用於多孔材料的孔徑測量儀及其測量方法

2023-11-05 10:50:32

專利名稱：用於多孔材料的孔徑測量儀及其測量方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於測量汽車、醫藥、華工等行業的過濾紙及紙板、醫用口罩、
手術服等多孔材料的最大孔徑的測量儀及其測量方法。
背景技術：
用於測量汽車、醫藥、華工等行業的過濾紙及紙板、醫用口罩、手術服及醫用儀器包 裝紙袋等均為多孔材料。孔徑是表徵多孔材料孔隙特性的基本參數之一。已知的多孔材料及 其製品孔徑的測量方法有鼓泡法、滎壓入法、懸濁液過濾法、流速法和顯微鏡法等，這些方法 各有優缺點。在專利申請號為91102213. 9中已披露了一種"流體滲透測孔儀及其測試法"，該 專利申請的孔徑測量方法是採用兩步法，即在測試壓力小於0. 07兆帕時採用氣_液測試法， 在測試壓力大於0. 07兆帕時採用液_液測試法，該方法操作麻煩。該專利申請的孔徑測量儀 既可以用作氣_液測試法測試，也可以用作液_液測試法測試，因此結構比較複雜。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於多孔材料的孔徑測量儀及其測量方法，該測量儀 及其測量方法操作簡便、測量範圍廣、重複性好。 本發明所提供的一種用於多孔材料的孔徑測量儀，為一箱體結構，它包括機械部 分和電子測控系統，所述機械部分包括一試驗頭、一壓力調整裝置、一檢驗開關、一壓力測 量裝置及設在箱體表面的控制面板，其中， 所述試驗頭包括一安裝在箱體上端的筒狀容器、一設在筒狀容器上端面的下壓 環、一位於下壓環上方的上壓環、一固定在上壓環上端面的壓緊手柄、一一端連接在筒狀容 器底部邊緣的鎖緊手柄； 所述多孔材料的試樣被夾緊在上、下壓環之間； 所述壓力調整裝置安裝在箱體上部，它包括依次通過管道連接的一用於控制空氣 流向試驗頭的氣泵、一用於提升試驗頭中的空氣壓力的流量調節閥及一用以保證保持壓力 升高所必需的空氣流速以克服通過材料的氣流損失的儲氣瓶；所述儲氣瓶的輸出端通過管 道連接試驗頭， 所述檢驗開關的輸入端和輸出端分別連接儲氣瓶和壓力測量裝置； 所述電子測控系統通過一壓力傳感器與機械部分連接，它包括通過信號線與壓力
傳感器連接的放大器、通過信號線與放大器連接的含有顯示器的單片計算機、通過信號線
與計算機連接的微型印表機，所述壓力傳感器輸出與試樣所受壓力成正比的電信號經放大
器放大並轉化成數字量，經由單片機進行標度變換，再由顯示器顯示壓力值。 上述的用於多孔材料的孔徑測量儀，其中，所述下壓環為一橡膠墊圈。 上述的用於多孔材料的孔徑測量儀，其中，所述上、下壓環的內徑為50±0. 5mm，所
述試樣的面積為20 ±0. 5cm2。 上述的用於多孔材料的孔徑測量儀，其中，所述控制面板上設有一復位開關、一顯示器、一校準按鍵、一調零旋鈕、一電源開關及一功能鍵盤。
本發明所提供的一種用於多孔材料的孔徑測量方法，該測量方法為先利用對多 孔材料能夠完全溼化，並有恆定的表面張力的試驗液體浸潤試樣，使試樣的孔道空隙達到 飽和，然後使空氣強行通過被試驗液體浸潤的試樣孔隙，觀察空隙冒出第一個氣泡時所需 的壓力，再通過公式計算試樣的最大孔徑值r，
該公式為r = 2TX106/pPg
或近似公式r = 204T/P 式中T為試驗溫度下的試驗液的表面張力，mN/m ; g為重力加速度，mm/s2 ; p為試驗溫度下水的密度，mg/mm3 ; P為氣泡壓，毫米水柱。 上述的用於多孔材料的孔徑測量方法，其中，所述試驗液體為混合溶液，由以下重 量百分含量的組分混合而成
無水乙醇 60 70%
15 20% 10 15%


聚醚矽油 乙酸乙酯 其餘為水。 上述的用於效
