水蒸氣透過率是衡量材料阻隔水汽性能的重要指標(biāo)，在包裝材料、建材、醫(yī)藥、電子等很多行業(yè)都有重要意義。比如食品包裝的阻水性，直接影響食品的保質(zhì)期；藥品包裝的阻水性，關(guān)系到藥品的穩(wěn)定性；建筑材料的透濕性，影響墻體的防潮效果。而水蒸氣透過率測試儀，就是專門用來測試這項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)備。目前市面上常見的測試原理有好幾種，比較典型的有稱重法、紅外法和電解法。不同原理的儀器，各有特點(diǎn)，適合的場景也不一樣。很多用戶在選型的時(shí)候，往往不知道該選哪種。本文就來詳細(xì)對比這三種常見的水蒸氣透過率測試方法，幫大家找到適合自己的那一款。
 

　　一、水蒸氣透過率測試概述
 

　　在對比不同方法之前，先了解一下水蒸氣透過率測試的基本概念。
 

　　(一)什么是水蒸氣透過率
 

　　水蒸氣透過率，簡單來說，就是在一定的溫度和濕度條件下，單位時(shí)間內(nèi)透過單位面積材料的水蒸氣的量。這個(gè)數(shù)值越小，說明材料阻擋水蒸氣的能力越強(qiáng)，也就是阻濕性能越好；數(shù)值越大，說明越容易透水汽。
 

　　對于包裝材料來說，水蒸氣透過率是評價(jià)阻隔性能的核心指標(biāo)之一。很多產(chǎn)品對水汽敏感，比如食品容易受潮變質(zhì)，藥品容易受潮失效，電子元器件容易受潮損壞，這些都需要用阻水性好的包裝材料來保護(hù)。
 

　　(二)測試的基本思路
 

　　雖然具體的方法不同，但水蒸氣透過率測試的基本思路是相通的。一般都是把試樣裝在一個(gè)裝置里，讓試樣的兩側(cè)形成濕度差，也就是一側(cè)濕度高，一側(cè)濕度低，然后水蒸氣會從濕度高的一側(cè)透過試樣到濕度低的一側(cè)，再通過某種方式測量透過的水蒸氣的量，最后計(jì)算出水蒸氣透過率。
 

　　不同的測試方法，區(qū)別主要在于怎么測量透過的水蒸氣的量。稱重法是通過重量變化來測，紅外法是通過紅外傳感器來測，電解法是通過電解的方式來測。

 

　　二、稱重法詳解
 

　　稱重法，也叫杯式法，是比較傳統(tǒng)也比較經(jīng)典的一種測試方法。
 

　　(一)工作原理
 

　　稱重法的原理其實(shí)很簡單。在一個(gè)透濕杯里裝上水或者干燥劑，然后把試樣封在杯口上，再把整個(gè)杯子放在恒溫恒濕的環(huán)境里。
 

　　如果杯子里裝的是水，那么杯子里的濕度高，外面的環(huán)境濕度低，水蒸氣會透過試樣從杯子里跑出去，杯子的重量就會慢慢減輕。
 

　　如果杯子里裝的是干燥劑，那么外面環(huán)境的濕度高，杯子里因?yàn)橛懈稍飫┧詽穸鹊停魵鈺高^試樣進(jìn)到杯子里，杯子的重量就會慢慢增加。
 

　　通過定期稱量杯子的重量，看單位時(shí)間內(nèi)重量變化了多少，就可以計(jì)算出水蒸氣透過率。
 

　　這種方法的原理很直觀，也很經(jīng)典，很多標(biāo)準(zhǔn)里都有收載。
 

　　(二)優(yōu)點(diǎn)
 

