CN107991219A - 一种水汽透过率测定仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水汽透过率测定仪，包括测试装置和传感器；测试装置设有测试腔，测试腔包括连通的上部腔和下部腔；上部腔设有测试气体进口和测试气体出口，下部腔设有载气进口和载气出口；传感器包括外壳和传感元件，外壳与载气出口连通，传感元件设置在外壳内；传感元件包括载体、正极金属丝和负极金属丝；正极金属丝和负极金属丝上均覆盖有五氧化二磷涂层；正极金属丝和负极金属丝相互间隔缠绕在载体上。该测定仪结构简单，传感器的正极金属丝和负极金属丝上均附着有五氧化二磷涂层，当五氧化二磷吸收水分后，金属丝的电阻改变，流过的电流也随之改变，通过电流的测量，可以测出载气里的水分含量，灵敏度提高，测试准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及水汽透过率测试技术领域，尤其涉及一种水汽透过率测定仪。
背景技术
包装的阻隔性能主要是指包装材料对气体、液体等渗透物的阻隔作用。阻隔性能检测包括对气体(氧气、氮气、二氧化碳等)与水蒸气透过性能检测这两类。水蒸气透过量表示在一定的时间、一定的温度和湿度条件下，水蒸气透过材料的重量。电解法水蒸气透过率测试仪适用于塑料薄膜、复合膜等膜、片状材料及塑料、橡胶、纸质等材料的瓶、袋等包装容器的水蒸气透过率的测定。通过对水蒸气透过率的测定，达到控制与调节包装材料等产品的技术指标。
水汽透过率测定仪的方法一般有：电解法、红外法、杯式增重法和杯式减重法这四种，其中，电解法的精度一般较另外三种检测方法高。
电解法水蒸气透过率测试仪的测试原理一般如下：具有稳定相对湿度的氮气在薄膜的一侧流动，干燥氮气在薄膜的另一侧流动；由于湿度梯度的存在，水蒸气会从高湿侧穿过薄膜扩散到低湿侧；在低湿侧，透过的水蒸气被流动的干燥氮气携带至传感器，进入传感器时会产生同比例的电信号，通过对传感器电信号的分析计算，从而得出试样的水蒸气透过率等参数。对于包装容器而言，干燥氮气则在容器内流动，容器外侧处于高湿状态。
但是，现有的电解法水蒸气透过率测试仪存在以下缺陷：灵敏度较低，测试结果精度不高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水汽透过率测定仪，该测定仪结构简单，传感器的正极金属丝和负极金属丝上均附着有五氧化二磷涂层，当五氧化二磷吸收水分后，金属丝的电阻改变，流过的电流也随之改变，通过电流的测量，可以测出载气里的水分含量，五氧化二磷吸水性强，极易潮解，使得整个装置的灵敏度大大提高，测试准确度高。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种水汽透过率测定仪，包括测试装置和传感器；所述测试装置设置有测试腔，所述测试腔包括连通的上部腔和下部腔；所述上部腔设置有测试气体进口和测试气体出口，所述下部腔设置有载气进口和载气出口；所述传感器包括外壳、传感元件和电源，所述外壳与所述载气出口连通，所述传感元件设置在所述外壳内；所述传感元件包括载体、正极金属丝和负极金属丝；所述正极金属丝和所述负极金属丝上均覆盖有五氧化二磷涂层；所述正极金属丝和所述负极金属丝相互间隔缠绕在所述载体上；所述电源的正极与所述正极金属丝连接，所述电源的负极与所述负极金属丝连接。
进一步地，所述载体为石英管；所述正极金属丝和所述负极金属丝均为铂丝。
进一步地，所述测试装置包括：顶壳、上盖、下盖、至少一个第一弹性件、弹扣和加力螺栓；所述顶壳上设置有第一螺栓孔，所述顶壳盖设在所述上盖的顶部；所述第一弹性件设置在所述顶壳和所述上盖之间，所述第一弹性件的上端与所述顶壳连接，所述第一弹性件的下端与所述上盖连接；所述上盖设置有第二螺栓孔和安装孔；所述上部腔设置在所述上盖的底部；所述加力螺栓依次穿过所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔与所述顶壳和所述上盖连接；所述下盖上设置有卡接孔；所述下部腔设置在所述下盖的顶部；所述下盖铰接在所述上盖的下方，所述上部腔和所述下部腔上下匹配相对；所述弹扣穿过所述安装孔和所述卡接孔，使得所述上盖和所述下盖卡接；按压所述弹扣，所述弹扣脱离所述卡接孔，使得所述上盖和所述下盖分离。
