壓差法透氣性測(cè)試設(shè)備檢測(cè)效率獲得明顯改進(jìn)

摘要：本文通過(guò)分析透氣性測(cè)試的檢測(cè)效率影響因素，說(shuō)明了測(cè)試試樣的數(shù)量才是制約檢測(cè)效率的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)證明了真空法和傳感器法在測(cè)試時(shí)間上不應(yīng)有明顯區(qū)別。結(jié)合Labthink VAC-V2介紹了壓差法透氣性測(cè)試設(shè)備為提高檢測(cè)效率所做出的改進(jìn)以及取得的顯著成果。
關(guān)鍵詞：壓差法,透氣性,檢測(cè)效率

壓差法是透氣性測(cè)試中的基礎(chǔ)方法，真空法是壓差法中使用*廣泛的方法。由于以前該技術(shù)所需的關(guān)鍵元器件技術(shù)相對(duì)落后、精度有限，影響到整體設(shè)備的檢測(cè)精度及效率，所以過(guò)去有關(guān)于壓差法設(shè)備“測(cè)試精度低、檢測(cè)效率差”的觀點(diǎn)。隨著測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，壓差法的測(cè)試精度已經(jīng)大大提高，至今已經(jīng)達(dá)到了0.01 ml/m²·24h·0.1MPa，甚至更低的水平,與等壓法不相上下，同時(shí)檢測(cè)效率也有了明顯提高。但是如今隨著阻隔性檢測(cè)的普及以及檢測(cè)任務(wù)的加重，對(duì)當(dāng)前設(shè)備的檢測(cè)效率又提出了更高的要求。本文將結(jié)合壓差法的測(cè)試特點(diǎn)來(lái)分析一下壓差法檢測(cè)效率的改進(jìn)方向并介紹一下現(xiàn)在實(shí)際取得的成績(jī)。

1 . 檢測(cè)效率的影響因素

檢測(cè)效率低是過(guò)去對(duì)壓差法測(cè)試設(shè)備的一個(gè)非常普遍的評(píng)價(jià)，也揭示了當(dāng)時(shí)壓差法設(shè)備的兩個(gè)主要缺點(diǎn)：，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)；第二，試樣件數(shù)有限。這兩點(diǎn)都直接制約了檢測(cè)效率的提高，因此如果要提高檢測(cè)效率，縮短測(cè)試時(shí)間，或者增加試樣件數(shù)都可以。

1.1 測(cè)試時(shí)間

壓差法的代表方法——真空法的測(cè)試時(shí)間包括抽真空時(shí)間以及滲透平衡的建立時(shí)間。試驗(yàn)證明，抽真空時(shí)間過(guò)短會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。這一方面是由于在試驗(yàn)的過(guò)程中，真空管路的“出氣”被算作滲透通過(guò)試樣的測(cè)試氣體（壓力傳感器不區(qū)分氣體的種類(lèi)），導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)偏大，而且測(cè)試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。另一方面由于材料雖然進(jìn)行過(guò)預(yù)處理，但是材料表面仍會(huì)存在一些雜質(zhì)并有氣體滲入其中，抽真空時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)影響材料表面雜質(zhì)以及滲入其中的氣體的排除程度。抽真空越徹底，排除效果越好，測(cè)試數(shù)據(jù)越穩(wěn)定。長(zhǎng)期試驗(yàn)證明，試驗(yàn)腔的體積與抽真空所需的時(shí)間有關(guān)，體積縮小，則所需的抽真空時(shí)間也會(huì)縮短。但是對(duì)于真空法設(shè)備，當(dāng)抽真空時(shí)間太短時(shí)，系統(tǒng)保壓難度較大。而且抽真空時(shí)間在標(biāo)準(zhǔn)中也有要求，國(guó)標(biāo)GB 1038中要求在真空系統(tǒng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所要求的真空度后要再持續(xù)抽真空3小時(shí)以上。

這里再講一下等壓法的測(cè)試時(shí)間情況。等壓法的代表方法——傳感器法的測(cè)試時(shí)間也分為系統(tǒng)吹掃平衡時(shí)間和滲透測(cè)試時(shí)間兩部分。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于吹掃時(shí)間的要求是非常明確的，在很多地方都說(shuō)明了這個(gè)“吹掃時(shí)間”決不會(huì)很短。而且標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 3985-05中的吹掃時(shí)間更分成了除濕以及吹掃零點(diǎn)兩部分，吹掃時(shí)間與真空法中的抽真空時(shí)間不相上下。Labthink蘭光在研發(fā)氧傳感器法檢測(cè)設(shè)備時(shí)曾對(duì)系統(tǒng)吹掃的合理時(shí)間進(jìn)行了研究，認(rèn)為將吹掃的載氣引入傳感器中持續(xù)吹掃24小時(shí)后，可認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)部的氧含量已經(jīng)達(dá)到極低的狀態(tài)，這樣才能得到較高的測(cè)試精度。

