稱重法透濕儀的突破

1、稱重法

　　使用分析天平稱量裝夾有試樣的透濕杯質量的變化是（shì）稱重法（Gravimetric Method）的檢測機理。由於（yú）水蒸氣相對透濕杯透（tòu）過（guò）的方（fāng）向不同，稱（chēng）重法有（yǒu）增重法（Desiccant Method）和（hé）減重（chóng）法（Water Method）兩種，它們的測試（shì）原理相同，但測試環境不同。增重法（參見圖1）的（de）透濕杯中放有幹燥劑，可認為透濕杯內部為0％RH，進（jìn）行試驗的恒溫恒濕箱的環境為38/90；減重法（fǎ）（參見圖2）中透濕杯內盛有蒸餾水或飽和鹽溶液，如果使用蒸餾水可以認為透濕杯（bēi）內部為100％RH，進行試驗的恒溫恒濕箱的環境為（wéi）38/10。

圖1.  增重（chóng）法原理圖

圖2. 減（jiǎn）重法原理圖

　　早期（qī）稱（chēng）重法透濕儀主要由透濕杯、分（fèn）析天平（píng）以（yǐ）及恒溫恒濕箱三個獨立的部（bù）分組成，測試環境和稱量環境分離，測試時間較長。在20世紀70年代，針對當時稱重法（fǎ）設備測試（shì）時間較長的缺點（diǎn），開發出（chū）了應用紅外檢定技術的傳感器法透濕儀。隨著檢測（cè）技術的進（jìn）步（bù）、檢測元器件精（jīng）度的（de）不斷提（tí）升，稱重法透濕（shī）儀不但實現了自動試（shì）驗，測試時間大大縮短，而且數（shù）據穩定性（xìng）及測試精度與傳感器法設備相（xiàng）比（bǐ）毫不遜色，並且在測（cè）試（shì）過程分析上更具優勢。

2、傳統稱重法分析

　　事實上，完全按照稱重法測（cè）試標（biāo）準中規定的步驟進行試驗仍然存在一些影響結果的因素，其中影（yǐng）響最大（dà）的是透濕杯的（de）測試環境和稱量環境不一樣。透濕杯在整個（gè）試驗過程中需要交替放置在這兩（liǎng）種環境中，它的移動要依靠人工完成，這正是試驗誤差最主（zhǔ）要的（de）來源。一方麵，由於測試環境和稱重環境不（bú）同（一般稱重在實驗室（shì）中進行，使用的環境是23/50，而常用（yòng）的減重法測（cè）試環境是38/10，增重法（fǎ）測試環境是38/90），透濕杯的移動會使得（dé）水蒸氣對試樣的滲透平衡被破壞，平衡的恢複需要一定的（de）時（shí）間，不過（guò）無論這段時間的長短卻（què）都沒有從總的滲透時間中扣除（chú），這樣不但延長了滲透平衡時間，而且成為試驗誤差的主要來源。另一方麵，透濕杯的移動操作對操作人員的依賴性較（jiào）大，若在試驗過（guò）程中更換（huàn）了操作人員，可能會對試驗結果造成影響。

3、減重法透濕儀的改良以及檢測突破

3.1  為什麽選（xuǎn）擇減重法

　　盡（jìn）管在中國增重法更（gèng）為（wéi）大多數軟包裝從業者所接受，但所有與增重法（fǎ）有關的標準中都明確寫出（chū）了這（zhè）種測試方法存在增重上限（即（jí）對測試時間以及試樣（yàng）透（tòu）濕（shī）量的大（dà）小有限製），例如：GB 1037-1988中規定透濕（shī）杯中的幹燥（zào）劑吸濕總增量不得（dé）超過10％；ASTM E96中規定增重法（fǎ）在試驗過程中吸濕增重限製在4％之內。而且，由（yóu）於幹（gàn）燥劑是固態（或粉態）的堆（duī）積，為了保證幹燥劑的（de）吸濕能力需要在試驗過程（chéng）中每隔一段時（shí）間輕微振動幹（gàn）燥劑（jì）使其上下混合，而這步操作離開操作人員是無法進行的。可見增重法（fǎ）很難（nán）實現全自動檢測，主要原因是一（yī）定量的幹（gàn）燥劑對於（yú）控製透濕杯內部環境的貢獻是有限的，無法持久保持90％RH的水蒸氣壓差。