　　稱重法的優(yōu)點(diǎn)還是比較突出的。
 

　　首先，原理簡單，結(jié)果直觀，容易理解，也容易操作。
 

　　其次，設(shè)備的結(jié)構(gòu)相對簡單，價(jià)格通常也比較便宜，對于預(yù)算有限的用戶來說比較友好。
 

　　第三，適用的范圍比較廣，從高透濕的材料到比較低透濕的材料，基本都能測，只要選擇合適的測試條件和時(shí)間就行。
 

　　另外，這種方法的性比較高，很多國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)都把稱重法作為基準(zhǔn)方法，在很多場合都被認(rèn)可。
 

　　(三)缺點(diǎn)和局限
 

　　當(dāng)然，稱重法也有它的缺點(diǎn)。
 

　　明顯的就是測試時(shí)間長。因?yàn)橐戎亓孔兓娇梢詼?zhǔn)確稱量的程度，往往需要很長時(shí)間，有的可能要幾天甚至更長時(shí)間。對于透濕率低的高阻隔材料，需要的時(shí)間就更長了。
 

　　其次，測試的效率不高。一般一個(gè)杯只能測一個(gè)樣品，而且需要人工定期拿出來稱重，操作比較繁瑣，人力成本高。
 

　　還有，測試的精度受很多因素影響。比如稱量的精度、環(huán)境溫濕度的穩(wěn)定性、封邊的質(zhì)量等，都會影響結(jié)果。如果操作不規(guī)范，結(jié)果的重復(fù)性可能不太好。
 

　　另外，對于透濕率非常低的高阻隔材料，稱重法可能就不太適用了，因?yàn)橹亓孔兓?，稱量的誤差影響太大，測不準(zhǔn)。
 

　　(四)適用場景
 

　　稱重法比較適合那些對測試周期要求不高、樣品量不算特別大、預(yù)算有限的用戶。
 

　　比如一般的包裝材料、紡織品、建材等，透濕率不是特別低的，都可以用稱重法來測。
 

　　還有需要做仲裁或者按照標(biāo)準(zhǔn)方法測試的場合，稱重法因?yàn)槭墙?jīng)典方法，往往更被認(rèn)可。
 

　　三、紅外法詳解
 

　　紅外法是比較常用的一種儀器法測試方式。
 

　　(一)工作原理
 

　　紅外法的原理，是利用水蒸氣對特定波長紅外光的吸收作用來測量水蒸氣的濃度。
 

　　測試的時(shí)候，試樣的一側(cè)是濕度高的氣流，另一側(cè)是干燥的載氣。水蒸氣透過試樣后，被干燥的載氣帶到紅外傳感器那里。紅外傳感器通過檢測紅外光被水蒸氣吸收的程度，來計(jì)算載氣中水蒸氣的濃度。
 

　　知道了載氣的流量和其中水蒸氣的濃度，就可以算出單位時(shí)間內(nèi)透過的水蒸氣的量，從而得到水蒸氣透過率。
 

　　(二)優(yōu)點(diǎn)
 

　　紅外法的優(yōu)點(diǎn)有很多。
 

　　首先是測試速度快。和稱重法比起來，紅外法的測試時(shí)間要短得多，一般幾個(gè)小時(shí)就能出結(jié)果，有的甚至更快。這對于需要快速得到結(jié)果的用戶來說，非常方便。
 

　　其次，自動(dòng)化程度高。測試過程基本都是自動(dòng)進(jìn)行的，不需要人工頻繁操作，也不用反復(fù)稱重，節(jié)省人力。
 

　　第三，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測。測試過程中可以實(shí)時(shí)看到透過率的變化情況，什么時(shí)候達(dá)到穩(wěn)定一目了然，不用靠經(jīng)驗(yàn)判斷測試時(shí)間。
 

　　還有，測試的重復(fù)性和精度也不錯(cuò)，只要儀器狀態(tài)正常，操作規(guī)范，結(jié)果的穩(wěn)定性比較好。
 

　　另外，很多紅外法的儀器可以同時(shí)測好幾個(gè)樣品，測試效率比較高。
 

　　(三)缺點(diǎn)和局限
 

　　紅外法也有一些不足。
 

　　首先，設(shè)備的價(jià)格通常比稱重法的要高，初期投入大一些。
 

　　其次，儀器的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，需要定期維護(hù)和校準(zhǔn)，比如紅外傳感器的校準(zhǔn)、流量的校準(zhǔn)等，對操作人員有一定要求。
 

