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传感器法透湿性测试仪的检测优势 传感器技术指标

时间:2020-07-29    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
摘要:测试环境的温度和湿度是影响透湿性测试数据的两大主要因素,因此对这两项进行有效控制,可使测试数据准确性和重复性明显提高。本文对两类透湿性检测方法进行了对比,并以Labthink TSY-W3电解法透湿仪为例介绍了传感器法的检测优势。
关键词:透湿性,传感器法,称重法,温度控制

由于包装内的水蒸气含量能使一些产品的质量发生变化,因此在选择包装材料时应该特别注意材料的透湿性能。包装材料的透湿性能因材料的不同而存在显著差异,因此透湿性能的检测非常重要。影响透湿性测试结果的因素很多,其中以试验温度和试样两侧湿度差的稳定性对试验结果所产生的影响最显著。

1.透湿性测试中温度控制的重要性

绝大多数结晶高聚物都是半晶聚合物,理论上认为聚合物的结晶部分是渗透物分子在聚合物内部扩散过程所经途径中的不可穿过区域,扩散主要发生在无定形部分。聚合物分子链越长,其构象越多。当温度升高时,由于热运动,分子链构象变化得越快,聚合物内聚度下降,渗透质分子在聚合物内的扩散速度加快,即当温度升高时材料的阻隔性会降低。

水蒸气对聚合物的渗透过程受温度波动影响明显(这点与无机气体渗透类似),与温度的关系均服从Arrhenius方程:

随温度升高,透湿系数增大,但不同聚合物膜增加的情况有差别。有文献指出,无定形的材料随温度的升高透湿系数增加较快,而具有一定结晶度的材料增加的就会慢一些。

2.湿度差对试验数据的影响

由于水蒸气是极性分子,在水蒸气对极性聚合物的渗透过程中,一些聚合物会首先吸收水蒸气出现溶胀现象,使其中的自由体积增大。材料的透湿系数具有明显的水蒸气浓度依赖性,相应地,材料的透湿量也受湿度变化的影响,表现为部分聚合物的透湿量与其两侧的相对湿度差成非线性的变化,如亲水性聚合物赛璐酚的透湿量与相对湿度差的关系就不成线性。这种渗透量与分压差(对于透湿性测试来讲即是相对湿度差)不成线性关系的现象就是水蒸气与常见无机气体在聚合物渗透过程中最显著的区别。

3.称重法和传感器法差异

目前所采用的透湿性检测主要是两类:称重法和传感器法,它们的检测原理不同,设备结构具有明显差异。

简单说,称重法就是将试样密封在透湿杯中,然后将透湿杯放置在恒温恒湿的环境中,利用恒温恒湿的环境和透湿杯内放置的干燥剂或是饱和盐溶液来控制试样两侧的相对湿度,通过测量试验过程中透湿杯重量的增减来计算试样的透湿量。这种测试方法的试验温度是由恒温恒湿环境提供的,湿度则取透湿杯内湿度与环境湿度的差值。由于在试验前及试验过程中需要在恒温恒湿环境中对透湿杯进行放置、移位等操作,因此所需的恒温恒湿环境往往体积较大,这不利于对环境的温度和湿度进行控制。


图1. 减重法测试原理图

传感器法依照所采用的传感器种类的不同分为红外传感器法、电解法以及动态相对湿度测定法。其中红外传感器法与电解法的检测结构相近,原理相似,都是将试样密封在上下测试腔中,利用饱和盐溶液将试样的一侧控制为高湿的状态,而另一侧用干燥气体吹扫以保持干燥,这样试样两侧就形成了特定的湿度差。透过试样进入干燥侧的水蒸气被干燥气流携带进入传感器中测定其中的水分含量以判断试样的透湿量。基于这两种检测原理的设备工作独立性都很好,而且所需的测试腔体积非常小,使得控温控湿易于进行。动态相对湿度测定法的检测原理与红外传感器法以及电解法有一定差别,在这种方法中温度控制也易于实现,而试样两侧的湿度差根据测试原理在整个测试过程中都是在不断变化的。