可見(jiàn)，兩種方法中滲透開(kāi)始之前的準(zhǔn)備時(shí)間（真空法的抽真空時(shí)間以及傳感器法的吹掃時(shí)間）是相當(dāng)?shù)�。至于滲透平衡的建立時(shí)間，主要是取決于試樣的透氣性能。然而由于在滲透平衡的建立過(guò)程中環(huán)境因素會(huì)對(duì)該過(guò)程產(chǎn)生影響，因此滲透平衡時(shí)間的長(zhǎng)短受環(huán)境因素影響比較明顯。*明顯的是溫度變化對(duì)滲透過(guò)程產(chǎn)生的影響，溫度波動(dòng)越劇烈則達(dá)到滲透平衡所需的時(shí)間越長(zhǎng)，相應(yīng)地試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性越差、準(zhǔn)確性越低。需要說(shuō)明的是，環(huán)境變化對(duì)所有的透氣性測(cè)試方法，包括壓差法和等壓法，都會(huì)受到影響，而且這種影響的程度因測(cè)試方法的不同而存在差異。因此若透氣性檢測(cè)設(shè)備具有穩(wěn)定的控溫控濕功能，更加有利于測(cè)試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

綜上所述，兩種測(cè)試方法的測(cè)試時(shí)間是相當(dāng)?shù)�，一些文獻(xiàn)中片面認(rèn)為等壓法測(cè)試時(shí)間短的說(shuō)法，通過(guò)實(shí)踐證明并不符合實(shí)際情況。

1.2 試樣件數(shù)

如上所述，僅依靠縮短測(cè)試時(shí)間來(lái)提高檢測(cè)效率困難很大，因此如果可以在同一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)盡可能多的試樣就可以大大提高檢測(cè)效率。然而材料的透氣性檢測(cè)是一種微觀檢測(cè)，測(cè)試系統(tǒng)的密封性是評(píng)價(jià)設(shè)備精度以及數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)。當(dāng)測(cè)試試樣數(shù)量并非一件時(shí)，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中可能存在泄漏點(diǎn)的概率要比僅有一件試樣時(shí)大很多，而出現(xiàn)系統(tǒng)泄漏則會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如在真空法中由于直接檢測(cè)參數(shù)是測(cè)試腔內(nèi)的壓力，而壓力傳感器無(wú)法識(shí)別氣體，因此倘若系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏，則滲入的氣體將混入滲透通過(guò)試樣的試驗(yàn)氣體中而無(wú)法由傳感器區(qū)分，導(dǎo)致其檢測(cè)到的壓力值增大，試驗(yàn)失敗。因此盡管多腔檢測(cè)對(duì)檢測(cè)效率帶來(lái)的影響非常顯著，但是要實(shí)現(xiàn)多腔真空法檢測(cè)實(shí)際困難很大。

2 . Labthink VAC-V2的改良

從之前的分析可知，以目前的真空技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)真空法測(cè)試中的真空條件，即使可以通過(guò)縮小測(cè)試腔的體積將抽真空時(shí)間進(jìn)一步的縮短，但是這個(gè)時(shí)間很難低于5小時(shí)。因此要盡可能地縮短試驗(yàn)時(shí)間，只能在縮短滲透平衡的建立時(shí)間上下功夫。同前所述，這個(gè)時(shí)間是由試樣客觀決定的，但是測(cè)試環(huán)境溫度的穩(wěn)定性能會(huì)影響這段時(shí)間的長(zhǎng)短，因此可以通過(guò)提高環(huán)境溫度的穩(wěn)定性來(lái)盡量縮短這段時(shí)間。Labthink VAC-V2采用外置溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)水循環(huán)原理有效實(shí)現(xiàn)測(cè)試腔溫度高精度的快速升降，使溫度的控制效率獲得有效提高，同時(shí)縮小控溫面積僅對(duì)于測(cè)試腔范圍作用，大大加強(qiáng)測(cè)試腔內(nèi)的溫度均勻性，控溫精度已達(dá)±0.1℃，避免實(shí)測(cè)溫度與腔內(nèi)溫度出現(xiàn)差距。

真空法設(shè)備Labthink VAC-V2克服了設(shè)備結(jié)構(gòu)技術(shù)上的難點(diǎn)，可以同時(shí)進(jìn)行三種不同試樣的檢測(cè)，出具獨(dú)立試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其檢測(cè)效率相對(duì)于單腔檢測(cè)設(shè)備的3倍多，與多腔的傳感器法設(shè)備不相上下。此外VAC-V2的測(cè)試腔密封性能優(yōu)異，再抽真空系統(tǒng)能力提升之后抽真空時(shí)間還有望縮短，則檢測(cè)效率還有增長(zhǎng)的空間。

3 . 總結(jié)

真空法作為基礎(chǔ)的透氣性測(cè)試方法，一直是使用*廣泛的方法，但是過(guò)去檢測(cè)效率低一直是這種檢測(cè)方法在實(shí)際使用時(shí)遇到的一個(gè)瓶頸。如今隨著高精度真空技術(shù)的發(fā)展、多腔測(cè)試技術(shù)的成功，真空法設(shè)備的檢測(cè)效率與多腔傳感器法設(shè)備相比已是不分仲伯，完全可以滿足繁重檢測(cè)任務(wù)的實(shí)際檢測(cè)需要，為真空法的全面應(yīng)用奠定了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。