器的传感器组，能满足多种量程和多种精度的检测需求。改变了以往一台设备使用一个传感器，无法兼顾大量程和高精度的问题；也解决了传统设备使用单个传感器，传感器损耗快，寿命短的问题。

当然，作为更为优选的实施方案，传感器组包括串联的若干传感器，可以串联多个，理论上，串联的传感器越多，氧气被传感器吸收的越充分，多余的氧气越少，传感器组的检测精度越高。

当串联时，待测气体依次流经各个传感器，各个传感器的设计原则为先流经的传感器的量程大于后流经的传感器的量程，但后流经的传感器的精度高于先流经的传感器的精度。

这样的设计，能够保证大量程的传感器能够先吸收大部分的氧气，而随着氧气浓度的越来越小，后面更高精度的传感器能够有一个比较准确的测量。

作为一种实施方式，传感器组为并串联传感器组，并串联传感器组有若干组并联传感器，一组并联传感器可以为单个传感器或串联传感器组。

作为一种实施方式，传感器组为串并联传感器组，串并联传感器组有若干组串联传感器，一组串联传感器可以为单个传感器或并联传感器组。

继而，又提供了一种氧气透过率测试系统，将传感器组检测到的数据传输到数据处理系统处理。能够自动计算出试样的氧气透过率。

氧传感器组具有多个量程或精度并不一致的氧传感器，当进行测量时，首先利用量程较大的氧传感器进行测量，以保证其检测量程能够承受待测气体中的氧气浓度，如果确认待测气体中的氧气浓度在某氧传感器的测量量程内，且与该氧传感器的最大量程相差较小，切换至该氧传感器进行测量。

在精度的考量上，可以先利用接近待测气体的氧气检测精度要求的氧传感器进行测量，但是，要保证该氧传感器的测量量程大于待测气体的氧气浓度。

作为典型实施例，利用以下几种实施情况进行详细的叙述。

实施例1

如图2所示，一种带有氧传感器组的氧气透过率测试装置，包括传感器组、测试腔、气路组件。试样置于测试腔内，渗透过试样的气体经气路组件进入传感器组。

传感组包括并联的第一氧传感器1、第二氧传感器3，第一氧传感器1和第二氧传感器3的量程不同，精度不同，根据待测气体的氧气浓度及检测精度需要，选择较为适配的量程及精度的传感器检测。实现一台氧气透过率测试仪器多种检测量程及精度。气路组件包含管路、阀。管路III9、管路V11一端连接到上腔I27，管路V11另一端外接大气；管路II7、管路IV10连接到下腔I8，带有阀I6的管路II7连接下腔I8与管路VIII15，管路VIII15上依次设有阀III16、三通阀III18；三通阀III18分2路：一路通过管路X20通入传感器组，另一路通过管路IX19通入外界大气；管路IV10连接到三通阀I5，三通阀I5分2路：一路通过管路I4连接到管路X20，另一路通过管路XIII23连接到外接大气。

管路X20通过三通阀IV24连接到并联的传感器组，沿气流方向，第一氧传感器1后面连接有阀VI31，第二氧传感器3后面连接有阀IV2。

传感器组还连接数据处理系统26，形成测试系统。

测试系统的工作过程如下：

1、氧气由管路III9进入上腔I27，然后经管路V11排入大气，这个过程给测试腔的上腔通入试验气体。

2、氮气通过阀I6流经下腔I8，再经管路IV10到达三通阀I5，同时，氮气经过阀III16到达三通阀III18。

3、试验刚开始时，三通阀I5和管路XII23连通，把下腔气体引入大气。三通阀III18和管路IX20接通，气体流至三通阀IV24，在不知试样的大约氧透过量的情况下，三通阀IV24默认选择大量程的第一氧传感器1，此时大量程第一氧传感器1读取的氧浓度为零点管路氧浓度值z，氮气吹扫一段时间后，z值趋于稳定，不再变化，把此时的z值记为零点氧浓度。

