CN113155705A - 一种薄膜透气率测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜透气率测试装置，属于分析仪器技术领域，包括储气罐、充气座和上压板，所述充气座具有充气腔，所述充气腔具有用于让待测薄膜蒙住的口部，所述上压板用于将所述待测薄膜密封固定在所述口部上，所述上压板具有容所述待测薄膜透气的镂空结构，所述储气罐的出气口经排气压力控制阀与所述充气腔连通，所述储气罐的进气口连接有储存压力控制阀。本发明还涉及一种利用该薄膜透气率测试装置的测试方法，包括以下步骤：准备步骤；充气步骤；排气步骤，计算步骤。该测试方法中充气和排气是分成两个步骤分别完成，待测薄膜的透气率测试在排气步骤中进行，测试数据更为稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种薄膜透气率测试装置；本发明还涉及一种利用该薄膜透气率测试装置的测试方法，属于分析仪器技术领域。
背景技术
透气性检测装置是指适用于塑料薄膜、非织造布、纸张、复合膜、高阻隔材料、片材、金属箔片在各种温度下的气体透过率、溶解度系数、扩散系数、渗透系数的测定的检测设备。透气性测试装置又称为压差法气体渗透仪，广泛用于食品、药品、包装、塑料、工业、电子、能源等行业，适用于塑料薄膜、复合膜、纸塑复合包装、太阳能背板、片材、复合材料、镀铝膜、共挤膜等膜、铝箔、片状材料以及塑料、橡胶、纸质、玻璃、金属等材料的瓶、袋、罐、盒等包装容器。
透气性测试是测试包装材料对气体等渗透物的阻隔作用，透气性能测试是从产品阻隔性能的角度上分析使用安全性的重要指标。传统的薄膜透气率测试装置需要将测试装置器与秒表配套使用，使用时需要手动按压进行压力填充，使用不便。并且测试方法依靠手动操作充气压力每次都会有差异，影响测试结果的稳定性。为此，设计一种新型薄膜透气率测试装置具有重要意义。
发明内容
为此，本发明提供了一种薄膜透气率测试装置，通过排气压力控制阀控制储气罐对充气座进行连续排气，保证待测薄膜测试时压力的稳定。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种薄膜透气率测试装置，包括储气罐、充气座和上压板，所述充气座具有充气腔，所述充气腔具有用于让待测薄膜蒙住的口部，所述上压板用于将所述待测薄膜密封固定在所述口部上，所述上压板具有容所述待测薄膜透气的镂空结构，所述储气罐的出气口经排气压力控制阀与所述充气腔连通，所述储气罐的进气口连接有储存压力控制阀。
作为上述方案的改进，所述上压板由机械驱动机构驱动。
作为上述方案的改进，所述机械驱动机构是气缸，所述气缸的活塞杆连接所述上压板。
作为上述方案的改进，该薄膜透气率测试装置还包括控制器，所述储存压力控制阀、所述排气压力控制阀以及所述机械驱动机构均由所述控制器控制。
作为上述方案的改进，所述口部朝上，所述上压板位于所述口部上方。
作为上述方案的改进，所述镂空结构为排布在所述上压板上的排气孔。
作为上述方案的改进，所述排气压力控制阀连接有计时器，当所述排气压力控制阀打开时计时器开始计时，当所述排气压力控制阀关闭时计时器停止计时。
本发明提供的薄膜透气率测试装置通过开启排气压力控制阀，控制储气罐对充气座进行连续排气，保证待测薄膜在连续、稳定的压力下进行透气率测试，相对于现有的手动按压进行压力填充的测试测试装置来说，测试结果更为稳定可靠。
本发明还提供了一种测试方法，采用上述薄膜透气率测试装置，包含如下步骤：
准备步骤：关闭所述储存压力控制阀和所述排气压力控制阀，将待测薄膜用上压板密封固定在所述充气座的口部，将所述储存压力控制阀与气源连接；
充气步骤：打开所述储存压力控制阀，向储气罐内充气，当压力上升到储存压力设定值，关闭所述储存压力控制阀；
排气步骤：打开所述排气压力控制阀并开始计时，向所述充气座的充气腔内排气，当压力下降到排气压力设定值，关闭所述排气压力控制阀并停止计时；
计算步骤：按下列公式计算出待测薄膜的透气率：K＝(P1-P2)/T，该公式中K为待测薄膜的透气率，P1为充气步骤中储气罐的储存压力上升到的储存压力设定值，P2为排气步骤中储气罐储存压力下降到的排气压力设定值，T为排气步骤中排气压力控制阀从打开到关闭经过的时间。
