材料透濕性測試方法介紹——傳感（gǎn）器法

1、傳感器法發（fā）展簡介

   20世紀70年代，傳感器法開（kāi）始應用在透濕（shī）性測試領域中（zhōng），在此（cǐ）之前使用的都是稱重法，通過30多年（nián）的發展，它已成為一類（lèi）重要的測試方法，應用範圍十分廣泛。通常的透濕性測試傳感器法（fǎ）主要有：紅外線檢定法、動態相對濕度測定法和電解分析法三種。

2、紅外線檢定法

    水蒸氣對紅外線有著特定的吸收光譜，紅外（wài）線傳感器可以通過檢（jiǎn）測紅外線在通過含（hán）水蒸氣區域時前後能量的損失檢測水（shuǐ）蒸氣濃度，而利用這種紅（hóng）外線傳感器來（lái）檢測試樣透（tòu）濕性能的方法（fǎ）就是紅外線檢定（dìng）法。

    紅外線檢定（dìng）法的測試原理（可參見圖1）如下（xià）：利用試樣將測試腔分成幹腔和濕腔兩部（bù）分，幹腔內保持一個穩定（指定）的較低濕度，濕腔中的（de）濕度可以控製（通常取濕腔內的（de）環境濕度為100％RH），這樣在幹腔（qiāng）和濕腔之間形成穩定的濕度差，水蒸氣將由濕度大的（de）一側滲透通過試（shì）樣進入幹（gàn）燥的一側，與幹腔中的幹燥氣體混合，並被幹（gàn）燥氣流（liú）攜帶至傳（chuán）感器處，由紅外線傳感器探測幹燥氣流中的水蒸氣含量，並輸出相應的電信號，電信（xìn）號的（de）大小與幹燥氣體（tǐ）中的水蒸氣含量成一定（dìng）關係。當電信號（hào）穩定後，說明滲透過程已經達到穩定狀態，此時可以根據傳感器輸出的電信號計算（suàn）試樣的水蒸氣透過量及其它透濕性指標。

 

圖1. 紅（hóng）外線檢定法示意圖

3、電解分析（xī）法

    電解池傳（chuán）感器是利用五氧化（huà）二磷（lín）與（yǔ）水蒸氣之間的反應特性製作的傳（chuán）感器，它含有兩個螺旋線的（de）電極，並（bìng）在玻璃毛細管內側覆有一薄層五氧化二磷，幹燥氣體流過毛細管，其中所含的水蒸（zhēng）氣將被五氧化二磷定量吸收，生成磷酸，通過向兩電極上施加直流70V的（de）電壓可（kě）將吸收的濕氣電解成氫和氧（yǎng），在兩（liǎng）電（diàn）極之間出現電解電流（liú），同時（shí）五氧化二磷得以再（zài）生，而被電解的水蒸氣的質量將從得到的電流中計算（suàn）出來。利用電解（jiě）池傳感器來檢測試樣透濕性能（néng）的方法就是電解分析法。

    電解分析（xī）法的（de）測試原理（如圖2所示（shì））如下：利用試樣將測（cè）試腔分成幹（gàn）腔和濕腔兩部分，幹腔內保持一個穩（wěn）定（指定）的較低（dī）濕度（dù），濕（shī）腔（qiāng）中的濕度可（kě）調（通常為100％RH），幹腔和濕腔之間形（xíng）成穩定的濕度差將使濕腔中的水蒸氣由濕腔滲透通過試樣進入幹腔，與幹腔中的幹燥氣（qì）體混合，並被幹燥氣流攜（xié）帶至傳感器（qì）處，由電解池傳感器探測幹燥氣流中的水蒸（zhēng）氣含量，並輸出相應的電信號。電信號穩定後（說明滲透過程已經達（dá）到穩定狀態）即可根據傳感（gǎn）器輸出的電信號計算試樣的（de）水蒸（zhēng）氣（qì）透（tòu）過量（liàng）及其它透濕（shī）性指標。Labthink TSY-W3就（jiù）是按照這種方法製造的薄膜透濕性檢測設備。

 

圖2. 電解分析法（fǎ）原理圖 

注： 1. 幹（gàn）燥管；2. 兩腔（qiāng）的滲透腔；3. 試樣；4. 玻璃纖維板（浸有硫酸溶液）；5. 電解（jiě）腔；6. 轉換（huàn）閥；7. 銅（tóng）管（用於提供（gòng）載氣）

4、動態相對濕度測定法

    動態（tài）相對濕（shī）度（dù）測定法使用（yòng）的是對濕度變化響應非常快的濕度傳感器，測試原理（參見（jiàn）圖3）如下：利（lì）用試樣將測試腔（qiāng）分成幹腔和濕腔（qiāng）兩部分，通過幹（gàn）濕度控製器使測試上腔處在（zài）一種幹（gàn）燥的環境下，濕腔保持100％RH，由於（yú）水蒸氣的透過使得（dé）測試上腔相對濕度變大，測量室內的濕度傳感（gǎn）器開始分析濕度的變化，並監測由預設下限值至上限值所需時間，通過連續（xù）多次測量（liàng），並對每次測量的相對濕度變化曲線進行分析後，對比標準電信號可計算出試樣的水蒸氣滲透（tòu）指（zhǐ）標。幹（gàn）腔的相對濕度一般是（shì）10％或（huò）35％，也有采用在校準範圍（wéi）內的其它相（xiàng）對濕度的，測試的上（shàng）下（xià）限視標準不同而（ér）異，例如ASTM E398-03中（zhōng）要求測試幹腔濕度變化的範圍在10±0.1％RH或35±0.1％RH，而ISO 15106-1中是（shì）在指定（dìng）濕度的±1％RH或±2％RH。Labthink TSY-T2就是（shì）按照這（zhè）種測試方法製（zhì）造的。

 

圖3. 動態相對濕度（dù）測定法原理（lǐ）圖

5、試（shì）驗結果的計算

    傳（chuán）感器法無法直（zhí）接測量水蒸氣的透過（guò）量，而是通過測量電信號並進行進一步分析從而間接得（dé）出的試驗結果。標準中明確指出所（suǒ）有傳感器（qì）法設備在試驗之前（qián）都需要使用參考膜標定，並確定設備的標定係數，所以參考膜數據的準確性將直接影響到測試設備的準確性，而參考膜的測（cè）試數據通常由（yóu）稱重法檢測（cè）得到（dào）。

    有些文獻中描述傳（chuán）感（gǎn）器法是高效高精度的測試方法，事實上這取決具體設備中采用傳感器的精度及靈敏度，如果傳感器選擇的（de）好，傳感器法設備完全可以實（shí）現高效測（cè）試，而且還能在短時間內檢測高（gāo）阻隔性材料。