进一步地，还包括第二弹性件；所述弹扣包括按压件和卡接件，所述卡接件设置在所述按压件的下方；所述顶壳的侧壁上设置有缺口，所述顶壳与所述上盖之间设置有置放腔，所述缺口、所述置放腔和所述安装孔连通；所述弹扣设置在所述置放腔内，所述按压件向外穿出所述缺口，所述卡接件向下穿过所述安装孔；所述第二弹性件设置在所述置放腔内，所述第二弹性件的一端与所述置放腔的内壁连接，其另一端与所述弹扣连接。
进一步地，还包括密封圈，所述密封圈设置在所述上盖的底部，所述密封圈包设在所述上部腔的四周。
进一步地，所述上盖和所述下盖通过转轴铰接，所述下盖设置有转轴支撑座。
进一步地，所述第一弹性件的数量为四个，四个所述第一弹性件呈四方形阵列设置。
进一步地，还包括导向柱，所述导向柱设置在所述顶壳和所述上盖之间，所述第一弹性件套设在所述导向柱外。
进一步地，所述顶壳为塑料顶壳；所述上盖和所述下盖均为不锈钢盖体。
进一步地，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为弹簧。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明所提供的水汽透过率测定仪，该测定仪结构简单，传感器的正极金属丝和负极金属丝上均附着有五氧化二磷涂层，测试时，正负两极的电压固定不变。当载有水分的载气经过载体时，五氧化二磷吸收水分后，金属丝的电阻改变，流过的电流也随之改变。根据法拉第电解电律，该电流与载气里的水分成正比关系。所以，在已知载气流速的情况下，通过电流的测量，可以测出载气里的水分含量。由于是对水分子进行电解，且五氧化二磷的吸水性强(它与冷水生成偏磷酸，与热水主要生成正磷酸)，整个装置的灵敏度大大提高，精度可达0.0002g/(m2·24h)，测试准确度高，适合对高阻隔材料的检测，经过标定检测结果与红外法等效，该传感器比红外法更经济；不适合低阻隔材料的检测，因为传感器的保养要求较高。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的水汽透过率测定仪的示意图；
图2为本发明实施例所提供的传感元件的示意图；
图3为现有技术中测试装置的示意图；
图4为本发明实施例所提供的测试装置的示意图。
图中：10、上盖；11、上部腔；12、测试气体进口；13、测试气体出口；20、下盖；21、下部腔；22、载气进口；23、载气出口；30、紧固螺栓；40、顶壳；50、加力螺栓；60、按压件；61、卡接件；62、第二弹性件；70、密封圈；80、转轴；81、转轴支撑座；90、传感器；100、传感元件；101、载体；102、正极金属丝；103、负极金属丝；104、五氧化二磷涂层；110、测试样品。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-2所示，一种水汽透过率测定仪，包括测试装置和传感器90；测试装置设置有测试腔，测试腔包括连通的上部腔11和下部腔21；上部腔11设置有测试气体进口12和测试气体出口13，下部腔21设置有载气进口22和载气出口23；传感器90包括外壳、传感元件100和电源，外壳与载气出口23连通，传感元件100设置在外壳内；传感元件100包括载体101、正极金属丝102和负极金属丝103；正极金属丝102和负极金属丝103上均覆盖有五氧化二磷涂层104；正极金属丝102和负极金属丝103相互间隔缠绕在载体101上；电源的正极与正极金属丝102连接，电源的负极与负极金属丝103连接。
进行测试时，测试样品110夹紧在上部腔11和下部腔21之间，测试气体在上部腔11流通，载气在下部腔21流通，并最终通过传感器90后流到外界，当载气经过传感器90时，正极金属丝102和负极金属丝103上的五氧化二磷涂层104会吸收载气夹带的水分。
作为优选的实施方式，载体101为石英管；正极金属丝102和负极金属丝103均为铂丝。石英耐高温，耐腐蚀，尤其是在高温下的化学稳定性是其他任何工程材料都无法比拟的；此外，石英的绝缘性好，其电阻值相当于普通玻璃的一万倍，是极好的电绝缘材料，即使在高温下也具有良好的绝缘性能。铂丝化学性质极稳定，不溶于强酸强碱，在空气中不氧化。
如图3所示，为现有技术中包装材料透过率的测试装置示意图，测试装置的上盖10和下盖20是完全通过顶部紧固螺栓30进行压紧的，操作不便利，拆装费力，并且容易出现上盖10和下盖20连接不紧密的现象，导致漏气，影响测试结果的准确性。
