摘要 本文詳細敘(xù)述了當前等壓法透氣性測試中采用的標定方法——參考膜標定,並對該方法的實(shí)際使用情況進行了(le)分析,同時推薦了另一種標定方法——標準氣體標定,指出在等壓法透氣性測試中應采用參考膜標定和標準氣(qì)體(tǐ)標定(dìng)兩種模式(shì),不但(dàn)可以為等壓法(fǎ)的應用推廣掃清障礙並且可以降低使用成本。
關(guān)鍵字 等壓法,透氣性,標定,參考膜,標準(zhǔn)氣體
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  我們知道,等壓法中采用的(de)氧傳感器會隨著使用時間的延(yán)長而(ér)出現損耗,表現出響應時(shí)間(jiān)和響(xiǎng)應效率(lǜ)的降(jiàng)低,在實際檢測中測試數據會表現出隨使(shǐ)用時間的延長而降低(dī)的趨勢。當傳感(gǎn)器出現(xiàn)損耗之(zhī)後(hòu)需要利用(yòng)標準物質對設備(bèi)的數據體係進行校正,因此所采用(yòng)的標定方法的穩(wěn)定性和便捷性非常重要。
  本文通過(guò)分析現行等壓法標定(dìng)方法的使用情況,對其中存在的問題進行了探討,並推薦了一種應(yīng)用性(xìng)更好的標定方法。
1.等壓法標定現狀
  目前,在等壓法透氣性測試標準(zhǔn)中普遍采用的標定方法是參考膜(Reference Material)標定。參考膜標定(dìng)是采用一種透氧量已(yǐ)知的薄膜,在待標定的設備中進行(háng)檢測(cè),將設備測得的試驗結果與(yǔ)已知的薄膜透氧量進(jìn)行比較就可以判定設備工作是否正常、傳感器是否出現損耗。具體(tǐ)標定過程如下:
1)向設備生產廠家索取參考膜。參考膜有一定的使用期限,通常不超過一年,而且在需要重複使用時對參考
的保(bǎo)存(cún)條件(jiàn)有一定的要求。有效參考膜的獲得是參(cān)考膜標(biāo)定(dìng)的關鍵。
2)按(àn)照測試要求,對參考膜進行試驗前的預處理。
3)將試樣裝夾到設備中,按照參考膜給出的標準值以及設備的使用說明確(què)定吹掃時間等參數(shù),進入(rù)試(shì)驗。
4)當氧氣滲透達到穩定狀態後,獲得試(shì)驗結果。
5)將測得的試驗結果與參考膜的標準值進行比較,得出標定係數。一般標定係數(shù)的確定公式是:
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  其中k是標定係(xì)數,P0是薄膜透氧量的標準值,P是薄膜透(tòu)氧量測(cè)試值。一些標準中給出的標(biāo)定係數計(jì)算公式采用的是傳感器輸出信號之比,在原理上與此公(gōng)式是(shì)一樣(yàng)的,因此公式之間可以進行(háng)等效轉(zhuǎn)化。
6)通過程序將標定(dìng)係數應用於測試結果的計算中,以後測得的試驗結果(guǒ)中都含有標定係數。在(zài)一些標(biāo)準中也存在不(bú)計算標定係數而使其直接以比值形式應用在試驗(yàn)結果計算中的情(qíng)況。
  在實際使用(yòng)過程中,參考膜標定遇到了一些困難。首先,並不是世界各國的標(biāo)準物質機(jī)構都(dōu)將這種用於透氣性檢測的參考膜納入其標準物質的範疇,在很多國家中根本無法獲得這種得到本國標準物質(zhì)機構認可的參考膜,因此導致一些(xiē)等壓(yā)法設備由於無法獲得參考膜而處於一種無法標定(dìng)的狀態。其次,參考膜的(de)數據穩定性是有時間限製的,要進(jìn)行有效的標定必須獲得有效的參(cān)考膜,然而由於一些等(děng)壓法設備是進口產(chǎn)品(pǐn),因此(cǐ)設備的長期標定需求加深(shēn)了(le)對設備生產廠商的依賴,從而造成使(shǐ)用成本的增加。再次,目前獲得標準物(wù)質機構(gòu)溯源的薄膜非常少,實際應用中參考膜標定都是(shì)進行單(dān)點標(biāo)定的,而且采用(yòng)的參考膜其阻隔性是屬於中阻隔的範疇,這(zhè)樣可能會在高(gāo)阻隔以及低(dī)阻隔材料檢測時出現標定誤差。可見(jiàn),參(cān)考膜標定在(zài)方便性、準確性等方(fāng)麵表(biǎo)現欠佳,因此市場對準確有效、應用更寬的標(biāo)定方法的需要非常迫(pò)切。
2.標準氣體標定