图2. 电解法示意图

4.传感器法透湿性测试仪的温湿度控制优势

体积是在某个空间中实现温度和湿度均匀的主要影响因素之一,体积越小,温度、湿度的均匀控制效果越好。如前所述,传感器法的设备结构比称重法的设备结构更易于实现测试环境中的温湿度均匀控制,可以通过特殊技术处理获得理想的控制效果。以Labthink TSY-W3为例说明一下电解法在温湿度控制方面的优势。

Labthink TSY-W3电解法透湿仪采用高精度电解法湿度传感器,其突出结构特点是在采用水浴控温的原理上加以改进利用恒温循环水来保持测试腔的温度,而且恒温循环水由外循环控制器来控温并提供循环动力。尤其值得一提的是,TSY-W3所采用的循环控制器既可制热又可制冷,控温范围在0℃~100℃,控温精度可达±0.1℃,不但完全满足国内外检测标准的需要,而且在Labthink系列透湿性测试仪中控温也是较好的。选择饱和盐溶液进行湿度控制可使试样高湿一侧的湿度均匀稳定,而低湿一侧的气流由干燥器控制湿度,因此试样两侧能获得非常稳定的湿度差,波动非常小。温湿度控制得越精确越有利于试验结果,TSY-W3的实测数据重复性在其整个测试范围内都非常好(当然材料的均一性也是影响测试数据重复性的一个关键因素)。此外这款设备测试时间相对与称重法设备有一定的缩短,尤其是在进行透湿性较低的材料的检测时能体现出较大的检测效率优势。而且对测试环境中的震动也不敏感,有效避免了环境干扰对试验效率的影响。

5.总结

测试环境的温度和湿度是影响透湿性测试数据的两大主要因素,因此对这两项进行有效控制可使得测试数据准确性和重复性明显提高。综合比较显示,Labthink TSY-W3电解法透湿仪在温湿度检测控制方面表现出较强的检测优势。

      当主动轴旋转时,主动轴带动皮带,进行物料输送。皮带在输送的过程中,会出现打滑的现象,产生主动轴旋转,皮带却不跟转,终引发皮带断裂,给设备造成损失。

      我方现针对这种情况,提出一套带式过滤机上安装两个传动装置,一个传动装置安装在主动轮上,由主动轮带动传动装置,传动装置连动齿轮,通过测量齿轮的转速进而得出主动轮的转速;另一个传动装置由皮带带动传动装置,同时传动装置通过轴承带动齿轮,通过测量齿轮的转速来反应皮带的转速。终根据测量到主动轮和皮带的转速进行比较,当皮带转速低于一定值时,即进行报警,同时输出开关量。

      传动装置示意图如下:

                                    图一  皮带测速示意图


                                         图二   主动轮测速示意图

      测量方案使用的具体方法:

      由两个传动装置带动转速齿轮分别测得主动轮的转速n1,皮带转速n2。当皮带转速n2低于主动轮转速n1的百分比小于某一数值时(例如,当n2≤n1*80%)时,即判定皮带打滑。此时皮带转速n2和主动轮转速n1已经通过转速的信号转换,转换成4-20mA的模拟量输出,通过控制柜里逻辑电路的比较,当达到临界值以后,控制柜会进行声光报警。

      此方法需注意几点:

1、判定打滑的百分比应该经过多次数据记录以后进行统计得出。

2、对于n2低于n1的时间要有一定的控制,如果n2的突然性的变小不能判定为打滑。

3、对于变频的瞬间不能作为判定皮带打滑的时间节点,需转速稳定后才能进行判断。

  

  • 使用的测量装置

      主要部件:

1.霍尔转速传感器

      霍尔转速传感器适合于低速运转的齿轮,是一种非接触式的传感器。采用磁敏效应,当金属齿经过齿轮传感器前端时,引起磁场变化,传感器元件检测到磁场变化,并转换成一个交变电信号,传感器内置电路对该信号进行放大、整形,输出良好的矩形脉冲信号,测量频率范围更宽,输出信号更稳定,安装简单,防油防水,同时根据现场腐蚀性强的特点,传感器材料采用316L不锈钢材料,同时引线采用防腐蚀耐油的AFPF材料引线。

2.智能转速监控仪

      通过接收霍尔转速传感器的信号,对皮带的转速进行显示,同时可以设定报警值,当皮带的转速低于一定速度时(暂定为低于正常转速的80%),仪表报警信号灯亮起,同时输出一个开关量信号;仪表带有4-20mA的模拟量输出,转速信号可以转换成模拟量信号,与主轴转速模拟信号可以进行比较,作为一个判断皮带是否正常运转的参考值。

