CN113466080B - 一种批量蒸发率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种批量蒸发率测试装置，属于分析仪器技术领域，包括工作台，所述工作台上分布有至少两组蒸发率测试机构，所述蒸发率测试机构包括载物台，所述载物台上设置有测试盒和罩于测试盒外侧的收集罩；所述测试盒具有用于容纳测试样品的腔体，所述测试盒上设置有用于密封/打开所述腔体的盒盖，所述测试盒一侧设置有用于抽空腔体的抽气单元，所述蒸发率测试机构的载物台下方设置有称重单元。上述批量蒸发率测试装置通过抽气单元将各组测试盒内的空气抽空，然后同时打开测试盒的盒盖，使各组测试样品同时与空气接触，通过称重单元对测试样品与空气接触后发热过程中损失的重量计算蒸发率，从而提高测试结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种批量蒸发率测试装置，属于分析仪器技术领域。
背景技术
自发热材料，是一种利用化学发热剂与氧气接触，进而产生化学反应产生水放出热量的材料，其中水分通常在发热过程中变成水蒸气逸散到环境中。自发热材料由于简单制作、方便携带、价格低廉以及使用方便而受到广泛应用，在寒冷地带以及野外作业的人群中更受欢迎。自发热材料是通过化学发热剂与氧气接触，产生化学反应而发热，由于采用不同的发热剂以及发热剂同氧接触程度不同，发热的快慢、发热温度、发热持续时间、贮存期和贮存时间等也各不相同。
目前市面上的自发热产品为了控制发热剂与氧气接触速率，通常采用透气膜将发热剂进行封装，利用透气膜的透气性控制发热剂的发热速度。由于透气膜的性能难以直接测试，因此可以检测自发热产品发热过程中重量的减少量，或者检测发热剂与空气中氧气接触后向外逸散水蒸气的重量，来间接测试自发热产品中透气膜的透气性能。为此，设计一种用于自发热产品的蒸发率测试装置，对检测和验证透气膜的透气性，具有重要意义。
发明内容
为此，本发明提供了一种批量蒸发率测试装置，通过抽气单元将测试盒内的腔体抽空，从而隔绝测试样品与空气中的氧气接触，在测试时同时打开测试盒的盒盖开始测试，提高多组测试样品蒸发率测试结果的可靠性，进而对透气膜的性能进行验证。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种批量蒸发率测试装置，包括工作台，所述工作台上分布有至少两组蒸发率测试机构，所述蒸发率测试机构包括载物台，所述载物台上设置有测试盒和罩于测试盒外侧的收集罩；所述测试盒具有用于容纳测试样品的腔体，所述测试盒上设置有用于密封/打开所述腔体的盒盖，所述测试盒一侧设置有用于抽空腔体的抽气单元，所述蒸发率测试机构的载物台下方设置有称重单元。
作为上述方案的改进，所述测试盒下方设置有外部温度传感器。
作为上述方案的改进，所述载物台上开设有用于容纳外部温度传感器的载物台通孔。
作为上述方案的改进，所述测试盒的腔体具有腔体侧边，所述腔体侧边与盒盖之间设置有盒盖密封圈。
作为上述方案的改进，所述收集罩具有收集腔，所述收集罩底部具有开口，所述开口向收集腔内延伸形成翻边。
作为上述方案的改进，所述测试盒一侧设置有盒盖翻转电机，所述盒盖翻转电机与盒盖之间通过电机轴连接。
作为上述方案的改进，所述工作台呈圆形台面结构，所述工作台上沿圆周方向均匀分布有三组蒸发率测试机构，所述工作台中心具有转动支架，所述转动支架上设置有用于夹放和升降每组蒸发率测试机构中收集罩的夹爪。
作为上述方案的改进，所述工作台上相邻蒸发率测试机构之间的位置也设置有称重单元。
作为上述方案的改进，所述工作台一侧设置有控制器，所述抽气单元、盒盖翻转电机、转动支架、外部温度传感器和称重单元均由控制器控制。
作为上述方案的改进，所述盒盖翻转电机连接有计时器；当抽气单元抽空各组蒸发率测试机构中测试盒内的空气后，各组蒸发率测试机构中的盒盖翻转电机同时打开盒盖并开始计时，当间隔的设定时间后，记录各组蒸发率测试机构中称重单元的重量数据以及外部温度传感器的温度数据。
本发明提供的批量蒸发率测试装置针对例如暖宝宝(也叫作暖贴)这类自发热产品进行蒸发率测试时，一旦将作为测试样品的自发热产品暴露到空气中，测试样品将立即开始发热，而如何统一多组测试样品开始发热的时间，则成为限制多组测试样品进行测试时的结果可靠性的瓶颈；本申请针对该问题设计了一种带有抽气单元的测试盒，通过抽气单元将各组测试盒内的空气抽空，测试盒的盒盖盖合时能够将测试样品密封，然后同时打开测试盒的盒盖，使各组测试样品同时与空气接触，通过称重单元对测试样品与空气接触后发热过程中损失的重量计算蒸发率，最后平均各测试样品的测试结果，从而提高蒸发率测试结果的可靠性，进而对透气膜的性能进行验证。
