用于多孔材料的孔径测量仪及其测量方法 【技术领域】
本发明涉及一种适用于测量汽车、医药、华工等行业的过滤纸及纸板、医用口罩、手术服等多孔材料的最大孔径的测量仪及其测量方法。
背景技术
用于测量汽车、医药、华工等行业的过滤纸及纸板、医用口罩、手术服及医用仪器包装纸袋等均为多孔材料。孔径是表征多孔材料孔隙特性的基本参数之一。已知的多孔材料及其制品孔径的测量方法有鼓泡法、汞压入法、悬浊液过滤法、流速法和显微镜法等，这些方法各有优缺点。在专利申请号为91102213.9中已披露了一种“流体渗透测孔仪及其测试法”，该专利申请的孔径测量方法是采用两步法，即在测试压力小于0.07兆帕时采用气-液测试法，在测试压力大于0.07兆帕时采用液-液测试法，该方法操作麻烦。该专利申请的孔径测量仪既可以用作气-液测试法测试，也可以用作液-液测试法测试，因此结构比较复杂。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种用于多孔材料的孔径测量仪及其测量方法，该测量仪及其测量方法操作简便、测量范围广、重复性好。
本发明所提供的一种用于多孔材料的孔径测量仪，为一箱体结构，它包括机械部分和电子测控系统，所述机械部分包括一试验头、一压力调整装置、一检验开关、一压力测量装置及设在箱体表面的控制面板，其中，
所述试验头包括一安装在箱体上端的筒状容器、一设在筒状容器上端面的下压环、一位于下压环上方的上压环、一固定在上压环上端面的压紧手柄、一一端连接在筒状容器底部边缘的锁紧手柄；
所述多孔材料的试样被夹紧在上、下压环之间；
所述压力调整装置安装在箱体上部，它包括依次通过管道连接的一用于控制空气流向试验头的气泵、一用于提升试验头中的空气压力的流量调节阀及一用以保证保持压力升高所必需的空气流速以克服通过材料的气流损失的储气瓶；所述储气瓶的输出端通过管道连接试验头，
所述检验开关的输入端和输出端分别连接储气瓶和压力测量装置；
所述电子测控系统通过一压力传感器与机械部分连接，它包括通过信号线与压力传感器连接的放大器、通过信号线与放大器连接的含有显示器的单片计算机、通过信号线与计算机连接的微型打印机，所述压力传感器输出与试样所受压力成正比的电信号经放大器放大并转化成数字量，经由单片机进行标度变换，再由显示器显示压力值。
上述的用于多孔材料的孔径测量仪，其中，所述下压环为一橡胶垫圈。
上述的用于多孔材料的孔径测量仪，其中，所述上、下压环的内径为50±0.5mm，所述试样的面积为20±0.5cm2。
上述的用于多孔材料的孔径测量仪，其中，所述控制面板上设有一复位开关、一显示器、一校准按键、一调零旋钮、一电源开关及一功能键盘。
本发明所提供的一种用于多孔材料的孔径测量方法，该测量方法为：先利用对多孔材料能够完全湿化，并有恒定的表面张力的试验液体浸润试样，使试样的孔道空隙达到饱和，然后使空气强行通过被试验液体浸润的试样孔隙，观察空隙冒出第一个气泡时所需的压力，再通过公式计算试样的最大孔径值r，
该公式为：r＝2T×106/ρPg
或近似公式：r＝204T/P
式中：T为试验温度下的试验液的表面张力，mN/m；
g为重力加速度，mm/s2；
ρ为试验温度下水的密度，mg/mm3；
P为气泡压，毫米水柱。
上述的用于多孔材料的孔径测量方法，其中，所述试验液体为混合溶液，由以下重量百分含量的组分混合而成：
无水乙醇 60～70％
聚醚硅油 15～20％
乙酸乙酯 10～15％
其余为水。
上述的用于测量多孔材料孔径的测试液，其中，在标准大气范围内，测试液体的表面张力可以恒定在29mN/m，温度修正系数为：-0.005mN(m·K)。
上述的用于多孔材料的孔径测量方法，其中，该方法执行于如权利要求1所述地用于多孔材料的孔径测量仪，即将试样在离试验液体表面12～18mm的深处浸泡，至少3分钟后取出试样，并夹置于试验头中，再注若干毫升试验液体至试样的表面上，该所注试验液体的量是在试验期间因试样下面所施加空气压力而明显鼓起后，恰好能覆盖试样为宜。
上述的用于多孔材料的孔径测量方法，其中，所述施加空气压力时，试样应保持水平状态，并且在试样下表面50mm直径的圆形区内承受稳定提升的气压，气压的增加速率为2～2.5kpa/min。
由于采用了本发明的用于多孔材料的孔径测量方法的技术解决方案，即利用使空气强行通过被一种液体湿化的材料的孔隙，观察所需的压力，用该压力与已知的液体表面张力用于估计材料中的孔隙的大小。该方法的测量范围广，能测量5～50微米的多孔材料的孔径。本发明的用于多孔材料的孔径测量仪结构体积小、重量轻，移动方便、操作简单采用先进的电子技术，由于事先恒定试验液体的表面张力值，不需要输入，就能计算初试样的最大孔径值，重复性好，操作简便安全。
【附图说明】
图1是本发明的用于多孔材料的孔径测量仪的外形结构示意图；
图2是本发明的用于多孔材料的孔径测量仪的结构原理图。
【具体实施方式】