3、传动装置

      传动装置是实现测量皮带转速的关键装置,传动装置一边轻靠在皮带上,另一边通过轴承与齿轮相连接,当皮带转动时,带动传动装置,传动装置通过轴承带动齿轮转动,通过测量齿轮转速来反映皮带的转速。主动轮测速的传动装置配一个压紧装置,内部有弹簧,前端的探杆可以伸缩。保持传动轮随时都与主动轮贴紧,防止由于主动轮的晃动引起的传动轮不能与主动轮相靠紧的现象出现。具体示意图见图二。

配件:

  1. 传感器安装支架,用于固定转速传感器,通过锁紧螺母把转速传感器固定在支架上。
  2. 夹紧装置,用于固定传感器和传动装置,通过锁定螺母,固定在带式过滤机的外框架上
  3. 安装仪表的控制柜放置于中控室内,控制柜内放置8台转速仪表,同时对4套带式过滤机进行监测

                          图三 控制柜外形尺寸图

  • 安装与使用
  1. 鉴于现场环境比较恶劣(腐蚀性强,盐分高),安装材料采用316L不锈钢(包括支架,夹紧装置)。
  2. 传感器安装完毕后,要进行试运行,待各部分稳定后,方可进行正常的工作。
  3. 转速传感器与齿轮的安装间隙在1mm-2mm之间,各部件均要安装牢固,保持皮带运行时能稳定测量,以确保测量得到的数据准确。注意对传感器的调教,使用了一段时间后要对安装间隙进行调教
  4. 传感器的引线走向尽量避开变频或者高频干扰的区域,同时引线一定要避免短路等情况的出现。

       5、安装支架与转速传感器一体化安装,安装支架需要定期进行清理维护,转速传感器和齿轮配防护罩,防止碱水等油污污染,确保装置的使用寿命。




    很多人在购买电磁流量计使用一段时间以后,再次使用发现测量数据的不准确。其实这不是电磁流量计本身存在的质量问题。是因为使用者没有按照说明书中的方法保养和维护。
    电磁流量计是一种精密的感应式仪表,即使选型和安装都是合理正确的,但用户的保养维护不到位,还是会对测量的准确度及仪表的使用寿命产生很大的影响。
    一、零点检查和调整
    电磁流量计投入运行前,通电后必须在电磁流量传感器充满液体静止状态下调整零点。投入运行后亦要针对使用条件定期停流作零点检查;尤其对沉淀、易污染电极,含有固相的非清洁液,在运行初期应多作检查,以获得经验确定正常检查周期。交流激磁方式的电磁流量计与矩形波激比,更易产生零点漂移,因此更要注意检查和调整。
    举两个沉积层产生故障的应用失误的例子。一个是石油钻探固井工程中,灌注水泥浆的流体总量是重要工艺参数,经常会使用高压电磁流量计。仪表间歇使用,用毕后以清水冲洗传感器测量管,其余时间是空管。由于清洗不彻底,测量管内壁残留水泥浆固化成薄层,近二个月积聚形成绝缘层,包覆了整个电极表面,导致运行不正常到最终不能工作。
    另一个是电解切削工艺验装置上,用电磁流量计控制饱和食盐水流量,间隙使用一段时期后发现流量信号渐渐减弱,2个月后信号为零。原因是电解切削过程中氧化铁沉积管壁,形成短路所致。清除层积即立即恢复正常。
    二、定期检查传感器电性能
    首先,粗略地测量电极间电阻。断开传感器与转换器间信号连线,传感器内充满液体,用万用表测量两电极与接地端的电阻值,是否在制造厂规定值范围内,且所测得两值大体相同。记录下首次测量的电阻值,此值对以后判断传感器故障原因(如沉积层是导电的还是绝缘的)是有用的。
    其次,将传感器放空液体,擦净内壁,待完全干燥后用兆欧计测量两电极和接地端子间的电阻。
    最后,检查激磁线圈绝缘电阻,卸下传感器激磁线圈,将端子与转换器间接线,用兆欧计测量线圈的绝缘电阻。







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