牟軍 奉永道 李煒

摘 要：包裝材料的氣體透過性能的測試需要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T1038，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與一致性。分析了測試環(huán)境、容積測量、厚度大樣品的側(cè)漏問題、真空室容積以及核心部件即真空計對測量誤差的影響。同時，明確了測試過程與測試結(jié)果最大容許偏差。

關(guān)鍵詞：氣體透過量檢測；GB/T 1038；防側(cè)漏技術(shù)；誤差分析；泄露檢測

中圖分類號：TB 文獻標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.092

1 前言

包裝材料的氣體透過性能，對于食品的安全與質(zhì)量保證，有著重要的影響。國標(biāo)GB /T1038規(guī)定了包裝材料氣體透過性能測試方法，并對測試要件與計算方法進行了明確。為了實際應(yīng)用中取得更準(zhǔn)確、更一致的測試數(shù)據(jù)，有必要分析測量儀器的工作環(huán)境及測量儀器的關(guān)鍵部件對測量誤差的影響。詳細研究這些誤差原因，有助于提高測量精度，加強測試結(jié)果的一致，保證質(zhì)量監(jiān)控的有效性和嚴(yán)肅性。

2 國標(biāo)GB/T1038規(guī)定的氣體透過量的測試條件與原理

在國標(biāo)GB/T 1038中，均規(guī)定恒溫條件下的透氣室（高壓室/低壓室）為：溫度：23℃，誤差為±2℃。

（1）高壓室壓力范圍：（1.0-1.1）×105Pa；

（2）透氣室系統(tǒng)包含基本配置。

①高壓室/低壓室；

②中間帶有孔的支撐板；

③真空密封油脂；

④濾紙規(guī)格：化學(xué)分析用濾紙（厚度0.2-0.3mm）；

⑤低壓室測壓裝置（高精度真空計）：準(zhǔn)確度不能低于6Pa；

⑥高壓室測壓裝置（高精度壓力傳感器）；

⑦真空泵：應(yīng)能使低壓室的壓力不大于10Pa；

⑧閥門：針閥，隔斷閥，以及放空閥等；

⑨試驗氣體：高純度氣體。

測試原理：塑料薄膜以及片材將低壓室和高壓室分開，高壓室充有約105Pa的試驗氣體，低壓室的體積已知（對于給定的儀器，低壓室體積V和試樣的試驗面積S是一常數(shù)），試樣密封好后用真空泵將低壓室內(nèi)的空氣抽到直至27 Pa以下接近零值，并繼續(xù)脫氣3h 以上，以排除試樣所吸附的氣體和水蒸氣。

用測壓計（高精度真空計）測量低壓室內(nèi)的壓力增量△P，可確定試驗氣體由高壓室通過規(guī)定試樣面積到低壓室的以時間為函數(shù)的氣體量，應(yīng)排除氣體透過速度隨時間變化的初始階段。

定義：在恒定溫度和單位壓力差下；在穩(wěn)定透過時；單位時間；透過單位試樣面積的氣體的體積；要以標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示。

顯然，以上測試條件的每一項改變，配置各部件的性能優(yōu)劣，真空室的容積測量準(zhǔn)確性，以及密封性能都會影響測試結(jié)果。

3 穩(wěn)定環(huán)境中理想儀器的測量誤差

首先，我們假定一個理想儀器與一個穩(wěn)定工作環(huán)境，即： Te（透氣室測試溫度）， V（真空室的中空體積），S（試樣透過面積），均為恒定值，與時間相關(guān)項僅有dp項（高壓腔室氣體透過樣品進入低壓腔室的體積，壓力的增量）， 試樣透過率函數(shù)為Qg，真空計的壓力測量函數(shù)f，t。

則對于一個特定樣品，在穩(wěn)定透過或者透過處于平衡狀態(tài)點后（以平衡態(tài)為時間原點0），高壓腔室氣體透過樣品進入低壓腔室的體積，壓力的增量為：

并設(shè)定樣品密封良好，但在真空狀態(tài)下一定存在泄漏無法避免，如何確保其泄漏率為恒定值，受真空室結(jié)構(gòu)，以及部件泄漏率的影響，則式（5）退化為：

真空計本身的真空最大測量誤差產(chǎn)生泄漏率誤差：Y3（為已知值），Y2與Y3通過測試系統(tǒng)多次重復(fù)測試即可測量出，且為穩(wěn)定值；而唯一不能確保的是Y1會因樣品厚度和樣品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異，處于一個不穩(wěn)定的變化狀態(tài)，因此樣品的防側(cè)漏裝置對于Y1更低接近于0的確保非常重要；可以通過更換樣品多次重復(fù)測試來測出一個穩(wěn)定值。

對于有安裝防側(cè)漏的裝置，以及良好性能的真空連接部件，確保此泄漏率為恒定值，儀器本身可以通過重復(fù)基線測試得出，同時Y值大小體現(xiàn)整個系統(tǒng)的密封效果和穩(wěn)定性。

Qg1定義為基線數(shù)據(jù)；

整體系統(tǒng)所產(chǎn)生的透過量誤差Qg1=（Y1+Y2+Y3）*K ；

當(dāng)測試系統(tǒng)需要穩(wěn)定測試透過的樣品時；

則樣品真實透過量Qg2= dpV/△t*K；Qg2=Qg-Qg1。

總結(jié)：真空室的容積精確測量對包裝壓差法氣體透過量的測定非常重要，是直接要素；以及部件的性能和泄露的檢驗，樣品的側(cè)漏對真空室壓力的變化的穩(wěn)定性測試也至關(guān)重要，因市場各產(chǎn)品參差不齊，未實現(xiàn)真空室容積的測量以及整體測試系統(tǒng)密封性能的泄露指標(biāo)的測定。

壓差法透過量測試儀的優(yōu)化設(shè)計和對部件泄露測試，防側(cè)漏裝置的研制，實現(xiàn)了壓差法更高精度和更高效率的測試，以及實現(xiàn)全要素的測定。

參考文獻

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