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如何正确选择中空玻璃惰性气体分析仪

    中空玻璃充入惰性气体,有助于改善中空玻璃的传热系数,提高中空玻璃的节能效果。但是,由于充入的惰性气体,尤其是氩气,无色、无味、无毒,因此,必须借助于仪器对充气中空玻璃的浓度进行检测分析,包括两个方面,一是充气中空玻璃的初始浓度,二是充气中空玻璃的密封寿命,亦即惰性气体的保持能力。


    因此,用于此目的的仪器必须同时具备非常好的精度、实用性、重复性和自我判断校准能力。在选择中空玻璃惰性气体分析仪时,首先应注意把握仪器的精度。


精度


    选择仪器的首要判定标准是仪器的精度,如果仪器所给出的精度,误差较大,且覆盖的区间有限,则数据的可靠性就会受到质疑。根据中空玻璃的欧标EN1279,充气中空玻璃充气初始浓度范围是:85 % + 10 %,85 % -5%。此外,该欧标还规定,中空玻璃的惰性气体年泄漏率小于1%。因此,从精度标准来看,选择仪器时,首先要求其误差必须<1%,分析的范围必须是1-100%。保证在此区间内误差<1%的条件,所测出的曲线呈线性。


    根据我国目前的中空玻璃充气水平来看,相当一部分企业,由于没有掌握正确的充气技术或方法,中空玻璃的充气初始浓度,大都在70%以下,如果所使用的分析仪器只能分析浓度在80%以上的,而对浓度低于70%条件下,不能使用,则是不可取的。


    在选择了具有满足所需精度的之后,接下来,对仪器的选择,还必须考虑其用途,适用性及实用性。


用途


    充气中空玻璃浓度分析仪的用途主要分为两个方面,用于充气过程的质量控制,抑或是用于实验室方面的浓度、惰性气体泄漏率检测。前者主要是检测中空玻璃的初始浓度,后者除了分析浓度之外,还要分析充气中空玻璃在加速老化实验后的惰性气体的保持能力。相比较而言,实验室的检测,由于可以通过规定送检样品的配置、规格,且可以在严格规定的实验室环境条件下对样品进行检测,因而,分析仪的选择,所受到的约束条件较少。


    适应性、实用性与实验室的检测环境相比,实际的充气生产环境要复杂的多,除了温度、湿度和光线条件千变万化之外,一年中随季节变化而变化,不同的中空配置也是错综复杂的。对实验室的温度、湿度及光线人们可以规定,但实际过程中的生产条件却不可能统一;此外,实验室可以通过规定送检样品的配置、规格,来检测充气中空玻璃的浓度,但这样的要求对实际生产中的充气中空玻璃,是没有任何意义的、也是不可能的。因此,选择用于生产实践方面的惰性气体分析仪,必须具有广泛的适用性和实用性,不能按照理想状态来选择仪器。 具体说中空玻璃生产过程中面临的情况包括:


    中空玻璃结构、配置的多样性。


    双玻单腔中空玻璃:双透明玻璃、一片透明另一片为镀膜单片或夹胶;厚玻璃:超过6mm, 如8mm, 12mm;两片均为镀膜;等等。


    三玻双腔中空玻璃:三片均为透明玻璃,或其中两片为low-e玻璃,或3片均为low-e玻璃,或一片low-e玻璃但膜面在第2面或第5面,而不是在第3或第4面,或中间为热镜。


    不同的间隔条: 铝间隔条、不锈钢间隔条、塑料间隔条、泡沫间隔条、TPS和TGI等等。


    大间隔层、厚胶片,等等。


    测试的环境的复杂性。应该认识到,在工厂检测充气中空玻璃的环境是错综复杂的,不同地区、一年中的不同季节的温度、湿度以及光线等等,都是变化、不同的。因此,选择仪器时,必须考虑所测试的结果是独立的,不受外界、环境因素影响。如有的仪器采用的是高压放电光学的原理,其测试结果对环境要求是十分苛刻的,如相同的充气中空玻璃的初始浓度,在不同的温度、湿度和光线条件下,会给出不同的测试结果,导致人们对结果的误判。


