CN209311290U - 一种痕量氧气透过率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种痕量氧气透过率测试装置，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，渗透下腔的排气管路上设有氧传感器，渗透下腔的进气管路上设有阀门I，渗透下腔的排气管路上设有阀门II、阀门III，渗透下腔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。本实用新型对渗透过试样的微量氧气进行富集，富集到传感器的检测限或更高的范围时，再将渗透过试样的氧气送至氧传感器进行分析。

Description

一种痕量氧气透过率测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种痕量氧气透过率测试装置，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；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。

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，一个气孔与氧气气源相连接，另一个气孔为排空口，氧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。试验时渗透上腔有持续额定流速的氧气流过，渗透下腔有持续额定流速的高纯氮气流过，由于试样两侧存在氧气浓度差，所以氧气分子会渗透穿过试样到达渗透下腔，透到渗透下腔的氧气分子将被流动的高纯氮气携带至氧气传感器，氧气传感器产生信号的大小与渗透到下腔氧气量成正比，通过对单位时间内氧气信号变化量的计算，就可得到试样氧气透过率等指标。

然而对于中低阻隔和一部分高阻隔材料而言，传统氧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，传统氧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，这是因为氧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氧气量是极其微量的，氧传感器无法对极其微量的氧进行识别，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；要想提高氧传感器的检测限，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氧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^-5ml/m2.d，而传统氧气透过率测试技术的检出限通常为10^-2-10^-3 ml/m2.d，距离测试需求还有2-3个数量级差距，由此可见，传统氧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。

发明内容

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

为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种痕量氧气透过率测试装置，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，渗透下腔的排气管路上设有氧传感器，渗透下腔的进气管路上设有阀门I，渗透下腔的排气管路上设有阀门II、阀门III，渗透下腔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端与载气气源相连通，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端与氧传感器相连通，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的进气端与载气气源相连通，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端与氧传感器相连通，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，渗透下腔的进气口与阀门I之间设有抽真空管路，真空泵通过抽真空管路上的阀门与渗透下腔相连通。

进一步的，渗透上腔的进气管与氧气气源相连通，排气管与大气连通，渗透下腔的进气管与氮气气源相连通，排气管与氧传感器连通。

进一步的，所述阀门I、II、III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，完成对渗透过试样的微量氧气进行富集，达到传感器的检测限或者更高的范围时，再将渗透过试样的氧气送至氧传感器进行分析，可有效避免测试高阻隔材料时由于氧气浓度打不到氧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。为了加快测试速度，可以增加抽真空管路，加快氧气富集的过程，加快测试进程。

附图说明

图1为实施例1所述痕量氧气透过率测试装置的结构示意图；

图2为实施例2所述痕量氧气透过率测试装置的结构示意图；

图3为实施例3所述痕量氧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、氧气气源，8、氮气气源，9、阀门I，10、阀门II，11、阀门III，12、阀门IV，13、氧传感器，14、试样，15、抽真空阀门，16、真空泵。

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氧气透过率测试装置，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，渗透上腔1的进气管3与氧气气源7相连通，排气管4与大气相连通，渗透下腔2的进气管5与氮气气源8相连通，渗透下腔2的排气管6上设有氧传感器13。

为了实现富集，渗透下腔2的进气管5上设有控制进气管路通断的阀门I9，渗透下腔2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6上的气体是否流向氧传感器13排出的阀门III11，进气管路5和排气管路6之间通过阀门I、II实现通断。

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8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端与氧传感器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。

工作时，试样14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1为流动的氧气，渗透下腔2的高纯氮气经由阀门I9的ac和阀门II10的ca到阀门III11的ab排空。 阀门III11的作用是为了保护氧传感器不受高浓度氧的冲击，以提高氧传感器的使用寿命，高浓度氧多是因为装夹试样时封入了空气所致，保持此状态使高浓度氧吹扫殆尽。

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ac、渗透下腔2、阀门II10的ca、阀门III11的ac进入氧传感器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I9的ab、阀门II10的ba、阀门III11的ac到达氧传感器13，此时氧传感器13测试是高纯氮中氧气，即为零点测试。

保持富集零点测试状态，在试样两侧氧浓度差的作用下，氧气从试样14的高浓度侧向低浓度侧渗透，渗透过试样14的氧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的氧气含量将会越来越高，富集时间根据试样的渗透速率而定，以确保渗透过的氧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氧气透过率的值。

实施例2

如图2所示，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8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端与氧传感器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的测试过程如下：

1、旁路：试验时阀门I9、阀门II10打开，阀门III11的ac导通，阀门IV12关闭，渗透上腔1为流动的氧气，渗透下腔2的高纯氮气经由阀门I9和阀门II10到阀门III11的ab排空。旁路的作用是为了保护氧传感器13不受高浓度氧的冲击，以提供氧传感器13的使用寿命，高浓度氧多是因为装夹试样时封入了空气所致，保持此状态使高浓度氧吹扫殆尽。

、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进入氧传感器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I1、渗透下腔2、阀门II2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到达氧传感器13，此时氧传感器13测试是高纯氮中氧气，即为零点测试。

、富集等待。保持富集零点测试状态，在试样14两侧氧浓度差的作用下，氧气从试样14的高浓度侧向低浓度侧渗透，渗透过试样14的氧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的氧气含量将会越来越高，富集时间根据试样的渗透速率而定，以确保渗透过的氧气含量可完全进入氧传感器的有效检测范围。记录此时氧传感器13的零点值为Z0。再根据氧传感器的值计算氧气透过率的值。

、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

如图3所示，本实施例在实施例2所述测试装置的基础上增加了真空泵16与相应的两通抽真空阀门15，真空泵16在富集等待的过程中对密封腔室V1进行抽真空，在试样两侧形成了较大的浓度差，氧气从试样的高浓度侧向低浓度侧快速渗透，渗透过试样14的氧气分子将在密封腔室V1中得到富集。由于真空泵的存在，实现了对微量气体进行快速富集。其他过程同实施例2相同。

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。

Claims (7)

1.一种痕量氧气透过率测试装置，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，渗透下腔的排气管路上设有氧传感器，其特征在于：渗透下腔的进气管路上设有阀门I，渗透下腔的排气管路上设有阀门II、阀门III，渗透下腔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。

2.根据权利要求1所述的痕量氧气透过率测试装置，其特征在于：所述阀门I、II、III均为三通阀，阀门I的a端与载气气源相连通，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端与氧传感器相连通，阀门I的b端与阀门II的b端相连通，阀门III的b端排空。

3.根据权利要求1所述的痕量氧气透过率测试装置，其特征在于：所述阀门I、II为两通阀，阀门III为三通阀，阀门I的进气端与载气气源相连通，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端与氧传感器相连通，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。

4.根据权利要求3所述的痕量氧气透过率测试装置，其特征在于：所述阀门IV为两通阀。

5.根据权利要求2或3所述的痕量氧气透过率测试装置，其特征在于：渗透下腔的进气口与阀门I之间设有抽真空管路，真空泵通过抽真空管路上的阀门与渗透下腔相连通。

6.根据权利要求1所述的痕量氧气透过率测试装置，其特征在于：渗透上腔的进气管与氧气气源相连通，排气管与大气连通，渗透下腔的进气管与氮气气源相连通，排气管与氧传感器连通。

7.根据权利要求1所述的痕量氧气透过率测试装置，其特征在于：所述阀门I、II、III为四通阀、六通阀或气缸阀门。