CN103471951B - 一种增重法水汽透过率测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增重法水汽透过率测定仪，包括测试机台，所述测试机台内设置有测试腔，所述测试腔内设置有用于卡设测试样品的夹具，所述测试样品和夹具将所述测试腔分割成上腔和下腔，所述下腔的底部安装有称重天平，其内壁上设置有可上下移动的气缸支撑架，所述气缸支撑架上设置有透湿杯；所述上腔的侧壁上设置有水汽输入口和水汽输出口，所述上腔外部套设有保温盖。本发明的优点是：采用加重法测试水汽透过率，克服了减重法水汽透过率测定仪薄膜结露和吹风情况下气流对测试结果造成的影响；测试方法更合理，测试结果更准确，误差更小；采用基于ARM的智能控制系统能够脱机运行，操作更方便。

Description

一种增重法水汽透过率测定仪

技术领域

本发明涉及水汽透过率测定仪领域，尤其是一种利用增重法来测定水汽透过率的水汽透过率测定仪。

背景技术

食品和药品是与人们的身体健康息息相关的商品，此类商品不仅要求在包装上做到美观、方便实用，更重要的是要确保内装物在货架期内具有稳定、可靠的质量，防止由于吸潮、漏气和光照而引起内包装内产品的分解变质。因此，选择具有阻隔性功能的包装是保证食品和药品安全的关键。

包装材料的阻隔性是针对特定渗透对象而言的，（渗透对象包括常见气体、水蒸汽、液体和有机物等）是指材料对特定渗透对象由其一侧渗透通过到达另一侧（一般是由高浓度侧渗透通过材料进入低浓度侧）的阻隔性能。狭义上讲，阻隔性能主要包括氧气阻隔性和水蒸汽阻隔性。而食品中的脂肪、蛋白质以及药品中的有效成分在水汽存在条件下容易发生水解、变色、变质甚至产生毒性，因此对于食品和药品包装材料水汽透过性的检测具有非常重要的意义。

现有技术中，用于测试食品和药品包装材料的水汽透过率的检测设备都采用减重法水蒸汽透过率测定仪，即用透湿杯装水然后再杯口覆盖样品，控制测试腔的温度在38℃，杯内的水蒸汽扩散到测试腔，被测试腔内的干燥剂吸收，杯内的水分减少，通过测试透湿杯的重量计算出水蒸汽透过量。而减重法水蒸汽透过率测定仪在实验过程中，水蒸汽能够透过薄膜扩散出去，但是薄膜会结露，而透湿杯与薄膜连在一起称重，因此会对称重会造成一定的误差；由于要控制测试腔内的湿度，所以要进行吹风，而要求的称重传感器灵敏度很高其精度为0.1mg，因此在吹风的情况下气流对称重也有一定的影响，计算出来的透过量误差很大。

因此亟待研发出一种能够克服减重法水汽透过率测定仪薄膜结露和吹风情况下气流对测试结果造成的影响且测试误差小、精确度和准确度高的水汽透过率测定仪。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种测试方法更合理、测试误差小、精确度和准确度更高的增重法水汽透过率测定仪。

本发明的技术方案是这样实现的：一种增重法水汽透过率测定仪，包括测试机台，所述测试机台内设置有测试腔，所述测试腔内设置有用于卡设测试样品的夹具，所述测试样品和夹具将所述测试腔分割成上腔和下腔，所述下腔的底部安装有称重天平，其内壁上设置有可上下移动的气缸支撑架，所述气缸支撑架上设置有透湿杯；所述上腔的侧壁上设置有水汽输入口和水汽输出口，所述上腔外部套设有保温盖。

进一步地，所述称重天平上设置有称重传感器。

进一步地，所述水汽输出口处设置有控制所述输出口打开和关闭的第一开关阀。

进一步地，所述测试机台内还设置有水汽产生部和控制系统，所述水汽产生部包括湿度发生器、气体混合腔和流量阀，所述湿度发生器所述气体混合腔相连，所述气体混合腔通过流量阀与所述水汽输入口相连。一部分干燥空气通过湿度发生器后流入所述气体混合腔内，另一部分干燥气体直接流入到所述气体混合腔，所述气体混合腔内的混合水汽通过流量阀从所述水汽输入口进入到所述上腔内。

进一步地，所述湿度发生器和气体混合腔之间设置有第二开关阀。

进一步地，所述控制系统包括MCU和温度控制系统，所述MCU控制所述温度控制系统和湿度发生器。

具体地，所述温度控制系统采用具有一体化设置自动控制温度升降的嵌入式电子控温装置。

进一步地，所述MCU的输出端还连接有显示模块、打印模块和PC机。

具体地，所述MCU采用ARM9系列处理器。

进一步地，所述测试腔采用不锈钢材质制成。

本发明的优点是：采用加重法测试水汽透过率，克服了减重法水汽透过率测定仪薄膜结露和吹风情况下气流对测试结果造成的影响；测试方法更合理，测试结果更准确，误差更小；且采用基于ARM的智能控制系统能够脱机运行，操作更方便。