    选择仪器时,除了需要考虑上述的仪器测试精度、范围、适用性和实用性之外,还需要考虑对仪器的读数结果的判断。如果我们不能对仪器所测试的结果判断,就只能相信无论什么结果,都是正确的。但问题是,如果仪器的精度低、使用范围小、实用性差,我们用此来测试就如同盲人骑瞎马,是十分危险的。因此,操作人员对仪器的日常校准,确定仪器的工作状态是否正常,就显得十分重要。有些仪器的校准,只能由专业人员每年进行一次,在此之间,只能靠假定正确来相信测试的结果。年复一年,不但不方便,且累积错误的几率大。


    ASTM 2649-09是关于高压放电惰性气体测试仪器的使用标准方法。该标准明确规定,高压放电方法只能适用于可控制的实验室环境,因此不适用于充气中空玻璃的生产过程。此外,该标准还对检测的样片、浓度范围及精度等做了如下规定:


    双玻中空玻璃


    其中一片是金属镀膜玻璃另一片是本体着色玻璃


    两片均为透明玻璃


    一片为着色玻璃另一片是透明玻璃


    三玻中空玻璃


    中间的玻璃是镀膜玻璃(low-E玻璃或反射玻璃)、其他两片为透明玻璃


    氩气浓度在70%以上


    本方法的精确度决定于氩气浓度,随着氩气浓度的降低,所测得的精确度也降低。本检测法不适用于氩气浓度70%以下的条件。


    精确度及公差


    氩气浓度100-90%条件下,公差±1%;


    氩气浓度90-85%条件下,公差±1.5%;


    氩气浓度85-80%条件下,公差±2%;


    氩气浓度<80%条件下,公差±5%,但不能完全保证


    需要指出的是,根据该标准,高压放电法的无损检,是有严格的定义的。具体说,所谓无损检测指的是, 测试中空玻璃的惰性气体浓度,不需要穿透中空玻璃的边缘密封来取样,但是,高压放电所释放的火花,可能对中空玻璃的金属膜层造成破坏。


    高压放电仪器瞬时产生的电压为15,000v,测试中空玻璃时,进入中空玻璃腔体。由此产生的高压能量永远试图寻找最短的途径或电阻最小的途径接地,市场上的高压放电仪器所释放的高压方式不同,但仍然是试图尽快导入地下。


    因此,接地的位置对测试结果的准确性影响极大,即铝间隔框这里起地线的作用,测量点离间隔框的位置,会直接影响测量的结果。因为接地的影响每次都不同,所以,每次测量的结果都会不同,具体说受以下因素影响。


    间隔框的变化:铝间隔框、不锈钢间隔框、塑料间隔框


    测试的玻璃表面的干燥与否,决定了中空玻璃的电阻


    中空玻璃的大小尺寸


    温度的高低


    间隔层的大小


    玻璃的厚度


    测试点的位置,中央、边缘或角落


    膜层的质量,等等。


    另外,需要指出的是,中空玻璃充气之后,惰性气体的浓度应该是在惰性气体完全扩散后测量才是准确、可靠的。那些认为使用高压放电仪器,在中空玻璃充气之后,可以立即检测浓度,这种看法是不不正确的。将使用高压放电法得出浓度的同一片玻璃,送到实验室检测,误差往往是非常显著的。


    综上所述,使用高压放电法的对充气中空玻璃进行在线快速检测,其优点和缺点是同样鲜明的。优点:简单、方便、无损、瞬间得出结果;缺点:误差大、适用浓度范围小、检测环境要求苛刻、检测产品单一,等等。总之,其适用性和局限性大,精度也存在很大问题,采用由此给出的读数,是需要冒很大风险的。从该仪器在我国前一阶段使用的情况来来,无不验证了上述事实,故总结之。并给出选择仪器应该综合考虑的因素,以供中空玻璃厂家或实验室在选择惰性气体分析仪时做出正确判断。顺便指出,欧洲著名的实验室,如德国门窗实验室IFT、国家材料实验室MPA等虽然装备了这类高压放电惰性气体分析仪,但只是用来对充气中空玻璃进行定性分析,而真正的定量分析是采用其他方法。


    因此,在选择充气中空玻璃惰性气体分析仪时,除了必须综合考虑仪器的本身特点,包括精度、测试范围、自我校准性能和经济性之外,还要考虑中空玻璃结构的复杂性、不同生产环境的温度、湿度和光线的不同。仪器必须具备精度高、检测范围广、便于自我校准、方便使用、能够检测各种配置的中空玻璃浓度的特点,且给出的结果是独立于环境温度、湿度和光线的变量。从精度来讲,也是选择仪器的最重要的指标,必须与气相色谱法给出的结果有可比性。