文/鄧力生

（作者單位：福建省纖維檢驗(yàn)局）

1 引言

透濕性能測(cè)試儀（以下簡(jiǎn)稱透濕儀）用于紡織品透濕性能測(cè)試，主要由恒溫恒濕試驗(yàn)箱、旋轉(zhuǎn)試樣架及透濕杯組成。使用部門(mén)提出透濕儀申購(gòu)需求時(shí)，是根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中描述的儀器計(jì)量特性，通常不夠嚴(yán)謹(jǐn)，指標(biāo)也比較粗放，其指標(biāo)的偏離對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響量多大，并無(wú)深入分析，導(dǎo)致驗(yàn)收合格透濕儀投入使用后檢驗(yàn)結(jié)果誤差大。要進(jìn)一步研究設(shè)備各項(xiàng)計(jì)量特性對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響，才能提出適用的具體計(jì)量特性指標(biāo)，做到保證檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確情況下經(jīng)濟(jì)合理選擇儀器。

在織物透濕性能檢驗(yàn)項(xiàng)目比對(duì)中，不僅檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)之間比對(duì)結(jié)果離散性大，甚至同一人員在同一時(shí)間同一地點(diǎn)的同型號(hào)兩臺(tái)儀器上的比對(duì)，仍存在檢驗(yàn)結(jié)果差異大的情況發(fā)生，分析原因，往往問(wèn)題出在儀器上，即忽略了透濕儀計(jì)量結(jié)果的深入分析及精準(zhǔn)應(yīng)用。透濕儀的主要計(jì)量特性有：溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、透濕杯有效直徑。以下，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)[1-2]的試驗(yàn)條件為例，分別分析透濕儀各項(xiàng)計(jì)量特性指標(biāo)的偏離對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響。

2 透濕杯有效直徑影響

不做空白試驗(yàn)，試樣透濕率按式（1）計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果以三塊的平均值表示[1]。

式中：WVT——透濕率， g/(m2·h)；Δm——同一試驗(yàn)組合體兩次稱量之差，g；A——有效試驗(yàn)面積，m2；D——杯口內(nèi)直徑，m；t——試驗(yàn)時(shí)間，h。

為便于分析，排除檢驗(yàn)員操作上引起的不確定度影響及樣品不均勻、溫濕度誤差及稱重影響，即不考慮Δm導(dǎo)致的不確定度分量影響，我們僅考慮由面積A及試驗(yàn)時(shí)間t兩個(gè)計(jì)量特性導(dǎo)致的不確定度分量影響，并保證這兩個(gè)計(jì)量特性合成相對(duì)不確定度分量小于1%，來(lái)反推求得計(jì)量特性的具體指標(biāo)允差。根據(jù)不確定度傳播律，式（1）轉(zhuǎn)化為相對(duì)不確定分量形式來(lái)分析比較便捷：

按urel(WVT )≤1%來(lái)分析直徑D及時(shí)間t校準(zhǔn)允差。

試驗(yàn)時(shí)間t按檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是1h，按目前成熟的工業(yè)制造技術(shù)，透濕儀計(jì)時(shí)器示值允差達(dá)到±2s不成問(wèn)題，設(shè)其不確定分量按平均分布，則

杯口內(nèi)直徑D標(biāo)稱值為60mm，如果其尺寸允差按±1mm制作，不確定度分量按平均分布，則

代入式（2）計(jì)算，urel(WVT)=1.9%，超出1%要求，故直徑計(jì)量特性按（60±1）mm是不合適的，且直徑誤差是合成不確定度分量的主要來(lái)源，必須減少該分量。按允差±0.5mm計(jì)算， urel(WVT)=0.97% ，正好滿足1%的預(yù)定要求，考慮到透濕杯制作加工工藝水平及常年使用過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的形變、污漬或磨損，故杯口直徑允差按±0.3mm，足以保證長(zhǎng)期使用過(guò)程對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響的不確定貢獻(xiàn)小于1%。

3 溫濕度影響

試樣透濕度按式（3）計(jì)算[1]

式中：WVP——透濕度，g/(m2·Pa·h)；Δp——試樣兩側(cè)的水蒸氣壓差，Pa；pCB——在試驗(yàn)溫度下的飽和水蒸氣壓力，Pa；R1——試驗(yàn)箱的相對(duì)濕度，%；R2——透濕杯內(nèi)相對(duì)濕度，%；ΔR——透濕杯內(nèi)外相對(duì)濕度差，%。

忽略其他因素影響，只考慮溫度影響量pCB及相對(duì)濕度影響量ΔR，根據(jù)不確定度傳播律，轉(zhuǎn)化為相對(duì)不確定分量分析：

這里，在透濕儀檢驗(yàn)要求的溫度和濕度下，儀器實(shí)際值存在偏差，列出試驗(yàn)人員不考慮儀器偏差導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差表，分別見(jiàn)表1及表2。