为了避免现有技术的不足，如图4所示，本发明提供了一种用于包装材料透过率的测试装置，包括：顶壳40、上盖10、下盖20、至少一个第一弹性件、弹扣和加力螺栓50；顶壳40上设置有第一螺栓孔，顶壳40盖设在上盖10的顶部；第一弹性件设置在顶壳40和上盖10之间，第一弹性件的上端与顶壳40连接，第一弹性件的下端与上盖10连接；上盖10设置有第二螺栓孔和安装孔；上盖10的底部向上凹陷形成上部腔11；加力螺栓50依次穿过第一螺栓孔和第二螺栓孔与顶壳40和上盖10连接；下盖20上设置有卡接孔；下盖20的顶部向下凹陷形成下部腔21；下盖20铰接在上盖10的下方，上部腔11和下部腔21上下匹配相对；弹扣穿过安装孔和卡接孔，使得上盖10和下盖20卡接；按压弹扣，弹扣脱离卡接孔，使得上盖10和下盖20分离。
本发明实施例所提供的测试装置，设置有弹扣和加力螺栓50，往下按压上盖10，使得弹扣进入下盖20的卡接孔内，上盖10和下盖20实现了卡接；接着，再通过往下拧紧加力螺栓50，由于顶壳40与上盖10之间设置有第一弹性件，再第一弹性件和加力螺栓50的作用下，上盖10不断往下盖20靠近，使得上盖10与下盖20紧密相接，保证上部腔11和下部腔21组合形成的测试腔密封性好，不会产生漏气现象，保证测试结果准确性。该测试装置，通过弹扣和加力螺栓50的联合作用，操作简便，省力省时。
作为优选的实施方式，测试装置还包括第二弹性件62；弹扣包括按压件60和卡接件61，卡接件61设置在按压件60的下方；顶壳40的侧壁上设置有缺口，顶壳40与上盖10之间设置有置放腔，缺口、置放腔和安装孔连通；弹扣设置在置放腔内，按压件60向外穿出缺口，卡接件61向下穿过安装孔；第二弹性件62设置在置放腔内，第二弹性件62的一端与置放腔的内壁连接，其另一端与弹扣连接。往下压下盖20时，卡接件61进入下盖20的卡接孔内，卡接件61的卡勾钩住卡接孔的上缘，实现了上盖10和下盖20的连接；当需要上盖10和下盖20分离时，往内按压按压件60，第二弹性件62被压缩，卡接件61后移，卡接件61的卡勾脱离卡接孔的限制，卡接件61脱离卡接孔，上盖10和下盖20分离。
作为优选的实施方式，测试装置还包括密封圈70，密封圈70设置在上盖10的底部，密封圈70包设在上部腔11的四周。密封圈70使得上部腔11和下部腔21的连接密封性好，它们组成的测试腔不会出现漏气现象，保证测试结果的准确性。
作为优选的实施方式，上盖10设置有与上部腔11连通的测试气体进口12和测试气体出口13；下盖20设置有与下部腔21连通的载气进口22和载气出口23。当进行测试时，测试样品110在上部腔11和下部腔21之间，测试样品110的上方(即上部腔11)内流通有测试气体，而测试样品110的下方(即下部腔21)内流通有载气，确保上部腔11和下部腔21的压强一致，避免测试样品110在压力差的作用下出现破裂的现象，导致测试失败；或者，避免在压力差的作用下，影响了测试气体正常透过测试样品110，导致测试结果的不准确。
作为优选的实施方式，上盖10和下盖20通过转轴80铰接，下盖20设置有转轴支撑座81。通过转轴80连接，结构简单，操作简便，弹扣从下盖20释放后，上盖10即可顺利相对下盖20翻起；转轴支撑座81设在下盖20底部，结构稳定性好。
作为优选的实施方式，第一弹性件的数量为四个，四个第一弹性件呈四方形阵列设置。四个第一弹性件共同作用，确保受力的均匀，使得上盖10平稳往下盖20紧压，连接密封性好。
作为优选的实施方式，测试装置还包括导向柱，导向柱设置在顶壳40和上盖10之间，第一弹性件套设在导向柱外。导向柱确保下盖20的下降路径不跑偏，使得上部腔11和下部腔21实现精确相对，组成预设的测试腔，确保测试顺利。
作为优选的实施方式，顶壳40为塑料顶壳40，美观大方，生产简易。
作为优选的实施方式，上盖10和下盖20均为不锈钢盖体，坚固不生锈，使用寿命长。
作为优选的实施方式，第一弹性件和第二弹性件62均为弹簧，结构简单，生产成本低。
本发明实施例所提供的水汽透过率测定仪，该测定仪结构简单，传感器90的正极金属丝102和负极金属丝103上均附着有五氧化二磷涂层104，测试时，正负两极的电压固定不变。当载有水分的载气经过载体101时，五氧化二磷吸收水分后，金属丝的电阻改变，流过的电流也随之改变。根据法拉第电解电律，该电流与载气里的水分成正比关系。所以，在已知载气流速的情况下，通过对电流的测量，可以测出载气里的水分含量。由于是对水分子进行电解，且五氧化二磷的吸水性强(它与冷水生成偏磷酸，与热水主要生成正磷酸)，整个装置的灵敏度大大提高，精度可达0.0002g/(m2·24h)，比红外线传感器灵敏5-10倍，测试准确度高，适合对高阻隔材料的检测，经过标定检测结果与红外法等效，该传感器90比红外法更经济；不适合低阻隔材料的检测，因为传感器90的保养要求较高。
