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1、傳感器法發(fā)展簡(jiǎn)介

   20世紀(jì)70年代，傳感器法開(kāi)始應(yīng)用在透濕性測(cè)試領(lǐng)域中，在此之前使用的都是稱(chēng)重法，通過(guò)30多年的發(fā)展，它已成為一類(lèi)重要的測(cè)試方法，應(yīng)用范圍十分廣泛。通常的透濕性測(cè)試傳感器法主要有：紅外線(xiàn)檢定法、動(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法和電解分析法三種。

2、紅外線(xiàn)檢定法

    水蒸氣對(duì)紅外線(xiàn)有著特定的吸收光譜，紅外線(xiàn)傳感器可以通過(guò)檢測(cè)紅外線(xiàn)在通過(guò)含水蒸氣區(qū)域時(shí)前后能量的損失檢測(cè)水蒸氣濃度，而利用這種紅外線(xiàn)傳感器來(lái)檢測(cè)試樣透濕性能的方法就是紅外線(xiàn)檢定法。

    紅外線(xiàn)檢定法的測(cè)試原理（可參見(jiàn)圖1）如下：利用試樣將測(cè)試腔分成干腔和濕腔兩部分，干腔內(nèi)保持一個(gè)穩(wěn)定（）的較低濕度，濕腔中的濕度可以控制（通常取濕腔內(nèi)的環(huán)境濕度為100％RH），這樣在干腔和濕腔之間形成穩(wěn)定的濕度差，水蒸氣將由濕度大的一側(cè)滲透通過(guò)試樣進(jìn)入干燥的一側(cè)，與干腔中的干燥氣體混合，并被干燥氣流攜帶至傳感器處，由紅外線(xiàn)傳感器探測(cè)干燥氣流中的水蒸氣含量，并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)的大小與干燥氣體中的水蒸氣含量成一定關(guān)系。當(dāng)電信號(hào)穩(wěn)定后，說(shuō)明滲透過(guò)程已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)可以根據(jù)傳感器輸出的電信號(hào)計(jì)算試樣的水蒸氣透過(guò)量及其它透濕性指標(biāo)。

 

圖1. 紅外線(xiàn)檢定法示意圖

3、電解分析法

    電解池傳感器是利用五氧化二磷與水蒸氣之間的反應(yīng)特性制作的傳感器，它含有兩個(gè)螺旋線(xiàn)的電極，并在玻璃毛細(xì)管內(nèi)側(cè)覆有一薄層五氧化二磷，干燥氣體流過(guò)毛細(xì)管，其中所含的水蒸氣將被五氧化二磷定量吸收，生成磷酸，通過(guò)向兩電極上施加直流70V的電壓可將吸收的濕氣電解成氫和氧，在兩電極之間出現(xiàn)電解電流，同時(shí)五氧化二磷得以再生，而被電解的水蒸氣的質(zhì)量將從得到的電流中計(jì)算出來(lái)。利用電解池傳感器來(lái)檢測(cè)試樣透濕性能的方法就是電解分析法。

    電解分析法的測(cè)試原理（如圖2所示）如下：利用試樣將測(cè)試腔分成干腔和濕腔兩部分，干腔內(nèi)保持一個(gè)穩(wěn)定（）的較低濕度，濕腔中的濕度可調(diào)（通常為100％RH），干腔和濕腔之間形成穩(wěn)定的濕度差將使?jié)袂恢械乃魵庥蓾袂粷B透通過(guò)試樣進(jìn)入干腔，與干腔中的干燥氣體混合，并被干燥氣流攜帶至傳感器處，由電解池傳感器探測(cè)干燥氣流中的水蒸氣含量，并輸出相應(yīng)的電信號(hào)。電信號(hào)穩(wěn)定后（說(shuō)明滲透過(guò)程已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)）即可根據(jù)傳感器輸出的電信號(hào)計(jì)算試樣的水蒸氣透過(guò)量及其它透濕性指標(biāo)。Labthink TSY-W3就是按照這種方法制造的薄膜透濕性檢測(cè)設(shè)備。

 

圖2. 電解分析法原理圖 

注： 1. 干燥管；2. 兩腔的滲透腔；3. 試樣；4. 玻璃纖維板（浸有硫酸溶液）；5. 電解腔；6. 轉(zhuǎn)換閥；7. 銅管（用于提供載氣）

4、動(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法

    動(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法使用的是對(duì)濕度變化響應(yīng)非常快的濕度傳感器，測(cè)試原理（參見(jiàn)圖3）如下：利用試樣將測(cè)試腔分成干腔和濕腔兩部分，通過(guò)干濕度控制器使測(cè)試上腔處在一種干燥的環(huán)境下，濕腔保持100％RH，由于水蒸氣的透過(guò)使得測(cè)試上腔相對(duì)濕度變大，測(cè)量室內(nèi)的濕度傳感器開(kāi)始分析濕度的變化，并監(jiān)測(cè)由預(yù)設(shè)下限值至上限值所需時(shí)間，通過(guò)連續(xù)多次測(cè)量，并對(duì)每次測(cè)量的相對(duì)濕度變化曲線(xiàn)進(jìn)行分析后，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)可計(jì)算出試樣的水蒸氣滲透指標(biāo)。干腔的相對(duì)濕度一般是10％或35％，也有采用在校準(zhǔn)范圍內(nèi)的其它相對(duì)濕度的，測(cè)試的上下限視標(biāo)準(zhǔn)不同而異，例如ASTM E398-03中要求測(cè)試干腔濕度變化的范圍在10±0.1％RH或35±0.1％RH，而ISO 15106-1中是在濕度的±1％RH或±2％RH。Labthink TSY-T2就是按照這種測(cè)試方法制造的。

 

圖3. 動(dòng)態(tài)相對(duì)濕度測(cè)定法原理圖

5、試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算

    傳感器法無(wú)法直接測(cè)量水蒸氣的透過(guò)量，而是通過(guò)測(cè)量電信號(hào)并進(jìn)行進(jìn)一步分析從而間接得出的試驗(yàn)結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)中明確指出所有傳感器法設(shè)備在試驗(yàn)之前都需要使用參考膜標(biāo)定，并確定設(shè)備的標(biāo)定系數(shù)，所以參考膜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性將直接影響到測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)確性，而參考膜的測(cè)試數(shù)據(jù)通常由稱(chēng)重法檢測(cè)得到。

    有些文獻(xiàn)中描述傳感器法是高精度的測(cè)試方法，事實(shí)上這取決具體設(shè)備中采用傳感器的精度及靈敏度，如果傳感器選擇的好，傳感器法設(shè)備*可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試，而且還能在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)高阻隔性材料。