表1 濕度偏差與相對(duì)誤差

由表1發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)法A中，由于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件的濕度差50%RH比吸濕法條件90%RH小，濕度偏差的影響量更大。

由表1與表2對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，透濕儀溫濕度數(shù)值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的貢獻(xiàn)是相當(dāng)大的，尤其是溫度，溫度偏離1℃造成的相對(duì)誤差影響要大于濕度偏離2%RH的影響。如果檢驗(yàn)人員按試驗(yàn)設(shè)定值而不是按透濕儀溫濕度計(jì)量結(jié)果實(shí)際值計(jì)算，結(jié)果會(huì)有較大偏差。假設(shè)透濕儀溫濕度為40℃/52%RH，溫度偏差+2℃，濕度偏差+2%RH，雖然指標(biāo)滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，但溫度偏差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量達(dá)11.30%，濕度偏差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為4.00%，按式（4）計(jì)算出合成不確定度分量 urel(WVP)=12% ，這僅是溫濕度偏差導(dǎo)致的透濕度相對(duì)不確定度分量理論值，再綜合考慮其他人工操作、天平稱重等各種標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量影響，最終檢驗(yàn)結(jié)果的不確定度更大。所以要提高檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度，需從各方面加以改進(jìn)，對(duì)透濕儀，提高溫濕度準(zhǔn)確度，降低這12%影響是有意義的?？紤]目前絕大多數(shù)廠家的技術(shù)水平，再進(jìn)一步提高溫濕度準(zhǔn)確度不僅難度大，制造成本也急劇提高，故將透濕儀的溫濕度計(jì)量特性指標(biāo)定在±0.5℃/±2%RH。以38.5℃/52%RH為例計(jì)算， urel(WVP)=4.8% ，在尚可接受范圍。所以，透濕儀溫濕度必須定期校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)超差必須修正后才能使用。

表2 溫度偏差與相對(duì)誤差

4 風(fēng)速影響

透濕儀的風(fēng)速大小直接影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù)，風(fēng)速大增加了水的蒸發(fā)量。不同種類的織物，風(fēng)速大小對(duì)其影響的程度不同。標(biāo)準(zhǔn)給出試驗(yàn)條件是氣流速度(0.3～0.5)m/s，文獻(xiàn)指出[3]，在風(fēng)速1m/s內(nèi)試驗(yàn)，風(fēng)速每升高0.2m/s，織物透濕率的試驗(yàn)結(jié)果平均值升高了（1.8～4.6）%，原透濕率大的增加值也大，無(wú)試樣的空白試驗(yàn)增加值達(dá)7.8%。透濕儀內(nèi)氣流分布非常復(fù)雜，存在湍流，各空間幾何位置點(diǎn)流速差異大，總體是離入風(fēng)口近端的位置氣流流速大，遠(yuǎn)端流速低，即使是固定點(diǎn)也測(cè)不出穩(wěn)定的氣流流速，好在試驗(yàn)過(guò)程試樣架不停勻速旋轉(zhuǎn)，使得試樣架上各透濕杯所受氣流影響基本一致，給均衡了。溫度濕度存在的少許不均勻，也是通過(guò)勻速旋轉(zhuǎn)給均衡了。校準(zhǔn)或核查時(shí)須旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下測(cè)量，不用太糾結(jié)瞬間流速，應(yīng)以較長(zhǎng)時(shí)間段的平均值為準(zhǔn)，當(dāng)平均氣流速度達(dá)（0.4±0.1）m/s時(shí)，固定透濕儀風(fēng)速調(diào)整裝置并做好標(biāo)記。

5 結(jié)語(yǔ)

儀器設(shè)備申購(gòu)前，須有計(jì)量參數(shù)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響量的評(píng)估，投入使用的儀器設(shè)備須定期校準(zhǔn)，且校準(zhǔn)證書(shū)的校準(zhǔn)結(jié)果須正確加以應(yīng)用，這些是保障檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。以上對(duì)結(jié)果影響量分析表明，透濕杯口徑偏差1mm影響占比1.9%。在透濕度檢驗(yàn)中，溫度偏差2℃影響占比11.3%，濕度偏差2%RH影響占比4.0%，風(fēng)速偏差0.2m/s根據(jù)不同試樣影響占比在（1.8～4.6）%之間，溫度偏差影響占比最大，卻往往容易給忽視。建議透濕儀的計(jì)量，因透濕杯有效直徑使用中變化不大，首次校準(zhǔn)即可，后續(xù)定期校準(zhǔn)溫度、濕度、氣流流速這3個(gè)計(jì)量參數(shù)。如果校準(zhǔn)結(jié)果無(wú)法滿足透濕儀溫度誤差±0.5℃、濕度誤差±2%RH、氣流速度符合(0.3～0.5)m/s，透濕儀必須根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果校正或調(diào)修后使用。