作为上述方案的改进，所述排气步骤中，通过与所述排气压力控制阀连接的计时器进行开始计时和停止计时操作；当所述排气压力控制阀打开时，计时器开始计时；当所述排气压力控制阀关闭时，计时器停止计时。
上述测试方法中首先控制储存压力控制阀的开启向储气罐进行充气，然后通过排气压力控制阀的开启对储气罐内储存的压力进行排气，排气时能够在待测薄膜表面形成连续、稳定的压力，当储气罐排气后排气的压力达到设定值时关闭排气压力控制阀，利用公式对待测薄膜的透气率进行计算，相对于现有技术中手动按压气囊进行充气压力操作，由于气囊按压时充气和排气是交替进行的，往往会造成待测薄膜随着充气和排气的交替而发生振动，从而导致测试数据稳定性差的问题，本申请提供的测试方法中储气罐的充气和排气是分成两个步骤分别完成，待测薄膜的透气率测试在排气步骤中进行，待测薄膜在排气过程中不会发生振动，测试数据更为稳定可靠。
本发明还提供了一种测试方法，采用上述薄膜透气率测试装置，包含如下步骤：
准备步骤：关闭所述储存压力控制阀和所述排气压力控制阀，将待测薄膜用上压板密封固定在所述充气座的口部，将所述储存压力控制阀与气源连接；
充气步骤：打开所述储存压力控制阀，向储气罐内充气，当压力上升到储存压力设定值，关闭所述储存压力控制阀；
排气步骤：打开所述排气压力控制阀并开始计时，向所述充气座的充气腔内排气，当经过测试设定时间后关闭所述排气压力控制阀并停止计时，记录所述储气罐此时的储存压力；
计算步骤：按下列公式计算出待测薄膜的透气率：K＝(P1-P3)/T，该公式中K为待测薄膜的透气率，P1为充气步骤中储气罐的储存压力上升到的储存压力设定值，P3为排气步骤中关闭所述排气压力控制阀后储气罐的储存压力，T为排气步骤中排气压力控制阀从打开到关闭设定的时间。
上述测试方法在排气步骤中，先排气压力控制阀并开始计时，向所述充气座的充气腔内排气，通过设定经过测试设定时间后关闭所述排气压力控制阀并停止计时，记录所述储气罐此时的储存压力，通过单位时间内储气罐的压力差值来计算薄膜透气率，这种薄膜透气率的测试方式，利用达到设定压力差值的时间来计算透气率的方式可以根据实际需要选择进行。
附图说明
图1为本发明中一种薄膜透气率测试装置的示意图；
图2为本发明中一种薄膜透气率测试装置中控制器的示意图。
图中：10-气源，11-进气管道，12-进气管道单向阀，13-储存压力控制阀，14-储气罐，15-排气压力控制阀，16-输气管道，17-输气管道单向阀，18-充气座，20-工作台，21-支架，22-气缸，23-活塞杆，24-上压板，30-待测薄膜，40-控制器，41-按钮区，42-参数设定区，141-储气罐进气口，142-储气罐出气口，181-充气腔，181a-口部，241-排气孔。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
在下述实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、管路连接或者电连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明首先提供了一种薄膜透气率测试装置，包括储气罐14、充气座18和上压板24，充气座18具有充气腔181，充气腔181具有用于让待测薄膜30蒙住的口部181a，上压板24用于将待测薄膜30密封固定在口部181a上，上压板24具有容待测薄膜30透气的镂空结构，储气罐14的出气口经排气压力控制阀15与充气腔181连通，储气罐14的进气口连接有储存压力控制阀13。
上压板24上设置的供待测薄膜30透气的镂空结构可以是孔状、蜂窝状镂空结构，例如可以是多个排气孔241组成的镂空结构。排气孔241的数目可以有多个，排气孔241之间可以均匀分布在上压板24上。
上述方案按照气流流动方向依次经过储存压力控制阀13、储气罐14、排气压力控制阀15、充气座18和上压板24，待测薄膜30张开后蒙住充气腔181的口部181a，通过上压板24将待测薄膜30压紧到口部181a，压紧后充气腔181和上压板24之间处于相对密封的状态，充气腔181内的气体只能通过待测薄膜30的透气性从上压板24的排气孔241中排出。