　　於是，減重法（fǎ）成為全自動稱重法設備的首選。令人意（yì）外的是對（duì）於減（jiǎn）重法，實現全自動（dòng）檢測後減少了很多以前容易引起（qǐ）誤差的操作，並可有效避免透濕杯的震動，減少（shǎo）杯內溶液與試樣接觸的機會。同時，使用蒸餾水或飽和鹽（yán）溶液控製透濕杯內的測試環境（jìng）效果穩定可靠，能夠持久保持試樣（yàng）兩側穩定的水蒸氣壓差。

3.2  減重法透濕儀的（de）改（gǎi）良基礎（chǔ）

　　首先，隨著時代的發展，稱重傳感器的精度獲得了巨（jù）大的提（tí）高。由於稱重傳感器是稱重法設（shè）備的核心，所以它的進步可直接提升稱重法設備（無論是增重法設備還是減（jiǎn）重法設備）的測試精度，有（yǒu）效縮短試驗過程中滲透平（píng）衡的判斷（duàn）時間，進而有效縮短整個試驗的時間。目前，Labthink蘭（lán）光在（zài）製造TSY-T1型和T3型透濕性測試儀時采用的稱重（chóng）傳感器分辨率高達0.1mg，完全滿足國標以（yǐ）及ISO標準的要求（qiú）。

　　其次，可以（yǐ）將溫濕度控（kòng）製技術與稱重技術聯合設計，實現在測試環境中稱量透濕杯的重量，使得減重法的試驗過程完全不受外（wài）界因素的幹擾，有效避免了之（zhī）前提到的由於測試環（huán）境和稱量環境不同給試驗帶來的影響，試驗結果更（gèng）加（jiā）準確。傳感器法曾經（jīng）以試驗過程不受幹擾作為（wéi）其（qí）主要優點，然而現在（zài）的減重法設備也能（néng）實現無幹預的試驗過程，並且能將試樣兩側的濕度差控製（zhì）地非常穩定。

第三，計算機應用的推廣使操作人員可以通過軟件（jiàn）監控整個試驗過程，並可通過程序設定（dìng）對有價值的直接測試數據進行自動記錄，記錄（lù）的時間間隔可調、數據更加精確、信息更加豐富。雖然傳感器法透濕儀也可以使用軟件操作（zuò），但用（yòng）參考膜標定設（shè）備（bèi）並（bìng）將標定係數用於計算是獲得（dé）試驗數據的前提，而且（qiě）傳感器直接測（cè）量輸出的是電流或（huò）電壓信號（hào），這個信號需要經過轉換才能成為我們通常所需的透濕量、透濕率等數據，所（suǒ）以獲得傳感器（qì）法設（shè）備的實時測量數據不如稱重法的意義顯著。

3.3  改良減重法透濕儀的突破

　　有一些文獻認為稱重法測量精度低、數據重複性差（chà），不適合用於（yú）高阻濕（shī）材料的（de）檢測，實際上，隨著減重（chóng）法設備在以上幾方麵的改良，它完全可以滿足高阻濕材料的檢測要求，而且數（shù）據重複性非（fēi）常好（hǎo）。表1是MD传媒视频實驗室使用TSY-T1減重法（fǎ）透濕儀檢測試樣透濕性的（de）部分試驗數據：

表（biǎo）1. MD传媒视频實驗室數據注：

WVT的單位是g/m²·24h

　　由上（shàng）表數據可以看出，TSY-T1減重法（fǎ）透濕儀在（zài）高阻（zǔ）濕材料的透濕性測試中表現出色，數據波動一般都穩定在3％以內。當然，試樣的（de）均勻性能顯著影響試驗結果的穩定性，尤（yóu）其是對於高阻濕試樣。而且對於高阻濕試樣，它的標準偏差即使與（yǔ）其他（tā）試樣相同，計算得到的數據波動百分比CV也相差很大，如試樣A和D，標準偏差均為0.5，但CV相差5倍有餘，因此在討論數據的（de）波動百分比時應結合試樣的透濕性才能獲得更加合理的（de）分析結果。

4、展望

　　材料的水蒸氣透過量（liàng）是由稱重法來定義的，稱重法在透濕性測試領域具有無可替代的（de）地位，影響（xiǎng）力非常大（dà），它是獲（huò）得全球認可的測試方法（fǎ），因此稱重法設備的進步能促進全球透（tòu）濕性檢測的發展。盡管傳感器法檢測設備的發展也很迅速，但檢測原理使它們無法脫離標準膜的標定，而在部分傳感器法檢（jiǎn）測標準（如（rú）ASTM F1249-01、ASTM E398-03等）中都明確指出標準膜的數據要由稱重法測得。