附图说明
图1为本发明中一种批量蒸发率测试装置中蒸发率测试机构的结构示意图；
图2为本发明中一种批量蒸发率测试装置中测试盒密封时的内部结构示意图；
图3为图2的测试盒从上方观察的示意图；
图4为本发明中一种批量蒸发率测试装置中测试盒打开时的结构示意图；
图5为本发明中一种批量蒸发率测试装置中测试盒的内部温度传感器安装位置的示意图；
图6为本发明中一种批量蒸发率测试装置的结构示意图；
图7为本发明中一种批量蒸发率测试装置的圆形台面结构的工作台的示意图；
图8为本发明中一种批量蒸发率测试装置的称重单元位置示意图；
图9为本发明中一种批量蒸发率测试装置的控制器的示意图。
图中：10-测试盒，11-盒盖，12-盒盖密封圈，13-抽气单元，14-盒盖翻转电机，15-电机轴，16-腔体，17-传感器密封套，20-外部温度传感器，21-内部温度传感器，30-收集罩，31-收集腔，32-开口，33-翻边，40-载物台，41-载物台通孔，50-夹爪，52-转动支架，60-称重单元，70-工作台，80-控制器，81-按钮区，82-数据显示区，90-测试样品，161-腔体侧边，331-收集槽。
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”、“内”、“外”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、图6所示，本发明提供了一种批量蒸发率测试装置，包括工作台70，工作台70上分布有至少两组蒸发率测试机构，蒸发率测试机构包括载物台40，载物台40上设置有测试盒10和罩于测试盒10外侧的收集罩30；测试盒10具有用于容纳测试样品90的腔体16，测试盒10上设置有用于密封/打开腔体16的盒盖11，测试盒10一侧设置有用于抽空腔体16的抽气单元13，蒸发率测试机构的载物台40下方设置有称重单元60。
如图2、图3、图4所示，测试盒10的盒盖11在盖合后能够实现腔体16的封闭，通过抽气单元13可以对封闭后的腔体16内的空气抽出，从而使作为测试样品90的自发热产品隔绝空气，使测试样品90处于不发热状态。为了提高腔体16的盒盖11在盖合后的密封性能，测试盒10的腔体16具有腔体侧边161，腔体侧边161与盒盖11之间设置有盒盖密封圈12。盒盖密封圈12能够使盒盖11盖合后腔体16的密封性更好。测试盒10一侧设置有盒盖翻转电机14，盒盖翻转电机14与盒盖11之间通过电机轴15连接，盒盖翻转电机14可以在启动后带动电机轴15转动，从而实现盒盖11的打开。在有多组蒸发率测试机构时可以控制每个测试盒10的翻转电机14同时启动，从而实现每组蒸发率测试机构的盒盖11同时打开。
测试盒10的腔体16的尺寸可以是固定的，也可以根据不同测试样品90的尺寸进行适应性调节，从而能够匹配不同规格的自发热产品。
抽气单元13可以采用抽气泵和抽气管路组合的结构，通过抽气泵对腔体16进行抽空，当有多组蒸发率测试机构时，可以通过抽气泵将每组蒸发率测试机构的测试盒10的腔体16都抽空，从而使每组蒸发率测试机构中的测试样品90都处于隔绝空气的状态，为每组蒸发率测试机构的测试样品90同时开始测试做准备。
收集罩30罩设于测试盒10外侧，收集罩30具有收集腔31，收集罩30底部具有开口32，开口32向收集腔31内延伸形成翻边33。翻边33的作用是阻挡收集罩30内壁收集的水蒸气液化的液滴继续向下流动，避免液滴滴落到载物台40上。为了提高翻边33对液滴的止挡效果，可以在翻边33上开设收集槽331，通过收集槽331对液滴进行收集。