4、三通阀III18切换,管路VIII15和管路VIII19通，把零点气路引入大气，三通阀I5切换，管路IV10和管路I4通，把下腔I8的气体引入三通阀IV24,三通阀IV24默认连通大量程第一氧传感器1，此时大量程第一氧传感器1读取的氧浓度值为a，此过程持续进行一段时间后，a值趋于稳定，不再变化，把此时的a值记为测得的氧浓度，氧浓度值a与零点氧浓度z的差值a-z就是试样I所渗透的氧浓度。

如果此时测量出的测试腔的氧浓度值a大于小量程第二氧传感器3，那么三通阀IV25不需要改变状态，正常测试即可。

如果发现测试腔的氧浓度值a在小量程第二氧传感器3的测量范围内，则三通阀IV25切换，管路IX20和管路XV32通，把气体引入小量程第二氧传感器3，重复上述测试过程，z、a值均应由小量程第二氧传感器3测出。计算方法与利用第一氧传感器进行测量时一致。

实施例2

如图1所示，一种带有氧传感器组的氧气透过率测试系统，可以进行多个测试腔的测试，包括传感器组、多个测试腔(图1中示出的是两个)和气路组件。所述试样I置于上腔I27和下腔I8内，试样II置于上腔II28和下腔II29内，渗透过试样的气体经气路组件进入传感器组，传感器组检测到的数据传输到数据处理系统处理。所述的传感组包括并联的第一氧传感器、第二氧传感器，第一氧传感器和第二氧传感器的量程不同，精度不同，根据待测气体的氧气浓度及检测精度需要，选择较为适配的量程及精度的传感器检测。

气路组件包含多个管路和阀。管路III9、管路V11连接到上腔I27，管路II7、管路IV10连接到下腔I8，带有阀I6的管路II7连接下腔I8与管路VIII15，管路VIII15上依次设有阀III16、三通阀III18；三通阀III18分2路：一路通过管路IX20通入传感器组，另一路通过管路VIII19通入外界大气；管路IV10连接到三通阀I5，三通阀I5分2路：一路通过管路I4连接到管路IX20，另一路通过管路XII23连接到外接大气；

管路IX20通过三通阀IV24连接到并联的传感器组，沿气流方向，第一氧传感器后面接阀VI31，第二氧传感器后面接阀IV2；所述传感器组还连接数据处理系统,处理传感器的数据；

管路V11、管路XIV30连接到上腔II28，管路XIV30另一端接通大气；管路VII14、带有阀II13的管路VI12连接到下腔II29上，管路VI12另一端连接到管路VIII15，管路VII14另一端带有三通阀II17，三通阀II17分为2路：一路经管路XI22接到管路IX20，另一路通过管X21接到大气。

工作过程如下：

1、氧气由管路III9进入上腔I27，再由管路V11进入上腔II28，然后经管路XIV30排入大气，这个过程给测试腔的上腔通入试验气体。

2、氮气通过阀I6、阀II13，分别流经下腔I8及下腔II29，再分别到达三通阀I5、三通阀II17，同时经过阀III16到达三通阀III18。

3、试验刚开始时，三通阀I5、三通阀II17分别和管路XIII23、管路XI21连通，把下腔气体引入大气。三通阀III18和管路X20接通，气体流至三通阀IV24，在不知试样的大约氧透过量的情况下，三通阀IV24默认选择通大量程的第一氧传感器1，此时大量程第一氧传感器1读取的氧浓度为零点管路氧浓度值z，氮气吹扫一段时间后，z值趋于稳定，不再变化，把此时的z值记为零点氧浓度。

4、三通阀III18切换和管路IX19通，把零点气路引入大气，三通阀I5切换和管路I4通，把下腔I8的气体引入三通阀IV24及大量程第一氧传感器1，此时大量程第一氧传感器1读取的下腔I8氧浓度值为a，此过程持续进行一段时间后，a值趋于稳定，不再变化，把此时的a值记为测得的氧浓度，氧浓度值a与零点氧浓度z的差值a-z就是试样I所渗透的氧浓度。

