壓差法透氣性測試設備檢測效率獲得明顯改進

壓差法是透氣性測試中的基礎方法，真空法是壓差法中使用最廣泛的方法。由於以前該技術所需的關鍵元器件技術相對落後、精度有限，影響到整體設備的檢測精度及效率，所以過去有關於壓差法設備“測試精度低、檢測效率差”的觀點。隨著測試技術的進步，壓差法的測試精度已經大大提高，至今已經達到了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的加重，對當前設備的檢測效率又提出了更高的要求。本文將結合壓差法的測試特點來分析一下壓差法檢測效率的改進方向並介紹一下現在實際取得的成績。

 

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備的一個非常普遍的評價，也揭示了當時壓差法設備的兩個主要缺點：第一，測試時間長；第二，試樣件數有限。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果。這一方面是由於在試驗的過程中，真空管路的“出氣”被算作滲透通過試樣的測試氣體（壓力傳感器不區分氣體的種類），導致測試數據偏大，而且測試數據不穩定。另一方面由於材料雖然進行過預處理，但是材料表面仍會存在一些雜質並有氣體滲入其中，抽真空時間的長短會影響材料表面雜質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，測試數據越穩定。長期試驗證明，試驗腔的體積與抽真空所需的時間有關，體積縮小，則所需的抽真空時間也會縮短。但是對於真空法設備，當抽真空時間太短時，系統保壓難度較大。而且抽真空時間在標准中也有要求，國標GB 1038中要求在真空系統達到標准所要求的真空度後要再持續抽真空3小時以上。

 

這裡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吹掃平衡時間和滲透測試時間兩部分。測試標准中對於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。而且標准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蘭光在研發氧傳感器法檢測設備時曾對系統吹掃的合理時間進行了研究，認為將吹掃的載氣引入傳感器中持續吹掃24小時後，可認為系統內部的氧含量已經達到極低的狀態，這樣纔能得到較高的測試精度。

可見，兩種方法中滲透開始之前的准備時間（真空法的抽真空時間以及傳感器法的吹掃時間）是相當的。至於滲透平衡的建立時間，主要是取決於試樣的透氣性能。然而由於在滲透平衡的建立過程中環境因素會對該過程產生影響，因此滲透平衡時間的長短受環境因素影響比較明顯。最明顯的是溫度變化對滲透過程產生的影響，溫度波動越劇烈則達到滲透平衡所需的時間越長，相應地試驗數據的重復性越差、准確性越低。需要說明的是，環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備具有穩定的控溫控濕功能，更加有利於測試數據的穩定。

綜上所述，兩種測試方法的測試時間是相當的，一些文獻中片面認為等壓法測試時間短的說法，通過實踐證明並不符合實際情況。

 

1.2 試樣件數

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，測試系統的密封性是評價設備精度以及數據可靠性的基礎。當測試試樣數量並非一件時，整個測試系統中可能存在泄漏點的概率要比僅有一件試樣時大很多，而出現系統泄漏則會嚴重影響試驗數據。例如在真空法中由於直接檢測參數是測試腔內的壓力，而壓力傳感器無法識別氣體，因此倘若系統出現泄漏，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分，導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，要實現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一步的縮短，但是這個時間很難低於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，但是測試環境溫度的穩定性能會影響這段時間的長短，因此可以通過提高環境溫度的穩定性來盡量縮短這段時間。Labthink VAC-V2壓差法氣體滲透儀采用外置溫度控制系統，通過水循環原理有效實現測試腔溫度高精度的快速昇降，使溫度的控制效率獲得有效提高，同時縮小控溫面積僅對於測試腔范圍作用，大大加強測試腔內的溫度均勻性，控溫精度已達±0.1℃，避免實測溫度與腔內溫度出現差距。

真空法設備Labthink VAC-V2克服了設備結構技術上的難點，可以同時進行三種不同試樣的檢測，出具獨立試驗數據，其檢測效率相對於單腔檢測設備的3倍多，與多腔的傳感器法設備不相上下。此外VAC-V2的測試腔密封性能優異，再抽真空系統能力提昇之後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

真空法作為基礎的透氣性測試方法，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的發展、多腔測試技術的成功，真空法設備的檢測效率與多腔傳感器法設備相比已是不分仲伯，完全可以滿足繁重檢測任務的實際檢測需要，為真空法的全面應用奠定了更堅實的基礎。