一种薄膜渗透仪及其测量方法技术

一种薄膜渗透仪及其测量方法属于化学工程技术领域，它涉及测量薄膜对气体渗透率的装置及其测量方法，本发明专利技术的目的是要解决现有测量薄膜对气体渗透率的方法存在漏放气和环境温度波动影响导致测量结果精确度低和测量过程复杂的问题，装置包括机械泵、分子泵、阀门、气源、加热带、真空计、高压腔、气体渗透单元、测量室、基准室、差压变送器，使用差压变送器记录测量室与基准室的压差随时间的变化规律，根据公式计算得出薄膜对气体的渗透率。本发明专利技术适用于精确测量薄膜对气体的渗透率，测量过程简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学工程
，涉及到。
技术介绍
真空薄膜技术已广泛应用于现代化的工业生产和日常生活中，如显示、半导体、太 阳能、航空航天等领域。而随着薄膜应用的日益广泛，薄膜对气体渗透率测量的要求愈显 重要，例如在航空航天，薄膜对气体的渗透性能影响着飞行器的安全与使用；未来的照明 和显示技术将采用OLED作为功能材料，其薄膜对气体的渗透性是影响该类器件使用寿命 的最关键因素；在医学、生物、化学等方面的应用，很大程度上也都是基于它们对各种气体 渗透特性的运用。 目前国内外测量薄膜对气体渗透率的主要方法是气体累积法和质谱法。1、气体累 积法测量结果较为准确，但是由于测量时间较长，因此测量过程中漏放气和环境温度的波 动是影响测量结果的重要因素。因此普通的气体累积法需要测量测量室的漏放气率和环境 温度。其测量过程复杂，额外设备较多。2、质谱法测量薄膜对气体渗透率的测量时间较短， 但是测量结果有一定的不确定度，且此方法需要的四极质谱仪价格昂贵。因此，急需设计一 种能精确测量薄膜对气体的渗透率且测量过程简单、设备成本低的测量仪器及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中尚无消除薄膜对气体渗透率测量过程中出 现的漏放气和环境温度波动的影响，导致测量过程复杂，测量结果精度低等问题，而提供一 种薄膜渗透仪及其测量方法来解决上述问题。 -种薄膜渗透仪包括机械泵、分子泵、第一阀门、气源、第二阀门、高压腔、真空计、 气体渗透单元、测量室、差压变送器、第三阀门、加热带、基准室、第四阀门； 所述的机械泵与分子泵为真空抽气机组；分子泵通过第一阀门与高压腔连通；分 子泵通过第四阀门与基准室连通；气源通过第二阀门与高压腔连通；测量室通过第三阀门 与基准室连通；气体渗透单元将高压腔与测量室分隔；真空计与高压腔相连接；差压变送 器与测量室和基准室相连接；加热带设置在测量室和基准室的外部； 所述的测量室与基准室的体积和材质一样，从而保证测量室与基准室的放气率一 样，可消除漏放气和环境温度波动影响； 使用一种薄膜渗透仪测量薄膜对气体的渗透率，具体是按以下步骤完成的： -、关闭第二阀门和第一阀门，开启第三阀门和第四阀门；使用机械泵和分子泵对 测量室和基准室抽真空；开启加热带对测量室和基准室进行烘烤除气；关闭第四阀门和加 热带，开启第一阀门；使用机械泵和分子泵对高压腔抽真空；关闭第一阀门、机械泵和分子 泵，开启第二阀门，气源提供的气体进入到高压腔；观察真空计的示数，当示数为101325Pa 时，关闭第二阀门；关闭第三阀门，高压腔中的气体经过气体渗透单元中的薄膜渗透到测量 室；差压变送器记录测量室与基准室之间的压差随时间t的变化规律p (t); 二、薄膜的整体漏率Q可以用下式表示：【主权项】1. 一种薄膜渗透仪，其特征在于一种薄膜渗透仪包括机械泵（I)、分子泵（2)、第一阀 门（3)、气源（4)、第二阀门（5)、高压腔（6)、真空计（7)、气体渗透单元（8)、测量室（9)、差 压变送器（10)、第三阀门（11)、加热带（12)、基准室（13)、第四阀门（14); 所述机械泵（1)与分子泵（2)为真空抽气机组；分子泵（2)通过第一阀门（3)与高压腔 (6)连通；分子泵⑵通过第四阀门（14)与基准室（13)连通汽源⑷通过第二阀门（5) 与高压腔（6)连通；测量室（9)通过第三阀门（11)与基准室（13)连通；气体渗透单元（8) 将高压腔（6)与测量室（9)分隔；真空计（7)与高压腔（6)相连接；差压变送器（10)与测 量室（9)和基准室（13)相连接；加热带（12)设置在测量室（9)和基准室（13)的外部。