一种痕量水蒸气透过率测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种痕量水蒸气透过率测试装置，属于材料透过率测试设备技术领域。

背景技术：

材料对水蒸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；测试材料透湿性(即材料对水蒸气的阻隔性)的基本方法是测试渗透过材料的气体中水蒸气的含量。测试方法有很多种，国内及国际相关标准都确定了用电解法水分传感器检测包装材料阻水性能。

在传统测试方法中，渗透腔室分为渗透上腔与渗透下腔，试验时将试样装夹在上下腔之间，试样将渗透腔室分隔成两个独立密封的腔室。渗透上腔有两个气孔，一个气孔与加湿后的氮气相连接，另一个气孔为排空口，氮气排空口与大气相连。渗透下腔也有两个气孔，一个气孔连接高纯氮气气源，另一个为氮气排气口连接氧传感器。试验时渗透上腔有经过湿度发生器的持续额定流速的氮气流过，渗透下腔有持续额定流速的高纯氮气流过，由于试样两侧存在湿度差，所以水蒸气会渗透穿过试样到达渗透下腔，透到渗透下腔的水蒸气将被流动的高纯氮气携带至水分传感器，传感器产生信号的大小与渗透到下腔的水蒸气量成正比，通过对单位时间内水蒸气信号变化量的计算，就可得到试样水蒸气透过率等指标。

然而对于中低阻隔和一部分高阻隔材料而言，传统水蒸气透过率测试装置还是能满足测试需求的，但对于相当部分的高阻隔或超高阻隔材料，传统的水蒸气透过率测试装置就显得无能为力，很难得到一个准确数据，这是因为水分传感器的检测限无法足够低的缘故，渗透穿过高阻隔试样的水蒸气的量是极其微量的，水痕气传感器无法对极其微量的水蒸气进行识别，甚至产生的信号都被噪声淹没了，宏观上表现为测试数据无法检出、波动大、重现性差等现象；要想提高水分传感器的检测限，这要基于传感领域的创新与突破，目前来看材料阻隔性发展速度明显高于水痕传感技术的发展速度。

展望未来，食品药品的腐败变质，包装环节上氧气或水蒸气的进入是导致保质期失效的最重要原因，包装材料的阻氧阻水蒸气的能力越强，包装内容物就能获得更长的产品保质期，社会的发展对包装材料阻隔性的需求越来越高；在新材料新能源领域，有些材料的阻隔性已经能达到10^-4- 10^-5g/m2.d，而传统水蒸气透过率测试技术的检出限通常为10^-2- 10^-3 g/m2.d，距离测试需求还有2-3个数量级差距，由此可见，传统水蒸气透过率测试装置或技术很难满足现时代的包装需求，基于传感器的发展突破，那也将是一个漫长的等待过程，需求当前，技术创新势在必行。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种痕量水蒸气透过率测试装置，对渗透过试样的微量水蒸汽进行富集，富集到传感器的检测限或更高的范围时，再将渗透过试样的水蒸气送至水分传感器进行分析。

为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种痕量水蒸气透过率测试装置，包括渗透上腔和渗透下腔，渗透上腔和渗透下腔均设置有进气管和排气管，渗透下腔的排气管上设有水分传感器，其特征在于：渗透下腔的进气管上设有阀门I，排气管上设有阀门II、阀门III，进气管路和排气管路之间通过阀门I、II、III实现气体管路的换向与通断。

进一步的，所述阀门I、II、III均为三通阀，阀门I的a端与气源相连通，c端与渗透下腔的进气口相连通，阀门II的c端与渗透下腔的排气口相连通，a端与阀门III的a端相连通，阀门III的c端与水分传感器相连通，阀门I的b端与阀门II的b端相连通，阀门III的b端排空。

进一步的，所述阀门I、II为两通阀，阀门III为三通阀，阀门I的进气端与气源相连通，出气端与渗透下腔的进气口相连通，阀门II的进气端与渗透下腔的排气口相连通，出气端与阀门III的a端相连通，阀门III的c端与水分传感器相连通，阀门III的b端排空，阀门I的进气端和阀门II的出气端通过阀门IV连接在一起。

进一步的，所述阀门IV为两通阀。

进一步的，渗透上腔的进气口与经过加湿的气源相连通，渗透下腔的进气口与氮气气源相连通。

进一步的，渗透上腔与渗透下腔之间设有密封圈。

进一步的，所述阀门为四通阀、六通阀或气缸阀门。

本实用新型的有益效果：本实用新型在渗透下腔的进气管和排气管上增加控制进排气管路通断的阀门，阀门使渗透下腔形成一个密封腔体，在该密封腔体内，完成对气体的富集，达到传感器的检测限或者更高的范围时，再将渗透过试样的水蒸气送至水分传感器进行分析，可有效避免测试高阻隔材料时由于水蒸气浓度打不到水分传感器的检测下限而造成的测试数据无法检出、波动大、重现性差等现象，提高检测准确率。为了实现对水分传感器的保护，在水分传感器前增加阀门3。