附图说明

图1是本发明一种增重法水汽透过率测定仪结构框图。

图2是本发明一种增重法水汽透过率测定仪水汽发生部和测试腔的结构示意图。

图3是本发明一种增重法水汽透过率测定仪控制系统的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施案例加以说明：

如图1所示，一种增重法水汽透过率测定仪，包括测试机台1，所述测试机台1内设置有水汽产生部3、测试腔2和控制系统4，所述水汽产生部3产生的水汽输入到所述测试腔2中，所述控制系统4控制所述水汽产生部3水汽的产生，水汽的温度湿度以及所述测试腔2的测试过程。

如图2所示，具体地，所述测试腔内2设置有用于卡设测试样品5的夹具21，所述测试样品5和夹具21将所述测试腔分割成上腔23和下腔24。所述测试腔2的外壁上设置有螺纹，所述螺纹设置在上腔23和下腔24的结合部位对应的外壁上，在所述上腔23上套设有保温盖22，所述保温盖22内壁的下部设置有与所述螺纹对应的螺纹嵌槽，所述螺纹与螺纹嵌槽配合旋紧，同时，所述上腔23和下腔24的连接处套设有密封圈，使得所述测试腔2处于完全密封状态，所述保温盖22的设置对于所述上腔23内的水汽有一定的保温保湿作用。在所述上腔23的侧壁上设置有水汽输入口28和水汽输出口29，所述水汽输入口28和水汽输出口29为并排设置，所述水汽输出口29处设置有控制所述输出口29打开和关闭的第一开关阀61，测试时，所述第三开关阀61应处于开启状态，使水汽可以进行稳定地流通，用于保证所述上腔23内水汽湿度和流速的稳定，所述上腔23内水汽的湿度应保持在30%-90%RH，精度为±2%RH。

在所述下腔24的底部安装有称重天平25，所述称重天平25的天平部伸入到所述下腔24内，所述称重天平25的显示和数据读取部设置在所述下腔24外，所述称重天平25与所述下腔24的结合处采用密封处理；所述称重天平25上设置有称重传感器210，所述称重传感器210可以进行间歇感应和称重；所述下腔24的内壁上设置有可上下移动的气缸支撑架26，所述气缸支撑架26上设置有透湿杯27，测试时由控制系统4的程序控制所述气缸支撑架26运动，所述气缸支撑架26运动带动所述透湿杯27上升到测试样品5下方，使所述干燥剂位于距离所述测试样品5三毫米处，测试一段时间后，所述气缸支撑架26又向下运动使透湿杯放到所述称重天平25上进行称量，由此反复测试和间歇称重。

如图3所示，所述水汽产生部3包括湿度发生器31、气体混合腔32和流量阀33。所述湿度发生器31与所述气体混合腔32相连，所述气体混合腔32通过流量阀33与所述水汽输入口28相连，所述湿度发生器31和气体混合腔32之间设置有第二开关阀62。其中，所述湿度发生器31采用双气流湿度发生器，所述双气流湿度发生器水汽发生速度快，加湿稳定，且可以很好地使温湿度控制范围；所述气体混合腔32内设置有湿度传感器34，用于调节水蒸汽和气体的混合比例，从而达到控制水汽的湿度；所述流量阀33可以有效地调整气体输出的流量和流速，且所述流量阀33可将气体的流速控制在0.5-2.5m/s之内。使用时，采用氮气作为载气，一部分干燥氮气通过湿度发生器31加湿变成水蒸气氮气后通过所述第二开关阀62流入到所述气体混合腔32内，另一部分干燥氮气直接通过第三开关阀63流入到所述气体混合腔32，所述气体混合腔32内的水蒸汽氮气和干燥氮气通过所述湿度传感器34调节比例后，再经过所述流量阀33从所述水汽输入口28进入到所述上腔23内，这样既保证了气体湿度相对稳定，也能控制气体湿度和测试上腔的温度。

如图3所示，所述控制系统包括MCU和温度控制系统，所述MCU控制所述温度控制系统和湿度发生器。这里所述温度控制系统采用具有一体化设置自动控制温度升降的嵌入式电子控温装置，所述嵌入式电子控温装置为集成式温控板（集成式温控板就是指集成式的温控器），所述集成式温控板安装在所述测试腔内，所述温度控制系统自动控制所述上腔23和下腔24的温度：通过集成式温控对所述上腔23内恒定流量的气体进行加热，把气体加热到测试温度；所述下腔24所述上腔23通过且其由集成式温控板直接控温，由软件进行程序步进控制测试温度，既可升温也可降温，控温精确。测试腔内的测试温度应该控制在15-45℃，标准温度38℃，精度±0.1℃。