2. 根据权利要求1所述的一种薄膜渗透仪，其特征在于高压腔（6)的体积为测量室 (9)和基准室（13)的20倍。3. 根据权利要求1所述的一种薄膜渗透仪，其特征在于真空计（7)测量高压腔（6)的 压强，保证高压腔（6)内的压强为101325Pa。4. 根据权利要求1所述的一种薄膜渗透仪，其特征在于气体渗透单元（8)装夹着待测 薄膜，待测薄膜的有效渗透面积为3. 14X 1〇Λι2。5. 根据权利要求1所述的一种薄膜渗透仪，其特征在于测量室（9)与基准室（13)的体 积和材质一样。6. 根据权利要求1所述的一种薄膜渗透仪，其特征在于加热带（12)在机械泵（1)和分 子泵（2)对测量室（9)和基准室（13)进行抽气时开启，进行烘烤除气。7. 根据权利要求1所述的一种薄膜渗透仪的测量方法，其特征在于具体步骤如下： 一、 关闭第二阀门（5)和第一阀门（3)，开启第三阀门（11)和第四阀门（14);使用机械 泵（1)和分子泵（2)对测量室（9)和基准室（13)抽真空；开启加热带（12)对测量室（9)和 基准室（13)进行烘烤除气；关闭第四阀门（14)和加热带（12)，开启第一阀门⑶；使用机 械泵（1)和分子泵（2)对高压腔（6)抽真空；关闭第一阀门（3)、机械泵（1)和分子泵（2)， 开启第二阀门（5)，气源（4)提供的气体进入到高压腔（6);观察真空计（7)的示数，当示数 为101325Pa时，关闭第二阀门（5);关闭第三阀门（11)，高压腔（6)中的气体经过气体渗透 单元（8)中的薄膜渗透到测量室（9);差压变送器（10)记录测量室（9)与基准室（13)之 间的压差随时间t的变化规律p (t); 二、 薄膜的整体漏率Q可以用下式表示： Q = V^ (1) dt 其中V是测量室（9)的体积，S是测量室（9)与基准室（13)之间的压差变化率； 三、 扩散通量J可以用下式表示： J=_5_ (2) ART 其中Q是薄膜的整体漏率，A是有效渗透面积，T是环境温度，R为实验气体的气体常 数； 四、 根据菲克第一定律，薄膜对气体的渗透率K可以用下式推论得出： K = - (3) ΔΡ 其中J是扩散通量，h是薄膜的厚度，Λ P是薄膜两侧的压力差。【专利摘要】属于化学工程
，它涉及测量薄膜对气体渗透率的装置及其测量方法，本专利技术的目的是要解决现有测量薄膜对气体渗透率的方法存在漏放气和环境温度波动影响导致测量结果精确度低和测量过程复杂的问题，装置包括机械泵、分子泵、阀门、气源、加热带、真空计、高压腔、气体渗透单元、测量室、基准室、差压变送器，使用差压变送器记录测量室与基准室的压差随时间的变化规律，根据公式计算得出薄膜对气体的渗透率。本专利技术适用于精确测量薄膜对气体的渗透率，测量过程简单。【IPC分类】G01N15-08【公开号】CN104729973【申请号】CN201510178200【专利技术人】王旭迪, 董栋, 尉伟, 杨丹, 朱郑乔若, 郑丁杰, 桑艾霞, 郑梦瑜 【申请人】合肥工业大学【公开日】2015年6月24日【申请日】2015年4月15日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜渗透仪，其特征在于一种薄膜渗透仪包括机械泵(1)、分子泵(2)、第一阀门(3)、气源(4)、第二阀门(5)、高压腔(6)、真空计(7)、气体渗透单元(8)、测量室(9)、差压变送器(10)、第三阀门(11)、加热带(12)、基准室(13)、第四阀门(14)；所述机械泵(1)与分子泵(2)为真空抽气机组；分子泵(2)通过第一阀门(3)与高压腔(6)连通；分子泵(2)通过第四阀门(14)与基准室(13)连通；气源(4)通过第二阀门(5)与高压腔(6)连通；测量室(9)通过第三阀门(11)与基准室(13)连通；气体渗透单元(8)将高压腔(6)与测量室(9)分隔；真空计(7)与高压腔(6)相连接；差压变送器(10)与测量室(9)和基准室(13)相连接；加热带(12)设置在测量室(9)和基准室(13)的外部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭迪，董栋，尉伟，杨丹，朱郑乔若，郑丁杰，桑艾霞，郑梦瑜，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34