:多孔材料孔徑的測試液，其中，在標準大氣範圍內，測試液體的表
面張力可以恆定在29mN/m，溫度修正係數為-O. 005mN(m K)。 上述的用於多孔材料的孔徑測量方法，其中，該方法執行於如權利要求1所述的 用於多孔材料的孔徑測量儀，即將試樣在離試驗液體表面12 18mm的深處浸泡，至少3分 鍾後取出試樣，並夾置於試驗頭中，再注若干毫升試驗液體至試樣的表面上，該所注試驗液 體的量是在試驗期間因試樣下面所施加空氣壓力而明顯鼓起後，恰好能覆蓋試樣為宜。
上述的用於多孔材料的孔徑測量方法，其中，所述施加空氣壓力時，試樣應保持水 平狀態，並且在試樣下表面50mm直徑的圓形區內承受穩定提升的氣壓，氣壓的增加速率為 2 2. 5kpa/min。 由於採用了本發明的用於多孔材料的孔徑測量方法的技術解決方案，即利用使空 氣強行通過被一種液體溼化的材料的孔隙，觀察所需的壓力，用該壓力與已知的液體表面 張力用於估計材料中的孔隙的大小。該方法的測量範圍廣，能測量5 50微米的多孔材料 的孔徑。本發明的用於多孔材料的孔徑測量儀結構體積小、重量輕，移動方便、操作簡單採 用先進的電子技術，由於事先恆定試驗液體的表面張力值，不需要輸入，就能計算初試樣的 最大孔徑值，重複性好，操作簡便安全。


圖1是本發明的用於多孔材料的孔徑效
圖2是本發明的用於多孔材料的孔徑效
t儀的外形結構示意圖 t儀的結構原理圖。
具體實施例方式
請參見圖1和圖2，本發明的用於多孔材料的孔徑測量儀，為一箱體結構，包括機械部分和電子測控系統，所述機械部分包括一試驗頭1、一壓力調整裝置2、一檢驗開關3、 一壓力測量裝置4及控制面板5，其中， 試驗頭1包括一安裝在箱體10上端的筒狀容器11、一設在筒狀容器11上端面的 下壓環12、一位於下壓環12上方的上壓環13、一固定在上壓環13上端面的壓緊手柄14、 一一端連接在筒狀容器11底部邊緣的鎖緊手柄15 ;下壓環12為一橡膠墊圈。上、下壓環 13、12的內徑為50±0. 5mm ; 多孔材料的試樣6的面積最好為20±0. 5cm、它被夾緊在上、下壓環13、 12之間；
壓力調整裝置2安裝在箱體10的上部，它包括依次通過管道連接的一氣泵21、一 流量調節閥22及一儲氣瓶23 ;氣泵21用於控制空氣流向試驗頭1 ;流量調節閥22用於提 升試驗頭l中的空氣壓力；儲氣瓶23用以保證保持壓力升高所必需的空氣流速以克服通過 材料的氣流損失； 儲氣瓶23的輸出端通過管道連接試驗頭1 ; 檢驗開關3用於控制空氣流向壓力測量裝置4 ;檢驗開關3的輸入端和輸出端分 別連接儲氣瓶23和壓力測量裝置4 ;對多數材料而言，壓力測量裝置4的量程為6kPa的壓 力(600mm水柱)為適宜，而對氣密材料，如透氣材料、潔淨服和手術衣和單的測量用量程為 10kPa的壓力測量裝置為適宜； 控制面板5設在箱體10的一側表面，它設有一復位開關、一顯示器、一校準按鍵、 一調零旋鈕、一電源開關及一功能鍵盤；復位開關的作用是當機器工作中受到幹擾，無法 長長工作，按鍵操作有誤，造成機器鎖死時，可按一下該開關，放棄操作設置，使機器返回到 初始狀態；顯示器顯示壓力瞬時值或峰值；功能鍵盤包括標定按鍵、刪除/壓力按鍵、表面 張力輸入按鍵、測試按鍵、峰值按鍵及列印按鍵； 電子測控系統7通過一高精度的壓力傳感器70與機械部分的儲氣瓶23連接，它 包括一放大器、一連接顯示器71的單片計算機及微型印表機，壓力傳感器通過信號線與放 大器連接，放大器通過信號線與單片計算機連接，單片計算機通過信號線與微型印表機連 接。 壓力傳感器70輸出與試樣6所受壓力成正比的電信號經放大器放大並轉化成數 字量，經由單片機進行標度變換，再由設在控制面板5上的顯示器71顯示壓力值。