进一步地，所述MCU采用ARM9系列处理器，并基于ARM9微处理器建立W500系列水汽透过率测定仪专用系统。所述ARM9微处理器为低功耗的32位RISC处理器，ARM9微处理器是整个W500系列水汽透过率测定仪专用系统的核心部件，主要控制所述湿度传感器、集成式温控板和称重传感器，同时所述控制系统的MCU输出端还连接有显示模块、打印模块和PC机。使用时，ARM微处理器向温湿度传感器、称重传感器等核心部件发出信号，启动相应的传感器采集数据，传感器采集完一次数据后，将模拟数据量转变成ARM微处理器能识别的数字信号。然后由ARM微处理器根据现场对数据的不同要求通过所述显示模块和PC机显示数据。由于ARM9采用的是三级流水线来增加指令的处理速度，这样几个指令的操作就能同时进行，在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。所以基于ARM9的W500系列水汽透过率测定仪专用系统的运算速度和精度显著提高，实现了对试样信息的实时跟踪显示，有效解决了信息传输延时问题，且基于ARM9的水汽透过率测定仪专用智能型控制系统的运算速度更快、稳定性更好、功能更强大。更快的运算速度使其具备了运行WindowsCE系统的条件，在稳定、安全、久经考验的WindowsCE系统下执行程序，专用智能型控制系统的可靠性有了本质的提高。此套软件分两大部分，一个是仪器上的软件，另一个是电脑软件，脱机可独立工作。

本发明的测试原理是：把试样固定在测试腔中间将测试腔分上下两个腔，含稳定相对湿度的气体在薄膜的上腔流动，下腔托盘上放置装有干燥剂的透湿杯，水分子透过试样扩散到下腔，被透湿杯里面的分子筛吸收，通过称重传感器对干燥杯的称量，从而计算出水汽透过量。

使用本发明时，把测试样品5用所述夹具21固定后，由所述水汽产生部3产生的温湿度稳定的气体在所述上腔23内流动，水分子透过测试样品5扩散到所述下腔24，被透湿杯27里面的干燥剂吸收，然后通过所述称重传感器210对透湿杯27的称量，从而计算出水汽透过量。其具体测试步骤是：1.开机控温；2根据仪器显示调节湿度及气体流量；3放样品直接点击测试；5结果出来，自动停止测试，打印实验报告。

本发明可应用于测试塑料薄膜、塑料复合薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料、片材、工程塑料、橡胶，建材等片状材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材，玻璃陶瓷等，同时本发明还可以扩展应用于太阳能背板膜、液晶显示屏膜、各类漆膜、降解膜、医疗贴剂、容器封盖、瓶子、袋子等阻水性测试。

本发明更适合实验室使用，其功能符合国家标准和国际标准，提高了仪器的通用性；采用精确的温湿度控制技术，减小由于温湿度控制精度对测试结果所产生的误差影响；采用精确控制气体流量的方法，提高仪器测试结果的准确度；采用水汽透过率测定仪专用智能系统，保证客户端能够对测试全过程进行实时监控，并能够对测试结果按不同的方式进行数据处理；实现水汽透过率测定仪控制系统的自诊断功能，便于工程师以最低的消耗，能够在最短的时间内排除仪器所产生的故障；相对大型冷库来说体积相对较小，且采用加重法测试水汽透过率，测试方法更合理，测试结果更准确，误差更小，基于ARM的智能控制系统能够脱机运行，并能鼠标操作输入数据，结合自动、手动、联机、脱机操作，界面简单，操作方便。

以上所述者，仅为本发明较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种增重法水汽透过率测定仪，包括测试机台，其特征在于：所述测试机台内设置有测试腔，所述测试腔内设置有用于卡设测试样品的夹具，所述测试样品和夹具将所述测试腔分割成上腔和下腔，所述下腔的底部安装有称重天平，其内壁上设置有可上下移动的气缸支撑架，所述气缸支撑架上设置有透湿杯；所述上腔的侧壁上设置有水汽输入口和水汽输出口，所述上腔外部套设有保温盖，所述测试机台内还设置有水汽产生部和控制系统，所述水汽产生部包括湿度发生器、气体混合腔和流量阀，所述湿度发生器与所述气体混合腔相连，所述气体混合腔通过流量阀与所述水汽输入口相连，所述控制系统包括MCU和温度控制系统，所述MCU分别控制所述温度控制系统和湿度发生器，所述温度控制系统采用具有一体化设置自动控制温度升降的嵌入式电子控温装置，所述控制系统包括MCU的输出端还连接有显示模块、打印模块和PC机。

2.如权利要求1所述的一种增重法水汽透过率测定仪，其特征在于，所述称重天平上设置有称重传感器。

3.如权利要求1所述的一种增重法水汽透过率测定仪，其特征在于，所述水汽输出口处设置有控制所述输出口打开和关闭的第一开关阀。

4.如权利要求1所述的一种增重法水汽透过率测定仪，其特征在于，所述湿度发生器和气体混合腔之间设置有第二开关阀。

5.如权利要求1所述的一种增重法水汽透过率测定仪，其特征在于，所述MCU采用ARM9系列处理器。

6.如权利要求1所述的一种增重法水汽透过率测定仪，其特征在于，所述测试腔采用不锈钢材质制成。