  利用已知濃度的氣體(tǐ)進行標定可以(yǐ)很好地解決目前在參考膜標定中遇到的問題。標準氣體標定(dìng)廣泛應用於微量氧探(tàn)測領域(yù)中,是標定氧傳感器的最佳方法,采用幾種氧含量不同的標準氣體(氧含量一定)來完成標定。由於等壓法透氧性測試設備中最重要的探測(cè)元件是氧傳感器,因此我們完全可以采用這種方法來對等壓法(fǎ)設備進行標定以解決目(mù)前在參考膜標定中遇到的問題(tí)。
  標準(zhǔn)氣體標(biāo)定需要準備幾種氧含量不同的標準氣(qì)體,一般采用的是50ppm、100ppm、以及500ppm的標準氣體(tǐ),可以方(fāng)便地(dì)在各地(dì)的標準氣體廠購得,價格相(xiàng)對(duì)參考膜要便宜很(hěn)多,而且可以用於(yú)長期標定。具體標(biāo)定(dìng)過程如下:
1) 向係(xì)統中通(tōng)入高純氮氣(99.999%)對係統上下腔同時吹掃約2小時。
2)向係統中通入氧含量為50 ppm的標準氣體,對係統上下腔同(tóng)時吹(chuī)掃,上下腔流量均為10ml/min,待傳感器輸(shū)出電信號值穩定後,選擇進行低端標定,觀察輸出的ppm值與(yǔ)標準值,若不一致,調整ppm值為所通入標準氣(qì)體的濃度值,確認標定。
3) 向係統中再(zài)通(tōng)入氧含量為500ppm的標準氣體,對係統上下(xià)腔同時吹掃(sǎo),上下(xià)腔流量均為10ml/min,待傳感(gǎn)器輸出(chū)電信(xìn)號(hào)值(zhí)穩(wěn)定後,選擇進行(háng)高端標定,觀察輸出的ppm值與標準值,若不一致,調整(zhěng)ppm值(zhí)為所通入標準氣體的濃度值,確認標定。
4)通過標準氣體標定確(què)定標定係數,公(gōng)式如下:
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  其中k是標定係數(shù),CZERO是零點標(biāo)定時標準氣體的濃度值,CZ是零點標定時傳感器輸出的濃度(dù)值,CEND是終點標定時標準氣體的濃(nóng)度值,CE是終點標定時(shí)傳感器輸出的濃度值。
5) 當完成(chéng)對低端和(hé)高端(duān)的標定(dìng)後,需要進行標定驗(yàn)證。向係統中通入高(gāo)純氮(dàn)氣對係統上下腔(qiāng)同時吹(chuī)掃約(yuē)2小時,再通入(rù)100 ppm的標準氣體,對係統上下腔同時吹(chuī)掃,上下腔流量均為10ml/min,若傳感器輸出(標定已經完成)在100±3 ppm範圍內,表明標(biāo)定成(chéng)功,否則應找出(chū)原因(yīn),重新標定。
6)標定驗證過程中可(kě)以采用多種不同(tóng)氧濃度的標準(zhǔn)氣體,以加強對標定準確性的判定。若每一次標定驗證的數據都非(fēi)常理(lǐ)想,最新標定的參數將被用於試驗中。
采用標準氣(qì)體標定具有很多優勢:
  首(shǒu)先,標(biāo)氣的來(lái)源廣闊,各地的標(biāo)準氣體廠都能提供,因此(cǐ)就解決了標準物質來源匱乏的問題。其次,標準氣體中的氧濃度都是用ppm來表示的,ppm(10-6)是全世界通(tōng)用的單位,解決了衡(héng)量標準(zhǔn)不統一的情況。再次,標氣製作曆史悠久、方法成熟,標氣中氧含(hán)量準確、精(jīng)度高,解決了標準物質權威效力的問題(tí)。另外,標(biāo)定效率高,采用參考膜標定一般需要對同一薄膜或者同(tóng)一批次薄膜檢測3次以上,再出具測試數據(jù)平均(jun1)值,按照等壓法的標準測試步驟計算(suàn)大概需要3天的時間,否則無法保證測試值的準確性,而這樣也僅僅是進(jìn)行了參考膜的單點標定,進行標(biāo)準氣體標(biāo)定(包括標(biāo)定驗證)一般僅需要10多小時,同(tóng)時也有利於降低標定過程中環境因素帶來(lái)的影響,因此標定準確度大大提高(gāo)。目前,標準氣體標定已經逐步應用在等壓法透氣性檢測設(shè)備上(shàng),在德國標準DIN 53380-3中已有類似應用。
3.總結
  綜上所述,在等壓法透氣性測試中應采用參考膜標定和標準氣體標定兩種模式(shì),這樣不但可以(yǐ)為等壓法(fǎ)的應用推廣掃清障礙(ài),也可以顯(xiǎn)著降低等壓法設備的使用成本。

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