附图说明

图1为实施例1所述痕量水蒸气透过率测试装置的结构示意图；

图2为实施例2所述痕量水蒸气透过率测试装置的结构示意图；

图3为实施例3所述痕量水蒸气透过率测试装置的结构示意图；

图4为实施例4所述痕量水蒸气透过率测试装置的结构示意图；

图中：1、渗透上腔，2、渗透下腔，3、渗透上腔进气管，4、渗透上腔排气管，5、渗透下腔进气管，6、渗透下腔排气管，7、氮气气源，8、加湿装置，9、阀门I，10、阀门II，11、阀门III，12、阀门IV，13、水分传感器，14、密封圈，15、试样。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种痕量水蒸气透过率测试装置，如图1所示，包括由渗透上腔1和渗透下腔2组成的测试腔，渗透上腔1和渗透下腔2均连通有进气管3、5和排气管4、6，渗透下腔的排气管6上设有水分传感器13。渗透上腔1和渗透下腔2的进气口均与氮气气源7相连通，渗透上腔1的进气口与氮气气源7之间设有加湿装置8。

为了实现富集，渗透下腔1的进气管3上设有控制进气管路通断的阀门I9，渗透下腔1的排气管6上设有控制排气管路通断的阀门II10、控制排气管路上的气体是否通向水分传感器13的阀门III11，渗透下腔2的进气管路5和排气管路6之间通过阀门I、II、III实现气体的不同流向。

本实施例中，所述阀门I、II、III均为三通阀，阀门I9的a端与氮气气源7相连通，c端与渗透下腔2的进气口相连通，阀门II10的c端与渗透下腔2的排气口相连通，a端与阀门III11的a端相连通，阀门III11的c端与水分传感器13相连通，阀门I9和b端与阀门II10的b端相连通，阀门III11的b端悬空。

为了增强密封性，渗透上腔1与渗透下腔2之间设有密封圈14。

工作时，试样15设置于渗透上腔1和渗透下腔2之间，先使测试装置处于旁路状态，阀门I、II的a端和c端连通，阀门III11的a端和b端连通，试验时渗透上腔为一定湿度流动的氮气，渗透下腔2的高纯氮气经由阀I9的ac和阀门II10的ca到阀门III11的ab排空。

当需要取样分析时，使阀门III11的ac连通，这时高纯氮气经由阀门I9的a”c、渗透下腔、阀门II10的ca、阀门III11的ac进入水分传感器13，保持状态，记录传感器值，直到传感信号峰完成。

当需要启动富集零点测试时，切换阀门I9使ab相通，切换阀门II10使ba相通，阀门III11仍保持ac相通，这时阀门I9、渗透下腔2、阀门II10形成了一个完全密封腔室V1，该密封腔室中充满了高纯氮气；流动的高纯氮气经由阀门I的ab、阀门II10的ba、阀门III11的ac到达水分传感器13，此时传感器13测试是高纯氮中水蒸气，即为零点测试。

保持富集零点测试状态，在试样15两侧湿度差的作用下，水蒸气从试样的高湿侧向低湿侧渗透，渗透过试样的水蒸气分子将在密封腔室V1中得到富集，随着时间的延长，密封腔室V1的水蒸气含量将会越来越高，富集时间根据试样的渗透速率而定，以确保渗透过的水蒸气含量可完全进入传感器的有效检测范围。记录此时感器的零点值为Zx。再根据传感器的值计算水蒸气透过率的值。

实施例2

本实施例中，所述阀门I、II为两通阀，阀门III11为三通阀，阀门I9的进气端与氮气气源7相连通，出气端与渗透下腔2的进气口相连通，阀门II10的进气端与渗透下腔2的排气口相连通，出气端与阀门III11的a端相连通，阀门III11的c端与水分传感器13相连通，阀门III11的b端悬空，阀门I9的进气端和阀门II10的出气端通过阀门IV12连接在一起，阀门IV12为两通阀。

利用本实施例所述测试装置实现测试过程如下：

1、旁路：试验时渗透上腔为一定湿度流动的氮气，阀门I9、阀门III11打开，阀门II10关闭，渗透下腔的高纯氮气经由阀门I9和阀门IV12到阀门III11的ab排空。

、取样分析：使阀门III11的ac连通，这时高纯氮气经由阀门I9、渗透下腔2、阀门II10、阀门III11的ac进入水分传感器13，保持状态，记录传感器值Tx-Z0，直到传感信号峰完成。

、启动富集、零点测试。关闭阀门I9、 阀门II10，打开阀门IV12，阀门III11仍保持ac相通，这时阀门I9、渗透下腔2、阀门II10形成了一个完全密封腔室V1，该密封腔室中充满了高纯氮气；流动的高纯氮气经由阀门IV12、阀门III11的ac到达水分传感器13，此时水分传感器13测试的是高纯氮中水蒸气，即为零点测试。

、富集等待。保持富集零点测试状态，在试样两侧湿度差的作用下，水蒸气从试样15的高湿度侧向低湿度侧渗透，渗透过试样的水蒸气分子将在密封腔室V1中得到富集，随着时间的延长，密封腔室V1的水蒸气含量将会越来越高，富集时间根据试样的渗透速率而定，以确保渗透过的水蒸气含量可完全进入传感器的有效检测范围。记录此时感器的“零点”值为Zx。再根据传感器的值计算水蒸气透过率的值。

、重复步骤2至步骤4，直到值稳定，S即为氧气透过率的值。

实施例3

本实施例是实施例1所述痕量水蒸气透过率测试装置的进一步改进，与实施例1的不同是省略了加湿装置，与渗透上腔1连接的气源内存放的是经过加湿后的气体，不用加湿装置直接通入渗透上腔1即可。

实施例4

本实施例是实施例2所述痕量水蒸气透过率测试装置的进一步改进，与实施例2的不同是省略了加湿装置，与渗透上腔1连接的气源内存放的是经过加湿后的气体，不用加湿装置直接通入渗透上1腔即可。

以上描述的仅是本实用新型的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和替换，属于本实用新型的保护范围。