请参见图1和图2，本发明的用于多孔材料的孔径测量仪，为一箱体结构，包括机械部分和电子测控系统，所述机械部分包括一试验头1、一压力调整装置2、一检验开关3、一压力测量装置4及控制面板5，其中，
试验头1包括一安装在箱体10上端的筒状容器11、一设在筒状容器11上端面的下压环12、一位于下压环12上方的上压环13、一固定在上压环13上端面的压紧手柄14、一一端连接在筒状容器11底部边缘的锁紧手柄15；下压环12为一橡胶垫圈。上、下压环13、12的内径为50±0.5mm；
多孔材料的试样6的面积最好为20±0.5cm2，它被夹紧在上、下压环13、12之间；
压力调整装置2安装在箱体10的上部，它包括依次通过管道连接的一气泵21、一流量调节阀22及一储气瓶23；气泵21用于控制空气流向试验头1；流量调节阀22用于提升试验头1中的空气压力；储气瓶23用以保证保持压力升高所必需的空气流速以克服通过材料的气流损失；
储气瓶23的输出端通过管道连接试验头1；
检验开关3用于控制空气流向压力测量装置4；检验开关3的输入端和输出端分别连接储气瓶23和压力测量装置4；对多数材料而言，压力测量装置4的量程为6kPa的压力(600mm水柱)为适宜，而对气密材料，如透气材料、洁净服和手术衣和单的测量用量程为10kPa的压力测量装置为适宜；
控制面板5设在箱体10的一侧表面，它设有一复位开关、一显示器、一校准按键、一调零旋钮、一电源开关及一功能键盘；复位开关的作用是：当机器工作中受到干扰，无法长长工作，按键操作有误，造成机器锁死时，可按一下该开关，放弃操作设置，使机器返回到初始状态；显示器显示压力瞬时值或峰值；功能键盘包括标定按键、删除/压力按键、表面张力输入按键、测试按键、峰值按键及打印按键；
电子测控系统7通过一高精度的压力传感器70与机械部分的储气瓶23连接，它包括一放大器、一连接显示器71的单片计算机及微型打印机，压力传感器通过信号线与放大器连接，放大器通过信号线与单片计算机连接，单片计算机通过信号线与微型打印机连接。
压力传感器70输出与试样6所受压力成正比的电信号经放大器放大并转化成数字量，经由单片机进行标度变换，再由设在控制面板5上的显示器71显示压力值。
本发明的用于多孔材料的孔径测量仪的工作原理是：接通气泵21，打开流量调节阀22，使空气通过储气瓶23到达试验头1，流量调节阀22给出压力提升所需的流量，试验期间使检验开关3保持打开。当试样6中出现第一个气泡时关闭检验开关3，从而从压力测量装置4上读取所达到的压力。
本发明的用于多孔材料的孔径测量方法，该测量方法为：先利用对多孔材料能够完全湿化，并有恒定的表面张力的试验液体浸润试样，使试样的孔道空隙达到饱和，然后使空气强行通过被试验液体浸润的试样孔隙，观察空隙冒出第一个气泡时所需的压力，再通过公式计算试样的最大孔径值r，
该公式为：r＝2T×106/ρPg
或近似公式：r＝204T/P
式中：T为试验温度下的试验液的表面张力，mN/m；
g为重力加速度，mm/s2；
ρ为试验温度下水的密度，mg/mm3；
P为气泡压，毫米水柱。
试验液体为混合溶液，由以下重量百分含量的组分混合而成：
无水乙醇：60～70％
聚醚硅油：15～20％
乙酸乙酯：10～15％
其余为水。
测试液体在标准大气范围内，表面张力可以恒定在29mN/m，温度修正系数为：-0.005mN(m·K)。
本发明的用于多孔材料的孔径测量方法执行于上述的用于多孔材料的孔径测量仪，先将试样经过浸泡处理，即将试样6在距离试验液体表面12～18mm的深处浸泡，至少3分钟后取出试样6，然后将试样6夹置于孔径测量仪的试验头1中，再注若干毫升试验液体至试样6的表面上，该所注试验液体的量是在试验期间因试样下面所施加空气压力而明显鼓起后，恰好能覆盖试样为宜。
在试样6下表面的筒状容器11内施加空气压力，试样6应保持水平状态，并且在试样6下表面50mm直径的圆形区内承受稳定提升的气压，气压的增加速率为2～2.5kpa/min，通过压力测量装置34观测试样6表面冒出第一个气泡时所需的压力，
本发明的用于多孔材料的孔径测量仪的操作方法是：
将经试验液体浸泡过的试样6放在筒状容器11上端的下压环12上，合上上压环13并旋紧上压环手柄14，将锁紧手柄15向关的方向拉动，试样6就被装夹完好；
再在装夹好试样6的上方加注一定量的测试液体，该测试液体能覆盖整个被测试样6的表面；
然后按一下功能键盘上的测试按键，开始测试，即使空气依次从气泵21和流量调节阀22进入试验头1开始施加空气压力；
最后注意观察试样6，当非边缘处冒出第一个气泡时，立即按一下功能键盘上的峰值按键，电子测控系统7会计算出试样6的最大孔径值，此时显示器显示出最大压力值，打印机会打印出该试样6的最大孔的半径。
本发明的用于多孔材料的孔径测量仪结构体积小、重量轻，移动方便、操作简单采用先进的电子技术，由于测试液表面张力值恒定，不需要输入试验液体的表面张力值，就能计算初试样的最大孔径值，重复性好，操作简便安全。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。