储气罐进气口141上连接有用于向储气罐14充气的进气管道11，储存压力控制阀13设置在进气管道11上；储气罐进气口141上连接有用于储气罐14向充气座18排气的输气管道16，排气压力控制阀15设置在输气管道16上。
上述方案中，先将储气罐14内储存高压气体，然后开启排气压力控制阀15，将储气罐14内储存的高压气体通过输气管道16排入充气座18的充气腔181内，充气腔181内的气体能够慢慢穿过待测薄膜30从上压板24的排气孔241排入工作环境中，记录储气罐14的压力下降到相应数值所用的时间，即可计算出待测薄膜30的透气率。
进一步地，储气罐14上还连接有进气管道11和储存压力控制阀13，气流通过进气管道11经由储存压力控制阀13进入到储气罐14内，进气管道11可以与气源10连接，气源10可以采用压缩空气，通过将压缩空气持续注入储气罐14直至储存压力达到设定值。
上压板24由机械驱动机构驱动，机械驱动机构可以是电驱动的电缸或、液压驱动的液压缸或气动的气缸等机械驱动结构，例如，本实施例采用气缸22作为示例，气缸22的活塞杆23连接到上压板24上。为了保证充气座18在测试过程中的稳定性，可以将充气座18设置在工作台20上，工作台20一侧设置有支架21，支架21上设置有控制上压板24压紧/松开待测薄膜30的气缸22；气缸22上设置有连接到上压板24的活塞杆23，启动气缸22可以控制活塞杆23运动，从而带动上压板24压紧/松开工作台20上的待测薄膜30。
上述方案中，待测薄膜30设置在上压板24与充气座18之间，由于待测薄膜30具有透气性能，因此当充气座18的充气腔181内充入高于大气压的高压气体时，气体会慢慢穿过待测薄膜30表面从上压板24的排气孔241排出。
储气罐14具有储气罐进气口141和储气罐出气口142，储气罐进气口141与储存压力控制阀13连接，储气罐出气口142与排气压力控制阀15连接。储气罐进气口141位于储气罐14侧面，储气罐出气口142位于储气罐14顶部。通过储存压力控制阀13可以控制储气罐进气口141的开闭，并且对储气罐进气口141的气流压力进行精准读数。通过排气压力控制阀15可以控制储气罐出气口142的开闭，并对储气罐出气口142的气流压力进行精准读数。
上述方案中，可以在进气管道11和输气管道16上设置单向阀来避免管道内气流回流，具体地，可以在进气管道11上设置有进气管道单向阀12，进气管道单向阀12的进气口靠近气源10；在输气管道16上设置有输气管道单向阀17，输气管道单向阀17的进气口靠近排气压力控制阀15。
如图2所示，上述方案可以通过手动控制储存压力控制阀13、排气压力控制阀15以及机械驱动机构进行相应的操作，也可以采用自动控制的方式进行。自动控制主要通过控制器40完成，储存压力控制阀13、排气压力控制阀15以及机械驱动机构均由控制器40控制。该控制器40可以分为按钮区41和参数设定区42，按钮区41可以包含控制气缸的开启和关闭等按钮，参数设定区42可以包含例如：储存压力设定值、排气压力设定值以及计时器相关的压力和时间等参数。计时器与排气压力控制阀15连接，当排气压力控制阀15打开时计时器开始计时，当排气压力控制阀15关闭时计时器停止计时。计时器可以设置在控制器40内，计时器与设置在排气压力控制阀15内感应元件连接，通过感应元件感应排气压力控制阀15的开启和关闭进行开始计时和停止计时的操作，感应元件连接可以是压力感应元件或者流量感应元件。
充气腔181与输气管道16连通，充气腔181内的高压气体主要通过气源10按照以下顺序流入并进行待测薄膜30的透气率测试：气源10→进气管道11→进气管道单向阀12→储存压力控制阀13→储气罐进气口141→储气罐14→储气罐出气口142→排气压力控制阀15→输气管道16→输气管道单向阀17→充气座18→充气腔181→待测薄膜30→上压板24的排气孔241。需要注意的是，气源10内的气体并非连续通过以上各个部件，而是分为储气罐14的充气和排气两个步骤分别完成，具体的充气和排气部分下面结合该透气率测试装置的工作流程进行具体说明。