此外，电解法传感器90属于相对值测试方法，传感器90只对透过的部分水汽进行吸收和电解，故传感器90的检测值是个相对值，必须对检测值进行校正才能得到最终结果。
值得注意的是，当大量的水汽通过传感器90时，会造成传感器90表面的磷酸脱落，损害传感器90，故导致传感器90的测试范围较窄，本发明实施例的传感器90的最大量程在15g/(m2·24h)。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种水汽透过率测定仪，其特征在于，包括测试装置和传感器；
所述测试装置设置有测试腔，所述测试腔包括连通的上部腔和下部腔；所述上部腔设置有测试气体进口和测试气体出口，所述下部腔设置有载气进口和载气出口；
所述传感器包括外壳、传感元件和电源，所述外壳与所述载气出口连通，所述传感元件设置在所述外壳内；所述传感元件包括载体、正极金属丝和负极金属丝；所述正极金属丝和所述负极金属丝上均覆盖有五氧化二磷涂层；所述正极金属丝和所述负极金属丝相互间隔缠绕在所述载体上；
所述电源的正极与所述正极金属丝连接，所述电源的负极与所述负极金属丝连接。
2.如权利要求1所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，所述载体为石英管；所述正极金属丝和所述负极金属丝均为铂丝。
3.如权利要求1所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，所述测试装置包括：顶壳、上盖、下盖、至少一个第一弹性件、弹扣和加力螺栓；
所述顶壳上设置有第一螺栓孔，所述顶壳盖设在所述上盖的顶部；所述第一弹性件设置在所述顶壳和所述上盖之间，所述第一弹性件的上端与所述顶壳连接，所述第一弹性件的下端与所述上盖连接；
所述上盖设置有第二螺栓孔和安装孔；所述上部腔设置在所述上盖的底部；
所述加力螺栓依次穿过所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔与所述顶壳和所述上盖连接；
所述下盖上设置有卡接孔；所述下部腔设置在所述下盖的顶部；所述下盖铰接在所述上盖的下方，所述上部腔和所述下部腔上下匹配相对；
所述弹扣穿过所述安装孔和所述卡接孔，使得所述上盖和所述下盖卡接；按压所述弹扣，所述弹扣脱离所述卡接孔，使得所述上盖和所述下盖分离。
4.如权利要求3所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，还包括第二弹性件；所述弹扣包括按压件和卡接件，所述卡接件设置在所述按压件的下方；所述顶壳的侧壁上设置有缺口，所述顶壳与所述上盖之间设置有置放腔，所述缺口、所述置放腔和所述安装孔连通；所述弹扣设置在所述置放腔内，所述按压件向外穿出所述缺口，所述卡接件向下穿过所述安装孔；所述第二弹性件设置在所述置放腔内，所述第二弹性件的一端与所述置放腔的内壁连接，其另一端与所述弹扣连接。
5.如权利要求3所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，还包括密封圈，所述密封圈设置在所述上盖的底部，所述密封圈包设在所述上部腔的四周。
6.如权利要求3所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，所述上盖和所述下盖通过转轴铰接，所述下盖设置有转轴支撑座。
7.如权利要求3所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，所述第一弹性件的数量为四个，四个所述第一弹性件呈四方形阵列设置。
8.如权利要求3所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，还包括导向柱，所述导向柱设置在所述顶壳和所述上盖之间，所述第一弹性件套设在所述导向柱外。
9.如权利要求3所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，所述顶壳为塑料顶壳；所述上盖和所述下盖均为不锈钢盖体。
10.如权利要求4所述的水汽透过率测定仪，其特征在于，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为弹簧。
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