本發明的用於多孔材料的孔徑測量儀的工作原理是接通氣泵21，打開流量調節 閥22，使空氣通過儲氣瓶23到達試驗頭l，流量調節閥22給出壓力提升所需的流量，試驗 期間使檢驗開關3保持打開。當試樣6中出現第一個氣泡時關閉檢驗開關3，從而從壓力測 量裝置4上讀取所達到的壓力。 本發明的用於多孔材料的孔徑測量方法，該測量方法為先利用對多孔材料能夠
完全溼化，並有恆定的表面張力的試驗液體浸潤試樣，使試樣的孔道空隙達到飽和，然後使
空氣強行通過被試驗液體浸潤的試樣孔隙，觀察空隙冒出第一個氣泡時所需的壓力，再通
過公式計算試樣的最大孔徑值r， 該公式為r = 2T X 106/ P Pg 或近似公式r = 204T/P 式中T為試驗溫度下的試驗液的表面張力，mN/m ;
g為重力加速度，mm/s2 ;
6
p為試驗溫度下水的密度，mg/mm3 ;
P為氣泡壓，毫米水柱。 試驗液體為混合溶液，由以下重量百分含量的組分混合而成
無水乙醇60 70%
聚醚矽油15 20%
乙酸乙酯10 15%
其餘為水。 測試液體在標準大氣範圍內，表面張力可以恆定在29mN/m，溫度修正係數 為:-O. 005mN(m K)。 本發明的用於多孔材料的孔徑測量方法執行於上述的用於多孔材料的孔徑測量 儀，先將試樣經過浸泡處理，即將試樣6在距離試驗液體表面12 18mm的深處浸泡，至少 3分鐘後取出試樣6，然後將試樣6夾置於孔徑測量儀的試驗頭1中，再注若干毫升試驗液 體至試樣6的表面上，該所注試驗液體的量是在試驗期間因試樣下面所施加空氣壓力而明 顯鼓起後，恰好能覆蓋試樣為宜。 在試樣6下表面的筒狀容器11內施加空氣壓力，試樣6應保持水平狀態，並且在 試樣6下表面50mm直徑的圓形區內承受穩定提升的氣壓，氣壓的增加速率為2 2. 5kpa/ min，通過壓力測量裝置34觀測試樣6表面冒出第一個氣泡時所需的壓力，
本發明的用於多孔材料的孔徑測量儀的操作方法是 將經試驗液體浸泡過的試樣6放在筒狀容器11上端的下壓環12上，合上上壓環 13並旋緊上壓環手柄14，將鎖緊手柄15向關的方向拉動，試樣6就被裝夾完好；
再在裝夾好試樣6的上方加注一定量的測試液體，該測試液體能覆蓋整個被測試 樣6的表面； 然後按一下功能鍵盤上的測試按鍵，開始測試，即使空氣依次從氣泵21和流量調 節閥22進入試驗頭1開始施加空氣壓力； 最後注意觀察試樣6，當非邊緣處冒出第一個氣泡時，立即按一下功能鍵盤上的峰 值按鍵，電子測控系統7會計算出試樣6的最大孔徑值，此時顯示器顯示出最大壓力值，打 印機會列印出該試樣6的最大孔的半徑。 本發明的用於多孔材料的孔徑測量儀結構體積小、重量輕，移動方便、操作簡單採 用先進的電子技術，由於測試液表面張力值恆定，不需要輸入試驗液體的表面張力值，就能 計算初試樣的最大孔徑值，重複性好，操作簡便安全。 以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上 述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本 發明將以所附權 要求書界定的範圍作為本發明的保護範圍。
權利要求