如果此时测量出的测试腔的氧浓度值a大于小量程第二氧传感器3的量程，那么三通阀IV24不需要改变状态，正常测试即可。

如果发现测试腔的氧浓度值a在小量程第二氧传感器3的测量范围内，则三通阀IV24进行切换，管路X20与管路XIV25连通，把气体引入小量程第二氧传感器3，重复上述测试过程，z、a值均应由小量程第二氧传感器3测出。计算方法与利用第一氧传感器进行测量时一致。

5、三通阀I5进行切换，和管路XIII23导通，把下腔I8的气体引入大气，三通阀II17切换至和管路XII22连通，把下腔II29的下腔气体引入三通阀IV24及大量程第一氧传感器1，此时大量程第一氧传感器1读取下腔II29的氧浓度值为b，此过程持续进行一段时间后，b值趋于稳定，不再变化，把此时的b值记为测得的氧浓度，b-z就是试样II所渗透的氧浓度。

如果此时测量出的测试腔的氧浓度值b大于小量程第二氧传感器3的量程，那么三通阀IV24不需要改变状态，正常测试即可。

如果发现测试腔的氧浓度值b在小量程第二氧传感器3的测量范围内，则三通阀IV24切换，管路X20与管路XIV25连通，把气体引入小量程第二氧传感器3，重复上述测试过程，z、b值均应由小量程第二氧传感器3测出。计算方法与利用第一氧传感器进行测量时一致。

步骤4、5试验气体通入氧传感器组测试的时间不一样，因此步骤4、5可能由不同的传感器测试。当然，本实施例仅为示例，可以增加更多的测试腔，保证测试腔之间独立，依次并联即可，其他测试腔与连接管路和数据处理系统的连接方式可以参照本附图给出的方式。

实施例3

如图3所示，在实施例1和实施例2的基础上，与之不同的是传感器组包括并联的多个传感器，图中所示的是三个，但是，在其他实施例中还可以进行扩展，并联更多的传感器。

实施例4

如图4所示，在实施例1和实施例2的基础上，与之不同的是传感器组包括串联的若干传感器(可以串联多个，如图3所示，理论上，串联的传感器越多，氧气被传感器吸收的越充分，多余的氧气越少，传感器组的检测精度越高)。其余同实施例1或实施例2。

实施例5

如图5所示，在实施例1和实施例2的基础上，与之不同的是传感器组为并串联传感器组，所述并串联传感器组有若干组并联传感器，一组并联传感器可以为单个传感器或串联传感器组。

串联的若干个电化学氧传感器，待测气体通过管路依次流经各传感器，串联的若干传感器的量程依次由大变小，传感器的精度逐渐变高。待测气体经过一个传感器后，剩余的氧气再由后面的传感器吸收检测到，这样串联的传感器越多，待测气体中氧气被传感器吸收的越充分，越彻底，多余的氧气越少，传感器组的检测精度越高。

并联的各传感器量程不同，精度不同，根据检测需要，选择所需精度及量程的传感器检测。这样一台氧气透过率测试仪器，可有多种检测量程及精度。

实施例6

如图6所示，在实施例1和实施例2的基础上，不同之处在于传感器组为串并联传感器组，所述串并联传感器组有若干组串联传感器，所述一组串联传感器可以为单个传感器或并联传感器组。

并联的各传感器量程不同，精度不同，根据检测需要，选择所需精度及量程的传感器检测。这样一台氧气透过率测试仪器，可有多种检测量程及精度。

串联的若干个电化学氧传感器，待测气体通过管路依次流经各传感器，串联的若干传感器的量程依次由大变小，传感器的精度逐渐变高。待测气体经过一个传感器后，剩余的氧气再由后面的传感器吸收检测到，这样串联的传感器越多，待测气体中氧气被传感器吸收的越充分，越彻底，多余的氧气越少，传感器组的检测精度越高。

当然，上述具体实施方式，仅仅是示例，例如，上述实施方式中，是利用三通阀进行管路的切换，但其实也可以利用选择开关、多个管路，每个管路上设置有电磁阀，通过给对应的电磁阀给电，以控制连接管路的导通等等。

在选择相应的切换或选择器件或电路时，应当与需要进行量测系统的大小、管路的排布方式等相适配，以实现成本和管路设计等多个影响因素的优化。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。