工作流程：启动气缸22，控制活塞杆23携带上压板24与充气座18分离，在充气座18上放入待测薄膜30，控制活塞杆23携带上压板24将待测薄膜30压紧到充气座18上，关闭排气压力控制阀15，开启储存压力控制阀13，从气源10向储气罐14内充入气体，当储气罐14的储存压力上升到储存压力设定值时储存压力控制阀13关闭，完成充气步骤；在充气步骤完成后，再进行排气步骤，此时打开排气压力控制阀15，通过储气罐14向充气座18排气，然后对充气座18上的待测薄膜30进行透气率测试，由于待测薄膜30具有透气性，充气腔181内的气体会逐步通过待测薄膜30进入上压板24的排气孔241内并排出到工作环境中，当储气罐14储存压力下降到排气压力设定值，关闭排气压力控制阀15，这整个过程都是排气的过程，记录下排气的时间，通过透气率K计算公式计算待测薄膜30的透气率。该工作流程中，储存压力控制阀13和排气压力控制阀15的开闭可以通过程序自动控制：当储气罐14的储存压力达到设定值时储存压力控制阀13自动关闭；在排气步骤中排气压力控制阀15开启后开始计时，当储气罐14储存压力达到设定值时，排气压力控制阀15自动关闭，并停止计时。自动控制能够自动精准的进行压力参数和时间参数的读数，使用更为方便，测试效率和测试结果可靠性都能够保证，当然，储存压力控制阀13和排气压力控制阀15的开闭也可以通过人工控制的方式进行。
上述方案中，储存压力控制阀13和排气压力控制阀15可以选用现有技术中的调压阀或溢流阀等结构，其作用是读取储气罐14的压力值并进行相应的开闭/闭合控制。进气管道单向阀12和输气管道单向阀17可以采用现有技术的止回阀，主要作用是防止气路中气流逆向流动。气缸22可以采用现有技术中采用压缩空气进行行程控制的气缸结构。
本申请还提供了一种测试方法，包含以下步骤：
准备步骤：关闭储存压力控制阀13和排气压力控制阀15，将待测薄膜30用上压板24密封固定在充气座18的口部181a，将储存压力控制阀13与气源10连接；
充气步骤：打开储存压力控制阀13，向储气罐14内充气，当压力上升到储存压力设定值，关闭储存压力控制阀13；
排气步骤：打开排气压力控制阀15并开始计时，向充气座18的充气腔181内排气，当压力下降到排气压力设定值，关闭排气压力控制阀15并停止计时；
计算步骤：按下列公式计算出待测薄膜30的透气率：K＝(P1-P2)/T，该公式中K为待测薄膜30的透气率，P1为充气步骤中储气罐14的储存压力上升到的储存压力设定值，P2为排气步骤中储气罐14储存压力下降到的排气压力设定值，T为排气步骤中排气压力控制阀15从打开到关闭经过的时间。
上述测试方法是通过读取出储气罐14储存压力从储存压力设定值下降到的排气压力设定值所用的时间，进而计算出待测薄膜30的透气率。除了这种方法以外，还可以通过计算当储气罐14储存压力下降预定的时间后的压力下降数值，进而计算计算待测薄膜30的透气率。具体的测试方法为：
准备步骤：关闭储存压力控制阀13和排气压力控制阀15，将待测薄膜30用上压板24密封固定在充气座18的口部181a，将储存压力控制阀13与气源10连接；
充气步骤：打开储存压力控制阀13，向储气罐14内充气，当压力上升到储存压力设定值，关闭储存压力控制阀13；
排气步骤：打开排气压力控制阀15并开始计时，向充气座18的充气腔181内排气，当经过测试设定时间后关闭排气压力控制阀15并停止计时，记录储气罐14此时的储存压力；
计算步骤：按下列公式计算出待测薄膜30的透气率：K＝(P1-P3)/T，该公式中K为待测薄膜30的透气率，P1为充气步骤中储气罐14的储存压力上升到的储存压力设定值，P3为排气步骤中关闭排气压力控制阀15后储气罐14的储存压力，T为排气步骤中排气压力控制阀15从打开到关闭设定的时间。
这两种测试方法在准备步骤和充气步骤是相同的，不同的是排气步骤和计算步骤。实际使用时可以根据需要选择一种测试方法进行。
上述步骤中储存压力设定值和排气压力设定值均应高于标准大气压力(标准大气压力为101.325kPa)，以保证排气过程中充气腔181内的高压气体可以持续通过待测薄膜30进入到上压板24的排气孔241内并最后进入到常压的工作环境中。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明实施例的基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种薄膜透气率测试装置，其特征在于，包括储气罐(14)、充气座(18)和上压板(24)，所述充气座(18)具有充气腔(181)，所述充气腔(181)具有用于让待测薄膜(30)蒙住的口部(181a)，所述上压板(24)用于将所述待测薄膜(30)密封固定在所述口部(181a)上，所述上压板(24)具有容所述待测薄膜30透气的镂空结构，所述储气罐(14)的出气口经排气压力控制阀(15)与所述充气腔(181)连通，所述储气罐(14)的进气口连接有储存压力控制阀(13)。