一種用於多孔材料的孔徑測量儀，為一箱體結構，它包括機械部分和電子測控系統，所述機械部分包括一試驗頭、一壓力調整裝置、一檢驗開關、一壓力測量裝置及設在箱體表面的控制面板，其特徵在於，所述試驗頭包括一安裝在箱體上端的筒狀容器、一設在筒狀容器上端面的下壓環、一位於下壓環上方的上壓環、一固定在上壓環上端面的壓緊手柄、一一端連接在筒狀容器底部邊緣的鎖緊手柄；所述多孔材料的試樣被夾緊在上、下壓環之間；所述壓力調整裝置安裝在箱體上部，它包括依次通過管道連接的一用於控制空氣流向試驗頭的氣泵、一用於提升試驗頭中的空氣壓力的流量調節閥及一用以保證保持壓力升高所必需的空氣流速以克服通過材料的氣流損失的儲氣瓶；所述儲氣瓶的輸出端通過管道連接試驗頭，所述檢驗開關的輸入端和輸出端分別連接儲氣瓶和壓力測量裝置；所述電子測控系統通過一壓力傳感器與機械部分連接，它包括通過信號線與壓力傳感器連接的放大器、通過信號線與放大器連接的含有顯示器的單片計算機、通過信號線與計算機連接的微型印表機，所述壓力傳感器輸出與試樣所受壓力成正比的電信號經放大器放大並轉化成數字量，經由單片機進行標度變換，再由顯示器顯示壓力值。
2. 根據權利要求1所述的用於多孔材料的孔徑測量儀，其特徵在於，所述下壓環為一 橡膠墊圈。
3. 根據權利要求1或2所述的用於多孔材料的孔徑測量儀，其特徵在於，所述上、下壓 環的內徑為50±0. 5mm，所述試樣的面積為20±0. 5cm2。
4. 根據權利要求1所述的用於多孔材料的孔徑測量儀，其特徵在於，所述控制面板上 設有一復位開關、一顯示器、一校準按鍵、一調零旋鈕、一電源開關及一功能鍵盤。
5. —種用於多孔材料的孔徑測量方法，其特徵在於，該測量方法為先利用對多孔材 料能夠完全溼化，並有恆定的表面張力的試驗液體浸潤試樣，使試樣的孔道空隙達到飽和， 然後使空氣強行通過被試驗液體浸潤的試樣孔隙，觀察空隙冒出第一個氣泡時所需的壓 力，再通過公式計算試樣的最大孔徑值r，該公式為r = 2TX106/pPg 或近似公式r = 204T/P式中T為試驗溫度下的試驗液的表面張力，mN/m ;g為重力加速度，mm/s2 ;P為試驗溫度下水的密度，mg/mm3 ;P為氣泡壓，毫米水柱。
6. 根據權利要求5所述的用於多孔材料的孔徑測量方法，其特徵在於，所述試驗液體 為混合溶液，由以下重量百分含量的組分混合而成無水乙醇 60 70% 聚醚矽油 15 20% 乙酸乙酯 10 15% 其餘為水。
7. 如權利要求6所述的用於測量多孔材料孔徑的測試液，其特徵在於，在標準大氣範圍內，測試液體的表面張力可以恆定在29mN/m，溫度修正係數為_0. 005mN(m K)。
8. 根據權利要求5所述的用於多孔材料的孔徑測量方法，其特徵在於，該方法執行於 如權利要求1所述的用於多孔材料的孔徑測量儀，即將試樣在離試驗液體表面12 18mm 的深處浸泡，至少3分鐘後取出試樣，並夾置於試驗頭中，再注若干毫升試驗液體至試樣的 表面上，該所注試驗液體的量是在試驗期間因試樣下面所施加空氣壓力而明顯鼓起後，恰 好能覆蓋試樣為宜。
9. 根據權利要求5所述的用於多孔材料的孔徑測量方法，其特徵在於，所述施加空氣 壓力時，試樣應保持水平狀態，並且在試樣下表面50mm直徑的圓形區內承受穩定提升的氣 壓，氣壓的增加速率為2 2. 5kpa/min。
全文摘要
本發明公開了一種用於多孔材料的孔徑測量儀，為一箱體結構，它包括機械部分和電子測控系統，所述機械部分包括一試驗頭、一壓力調整裝置、一檢驗開關、一壓力測量裝置及設在箱體表面的控制面板。該孔徑測量儀只要輸入試驗液體的表面張力值，就能計算初試樣的最大孔徑值。本發明還公開了一種用於多孔材料的孔徑測量方法先利用對多孔材料能夠完全溼化，並有恆定的表面張力的試驗液體浸潤試樣，使試樣的孔道空隙達到飽和，然後使空氣強行通過被試驗液體浸潤的試樣孔隙，觀察空隙冒出第一個氣泡時所需的壓力，再通過公式計算試樣的最大孔徑值r。
文檔編號G01B13/10GK101726271SQ200810201460
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月21日 優先權日2008年10月21日
發明者房明理, 閆寧 申請人:廣東麥迪康醫療器械產業服務有限公司