如图1、图5所示，载物台40的作用是支撑测试盒10和收集罩30，为了对测试盒10内的测试样品90的发热温度进行检测，可以在测试盒10内部或外部设置温度传感器，比如可以是伸入测试盒10的腔体16内部的内部温度传感器21，或者是直接设置在测试盒10下方的外部温度传感器20。当采用内部温度传感器21对测试样品90的发热温度进行检测时，需要在内部温度传感器21与测试盒10侧壁之间设置传感器密封套17，通过传感器密封套17保证测试盒10的腔体16密封性能，采用内部温度传感器21的优点是能够直接对测试盒10内的测试样品90的温度进行检测，温度测试结果更为精确，但是测试盒10移动时需要拆掉内部温度传感器21，拆卸较为不便。当采用外部温度传感器20对测试样品90的发热温度进行检测时，需要在载物台40上开设用于容纳外部温度传感器20的载物台通孔41，采用外部温度传感器20的优点是不会影响测试盒10的腔体16的密封性能，并且不受测试盒10更换的影响，但是由于外部温度传感器20设置在测试盒10外部，因此对测试样品90的温度感知有一定误差。对于本申请的批量蒸发率测试装置来说，由于设置有多组蒸发率测试机构，可以选择使用更为方便的外部温度传感器20。
如图6所示，工作台70上分布有至少两组蒸发率测试机构，比如可以是三组并列设置的蒸发率测试机构、或三组沿圆周方向分布的蒸发率测试机构。如图7所示，工作台70呈圆形台面结构，工作台70上沿圆周方向均匀分布有三组蒸发率测试机构，工作台70中心具有转动支架52，转动支架52上设置有用于夹放和升降每组蒸发率测试机构中收集罩30的夹爪50。转动支架52可以沿工作台70中心转动，并且转动支架52可以带动夹爪50在竖直方向上进行升降，当转动支架52转动时，转动支架52也将携带夹爪50进行转动，夹爪50可以夹紧或松开收集罩30，夹爪50可以独立控制收集罩30的升降，也可以通过转动支架52控制夹爪50的升降来间接控制收集罩30的升降。
如图8所示，采用圆形台面结构的工作台70可以方便转动支架52的转动，工作台70上相邻蒸发率测试机构之间的位置也设置有称重单元60，转动支架52可以带动夹爪50夹持收集罩30转动到相邻蒸发率测试机构之间的称重单元60上进行收集罩30的称重。
如图6、图9所示，工作台70一侧设置有控制器80，抽气单元13、盒盖翻转电机14、转动支架52、外部温度传感器20和称重单元60均由控制器80控制。控制器80可以分为按钮区81和数据显示区82，按钮区81可以包含抽气单元13启停、盒盖翻转电机14启停、转动支架52和夹爪50动作控制的按钮，数据显示区82可以包含温度数据显示、重量数据显示、测试时间数据显示等。
盒盖翻转电机14连接有计时器；当抽气单元13抽空各组蒸发率测试机构中测试盒10内的空气后，各组蒸发率测试机构中的盒盖翻转电机14同时打开盒盖11并开始计时，当间隔的设定时间后，记录各组蒸发率测试机构中称重单元60的重量数据以及外部温度传感器20的温度数据。具体测试方法包含以下步骤：
准备步骤：单独称量测试样品90的初始重量A0和收集罩30的初始重量B0，控制抽气单元13抽空各组蒸发率测试机构中测试盒10内的空气，记录各组蒸发率测试机构中称重单元60的初始重量数据W0，然后转动支架52夹持收集罩30悬停于载物台40上方，使收集罩30与载物台40之间保留一定的缝隙，确保测试样品90在测试过程中有新鲜空气持续进入收集罩30内；
测试开始：各组蒸发率测试机构中的盒盖翻转电机14同时打开盒盖11并开始计时，同时记录各组蒸发率测试机构中称重单元60的重量数据W1以及外部温度传感器20的温度数据T1；
中间数据采集：当间隔一定时间t后，记录各组蒸发率测试机构中称重单元60的重量数据W2以及外部温度传感器20的温度数据T2，控制转动支架52夹持收集罩30下落到载物台40上方并松开夹爪50，记录蒸发率测试机构中称重单元60的重量数据W2'，随后控制转动支架52夹持收集罩30再次悬停到载物台40上方；
数据分析：测试样品90的单位时间t内重量损失为W1-W2，单位时间t内水分的减少量为W2'-W2-B0，单位时间t内温度变化为T2-T1。单位时间t内测试样品90的重量损失率为K1＝(W1-W2)/A0；测试样品90的水分蒸发率K2＝(W2'-W2-B0)/A0。
上述数据分析得到的测试样品90的重量损失率为K1可以直接作为最终的蒸发率测试结果，因为测试样品90的重量损失主要就是发热过程中发热剂与空气中氧气发生化学反应产生水并放出热量，因此测试样品90的重量损失主要是水分因发热而逸散到环境中损失的。由于测试样品90发热时会有部分水蒸气逸散到环境中，因此通过检测收集罩30收集的水蒸气液滴的重量是少于测试样品90损失的重量，但通过比对水分蒸发率K2和重量损失率为K1的变化曲线，可以更为直观的对测试样品90中透气膜的性能进行测试。