2.如权利要求1所述的一种薄膜透气率测试装置，其特征在于，所述上压板(24)由机械驱动机构驱动。
3.如权利要求2所述的一种薄膜透气率测试装置，其特征在于，所述机械驱动机构是气缸(22)，所述气缸(22)的活塞杆(23)连接所述上压板(24)。
4.如权利要求2所述的一种薄膜透气率测试装置，其特征在于，该薄膜透气率测试装置还包括控制器(40)，所述储存压力控制阀(13)、所述排气压力控制阀(15)以及所述机械驱动机构均由所述控制器(40)控制。
5.如权利要求1所述的一种薄膜透气率测试装置，其特征在于，所述口部(181a)朝上，所述上压板(24)位于所述口部(181a)上方。
6.如权利要求1所述的一种薄膜透气率测试装置，其特征在于，所述镂空结构为排布在所述上压板(24)上的排气孔(241)。
7.如权利要求1所述的一种薄膜透气率测试装置，其特征在于，所述排气压力控制阀(15)连接有计时器，当所述排气压力控制阀(15)打开时计时器开始计时，当所述排气压力控制阀(15)关闭时计时器停止计时。
8.一种薄膜透气率的测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项权利要求所述的薄膜透气率测试装置，包含如下步骤：
准备步骤：关闭所述储存压力控制阀(13)和所述排气压力控制阀(15)，将待测薄膜(30)用上压板(24)密封固定在所述充气座(18)的口部(181a)，将所述储存压力控制阀(13)与气源(10)连接；
充气步骤：打开所述储存压力控制阀(13)，向储气罐(14)内充气，当压力上升到储存压力设定值，关闭所述储存压力控制阀(13)；
排气步骤：打开所述排气压力控制阀(15)并开始计时，向所述充气座(18)的充气腔(181)内排气，当压力下降到排气压力设定值，关闭所述排气压力控制阀(15)并停止计时；
计算步骤：按下列公式计算出待测薄膜(30)的透气率：K＝(P1-P2)/T，该公式中K为待测薄膜(30)的透气率，P1为充气步骤中储气罐(14)的储存压力上升到的储存压力设定值，P2为排气步骤中储气罐(14)储存压力下降到的排气压力设定值，T为排气步骤中排气压力控制阀(15)从打开到关闭经过的时间。
9.如权利要求8所述的一种薄膜透气率的测试方法，其特征在于，所述排气步骤中，通过与所述排气压力控制阀(15)连接的计时器进行开始计时和停止计时操作；当所述排气压力控制阀(15)打开时，计时器开始计时；当所述排气压力控制阀(15)关闭时，计时器停止计时。
10.一种薄膜透气率的测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项权利要求所述的薄膜透气率测试装置，包含如下步骤：
准备步骤：关闭所述储存压力控制阀(13)和所述排气压力控制阀(15)，将待测薄膜(30)用上压板(24)密封固定在所述充气座(18)的口部(181a)，将所述储存压力控制阀(13)与气源(10)连接；
充气步骤：打开所述储存压力控制阀(13)，向储气罐(14)内充气，当压力上升到储存压力设定值，关闭所述储存压力控制阀(13)；
排气步骤：打开所述排气压力控制阀(15)并开始计时，向所述充气座(18)的充气腔(181)内排气，当经过测试设定时间后关闭所述排气压力控制阀(15)并停止计时，记录所述储气罐(14)此时的储存压力；
计算步骤：按下列公式计算出待测薄膜(30)的透气率：K＝(P1-P3)/T，该公式中K为待测薄膜(30)的透气率，P1为充气步骤中储气罐(14)的储存压力上升到的储存压力设定值，P3为排气步骤中关闭所述排气压力控制阀(15)后储气罐(14)的储存压力，T为排气步骤中排气压力控制阀(15)从打开到关闭设定的时间。
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