紙張透氣度測試儀的設(shè)計原理與技術(shù)實現(xiàn)

一、透氣度測試的核心原理

紙張透氣度測試儀的本質(zhì)是測定特定壓差下單位時間內(nèi)通過單位面積紙張的氣體流量。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 5636、GB/T 458等），主流的測試方法分為以下兩類：

1. ?Gurley法（延時法）?
   通過測量固定體積（通常100 mL）空氣透過紙張所需的時間（單位：秒/100mL），時間越長，透氣度越低。該方法適用于低透氣度紙張（如防油紙）。

2. ?Bendtsen法（流量法）?
   在恒定壓差下（通常為1.22 kPa），直接測量單位時間內(nèi)通過紙張的空氣流量（單位：mL/min）。適用于高透氣度紙張（如濾紙）。

兩種方法的數(shù)學(xué)表達分別為：

• ?Gurley值?

   $\mathrm{??}=\frac{\mathrm{??}}{\mathrm{??}}$（$\mathrm{??}$為流量，$\mathrm{??}$為固定體積）

• ?Bendtsen值?

   $\mathrm{??}=\mathrm{??}?\frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{??}?\mathrm{??}}{\mathrm{??}?\mathrm{??}}$（$\mathrm{\Delta }\mathrm{??}$為壓差，$\mathrm{??}$為面積，$\mathrm{??}$為空氣黏度，$\mathrm{??}$為紙張厚度）

• 

二、硬件系統(tǒng)設(shè)計要點

1. ?氣路結(jié)構(gòu)設(shè)計?

• ?恒壓控制模塊?

  ：采用比例積分微分（PID）算法調(diào)節(jié)氣泵或真空發(fā)生器的輸出，確保測試腔內(nèi)的壓差穩(wěn)定在±0.5%誤差范圍內(nèi)。

• ?流量傳感器?

  ：選用熱式質(zhì)量流量計（如Sensirion SFM3000系列），量程需覆蓋0.1~1000 mL/min，分辨率達到0.1 mL/min。

• ?密封測試腔?

  ：腔體材質(zhì)為硬質(zhì)鋁合金，配合O型硅膠密封圈，確保測試區(qū)域（ISO標(biāo)準(zhǔn)為2 cm2）無側(cè)向泄漏。

2. ?環(huán)境補償模塊?
   溫度與濕度變化會顯著影響空氣黏度和紙張孔隙結(jié)構(gòu)。設(shè)計中需集成溫濕度傳感器（如SHT35），并通過以下公式修正數(shù)據(jù)：

   $${\mathrm{??}}_{\text{修正}}={\mathrm{??}}_{\text{實測}}?\frac{{\mathrm{??}}_{\text{標(biāo)準(zhǔn)}}}{{\mathrm{??}}_{\text{實際}}}?\frac{{\mathrm{??}}_{\text{實際}}}{{\mathrm{??}}_{\text{標(biāo)準(zhǔn)}}}$$

   其中，$\mathrm{??}$為空氣動力黏度，$\mathrm{??}$為大氣壓。

3. ?機械執(zhí)行機構(gòu)?
   采用步進電機驅(qū)動壓板，確保紙張夾持力均勻（推薦值：5~10 N/cm2），并配備壓力傳感器實時監(jiān)測夾持狀態(tài)，避免因過度壓縮導(dǎo)致孔隙變形。