重复上述中间数据采集步骤，通过控制器80进行数据分析，绘制测试样品90发热过程中的重量损失曲线，发热过程中测试样品90内水分减少的曲线，以及测试样品90的温度变化曲线，通过各个曲线即可间接分析出透气膜的透气性能，如果在测试样品90发热过程中重量损失率为K1和水分蒸发率K2的曲线斜率能够保持相对稳定，则能够验证测试样品90中透气膜的在发热过程中的透气性能也是稳定的。
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)
1.一种批量蒸发率测试装置，包括蒸发率测试机构，所述蒸发率测试机构包括载物台(40)和测试盒(10)，所述测试盒(10)具有用于容纳测试样品(90)的腔体(16)，所述测试盒(10)上设置有用于密封/打开所述腔体(16)的盒盖(11)，所述蒸发率测试机构的载物台(40)下方设置有称重单元(60)，其特征在于：还包括工作台(70)，所述工作台(70)上分布有至少两组所述蒸发率测试机构，所述测试盒(10)设置于所述载物台(40)上，所述载物台还设置有罩于所述测试盒(10)外侧的收集罩(30)，所述测试盒(10)一侧设置有用于抽空腔体(16)的抽气单元(13)；
所述测试样品为自发热产品，通过抽气单元将各组测试盒内的空气抽空，测试盒的盒盖盖合将测试样品密封，然后同时打开测试盒的盒盖，使各组测试样品同时与空气接触，通过称重单元对测试样品与空气接触后发热过程中损失的重量计算蒸发率，最后平均各测试样品的测试结果。
2.如权利要求1所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述测试盒(10)下方设置有外部温度传感器(20)。
3.如权利要求2所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述载物台(40)上开设有用于容纳外部温度传感器(20)的载物台通孔(41)。
4.如权利要求1所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述测试盒(10)的腔体(16)具有腔体侧边(161)，所述腔体侧边(161)与盒盖(11)之间设置有盒盖密封圈(12)。
5.如权利要求1所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述收集罩(30)具有收集腔(31)，所述收集罩(30)底部具有开口(32)，所述开口(32)向收集腔(31)内延伸形成翻边(33)。
6.如权利要求1所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述测试盒(10)一侧设置有盒盖翻转电机(14)，所述盒盖翻转电机(14)与盒盖(11)之间通过电机轴(15)连接。
7.如权利要求6所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述工作台(70)呈圆形台面结构，所述工作台(70)上沿圆周方向均匀分布有三组蒸发率测试机构，所述工作台(70)中心具有转动支架(52)，所述转动支架(52)上设置有用于夹放和升降每组蒸发率测试机构中收集罩(30)的夹爪(50)。
8.如权利要求7所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述工作台(70)上相邻蒸发率测试机构之间的位置也设置有称重单元(60)。
9.如权利要求7所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述工作台(70)一侧设置有控制器(80)，所述抽气单元(13)、盒盖翻转电机(14)、转动支架(52)、外部温度传感器(20)和称重单元(60)均由控制器(80)控制。
10.如权利要求9所述的一种批量蒸发率测试装置，其特征在于，所述盒盖翻转电机(14)连接有计时器；当抽气单元(13)抽空各组蒸发率测试机构中测试盒(10)内的空气后，各组蒸发率测试机构中的盒盖翻转电机(14)同时打开盒盖(11)并开始计时，当间隔的设定时间后，记录各组蒸发率测试机构中称重单元(60)的重量数据以及外部温度传感器(20)的温度数据。
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