壓差法透氣性測試設(shè)備檢測效率獲得明顯改進(jìn)

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

壓差法是透氣性測試中的基礎(chǔ)方法，真空法是壓差法中使用最廣泛的方法。由于以前該技術(shù)所需的關(guān)鍵元器件技術(shù)相對落后、精度有限，影響到整體設(shè)備的檢測精度及效率，所以過去有關(guān)于壓差法設(shè)備“測試精度低、檢測效率差”的觀點。隨著測試技術(shù)的進(jìn)步，壓差法的測試精度已經(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，同時檢測效率也有了明顯提高。但是如今隨著阻隔性檢測的普及以及檢測任務(wù)的加重，對當(dāng)前設(shè)備的檢測效率又提出了更高的要求。本文將結(jié)合壓差法的測試特點來分析一下壓差法檢測效率的改進(jìn)方向并介紹一下現(xiàn)在實際取得的成績。

1 . 檢測效率的影響因素

檢測效率低是過去對壓差法測試設(shè)備的一個非常普遍的評價，也揭示了當(dāng)時壓差法設(shè)備的兩個主要缺點：第一，測試時間長；第二，試樣件數(shù)有限。這兩點都直接制約了檢測效率的提高，因此如果要提高檢測效率，縮短測試時間，或者增加試樣件數(shù)都可以。

1.1 測試時間

壓差法的代表方法——真空法的測試時間包括抽真空時間以及滲透平衡的建立時間。試驗證明，抽真空時間過短會影響試驗結(jié)果。這一方面是由于在試驗的過程中，真空管路的“出氣”被算作滲透通過試樣的測試氣體（壓力傳感器不區(qū)分氣體的種類），導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)偏大，而且測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。另一方面由于材料雖然進(jìn)行過預(yù)處理，但是材料表面仍會存在一些雜質(zhì)并有氣體滲入其中，抽真空時間的長短會影響材料表面雜質(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，測試數(shù)據(jù)越穩(wěn)定。長期試驗證明，試驗腔的體積與抽真空所需的時間有關(guān)，體積縮小，則所需的抽真空時間也會縮短。但是對于真空法設(shè)備，當(dāng)抽真空時間太短時，系統(tǒng)保壓難度較大。而且抽真空時間在標(biāo)準(zhǔn)中也有要求，國標(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小時以上。

這里再講一下等壓法的測試時間情況。等壓法的代表方法——傳感器法的測試時間也分為系統(tǒng)吹掃平衡時間和滲透測試時間兩部分。測試標(biāo)準(zhǔn)中對于吹掃時間的要求是非常明確的，在很多地方都說明了這個“吹掃時間”決不會很短。而且標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 3985-05中的吹掃時間更分成了除濕以及吹掃零點兩部分，吹掃時間與真空法中的抽真空時間不相上下。Labthink蘭光在研發(fā)氧傳感器法檢測設(shè)備時曾對系統(tǒng)吹掃的合理時間進(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試精度。

可見，兩種方法中滲透開始之前的準(zhǔn)備時間（真空法的抽真空時間以及傳感器法的吹掃時間）是相當(dāng)?shù)�。至于滲透平衡的建立時間，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程中環(huán)境因素會對該過程產(chǎn)生影響，因此滲透平衡時間的長短受環(huán)境因素影響比較明顯。最明顯的是溫度變化對滲透過程產(chǎn)生的影響，溫度波動越劇烈則達(dá)到滲透平衡所需的時間越長，相應(yīng)地試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性越差、準(zhǔn)確性越低。需要說明的是，環(huán)境變化對所有的透氣性測試方法，包括壓差法和等壓法，都會受到影響，而且這種影響的程度因測試方法的不同而存在差異。因此若透氣性檢測設(shè)備具有穩(wěn)定的控溫控濕功能，更加有利于測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

綜上所述，兩種測試方法的測試時間是相當(dāng)?shù)模�一些文獻(xiàn)中片面認(rèn)為等壓法測試時間短的說法，通過實踐證明并不符合實際情況。

1.2 試樣件數(shù)

如上所述，僅依靠縮短測試時間來提高檢測效率困難很大，因此如果可以在同一段時間內(nèi)檢測盡可能多的試樣就可以大大提高檢測效率。然而材料的透氣性檢測是一種微觀檢測，測試系統(tǒng)的密封性是評價設(shè)備精度以及數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)。當(dāng)測試試樣數(shù)量并非一件時，整個測試系統(tǒng)中可能存在泄漏點的概率要比僅有一件試樣時大很多，而出現(xiàn)系統(tǒng)泄漏則會嚴(yán)重影響試驗數(shù)據(jù)。例如在真空法中由于直接檢測參數(shù)是測試腔內(nèi)的壓力，而壓力傳感器無法識別氣體，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試樣的試驗氣體中而無法由傳感器區(qū)分，導(dǎo)致其檢測到的壓力值增大，試驗失敗。因此盡管多腔檢測對檢測效率帶來的影響非常顯著，但是要實現(xiàn)多腔真空法檢測實際困難很大。

2 . Labthink VAC-V2的改良

從之前的分析可知，以目前的真空技術(shù)，要實現(xiàn)真空法測試中的真空條件，即使可以通過縮小測試腔的體積將抽真空時間進(jìn)一步的縮短，但是這個時間很難低于5小時。因此要盡可能地縮短試驗時間，只能在縮短滲透平衡的建立時間上下功夫。同前所述，這個時間是由試樣客觀決定的，但是測試環(huán)境溫度的穩(wěn)定性能會影響這段時間的長短，因此可以通過提高環(huán)境溫度的穩(wěn)定性來盡量縮短這段時間。Labthink VAC-V2采用外置溫度控制系統(tǒng)，通過水循環(huán)原理有效實現(xiàn)測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，同時縮小控溫面積僅對于測試腔范圍作用，大大加強(qiáng)測試腔內(nèi)的溫度均勻性，控溫精度已達(dá)±0.1℃，避免實測溫度與腔內(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，可以同時進(jìn)行三種不同試樣的檢測，出具獨立試驗數(shù)據(jù)，其檢測效率相對于單腔檢測設(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間還有望縮短，則檢測效率還有增長的空間。

3 . 總結(jié)

真空法作為基礎(chǔ)的透氣性測試方法，一直是使用最廣泛的方法，但是過去檢測效率低一直是這種檢測方法在實際使用時遇到的一個瓶頸。如今隨著高精度真空技術(shù)的發(fā)展、多腔測試技術(shù)的成功，真空法設(shè)備的檢測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任務(wù)的實際檢測需要，為真空法的全面應(yīng)用奠定了更堅實的基礎(chǔ)。