　　第三，對于某些特殊的樣品，比如會釋放揮發(fā)性有機(jī)物的材料，這些揮發(fā)物可能會對紅外檢測產(chǎn)生干擾，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 

　　還有，紅外傳感器也有一定的檢測范圍，對于透濕率特別低或者特別高的材料，可能不在最佳的檢測范圍內(nèi)。
 

　　(四)適用場景
 

　　紅外法適合那些測試量比較大、對測試速度有要求、希望自動(dòng)化程度高的用戶。
 

　　比如包裝企業(yè)的質(zhì)量檢測，每天要測很多樣品，用紅外法效率高很多。
 

　　還有研發(fā)部門，需要快速得到測試結(jié)果來指導(dǎo)配方和工藝調(diào)整，紅外法的速度優(yōu)勢就很明顯。
 

　　對于大多數(shù)的塑料薄膜、復(fù)合膜、包裝材料等，紅外法都能很好地適用。
 

　　四、電解法詳解
 

　　電解法也是一種常見的儀器法，有的也叫庫侖法或者濕度傳感器法。
 

　　(一)工作原理
 

　　電解法的核心，是一個(gè)電解式的濕度傳感器。這個(gè)傳感器里面有特殊的電極和吸濕層，當(dāng)含有水蒸氣的氣體通過傳感器時(shí)，水蒸氣會被吸濕層吸收，然后通過電解的方式把吸收的水電解成氫氣和氧氣。
 

　　電解是需要消耗電量的，電解水的量和消耗的電量是成正比的。所以通過測量電解消耗的電量，就可以算出有多少水蒸氣通過了傳感器，從而得到氣體中的水蒸氣含量。
 

　　測試的時(shí)候，和紅外法類似，試樣一側(cè)是濕的，一側(cè)是干的載氣，透過的水蒸氣被載氣帶到電解傳感器那里進(jìn)行測量，然后計(jì)算透過率。
 

　　(二)優(yōu)點(diǎn)
 

　　電解法的優(yōu)點(diǎn)也不少。
 

　　首先，測試的精度比較高，尤其是對于中低透濕率的材料，測試的準(zhǔn)確性和重復(fù)性都不錯(cuò)。
 

　　其次，測試速度也比較快，和紅外法差不多，比稱重法快很多。
 

　　第三，傳感器的響應(yīng)比較快，能夠比較快地反映透過率的變化。
 

　　還有，這種方法的原理也比較經(jīng)典，在很多標(biāo)準(zhǔn)中也有收載，認(rèn)可度也比較高。
 

　　(三)缺點(diǎn)和局限
 

　　電解法也有它的局限。
 

　　首先，電解傳感器是有壽命的，使用過程中會逐漸消耗，需要定期更換，長期使用的維護(hù)成本比較高。
 

　　其次，傳感器比較嬌貴，對使用條件要求比較高。如果樣品有腐蝕性，或者有揮發(fā)性的有機(jī)溶劑、酸性氣體等，很容易損壞傳感器，或者影響測試結(jié)果。
 

　　第三，對于透濕率特別高的材料，電解法可能不太適合，因?yàn)閭鞲衅饔幸欢ǖ臏y量上限，太高了測不準(zhǔn)或者容易損壞傳感器。
 

　　還有，設(shè)備的價(jià)格也不便宜，比稱重法貴。
 

　　(四)適用場景
 

　　電解法適合測試中低透濕率的材料，對測試精度和速度都有一定要求的用戶。
 

　　比如阻隔性能比較好的包裝材料、薄膜等，用電解法測試效果不錯(cuò)。
 

　　還有對測試結(jié)果的準(zhǔn)確性要求比較高，希望測試速度快一些的實(shí)驗(yàn)室，也可以選擇電解法。
 

　　但要注意，如果測試的樣品會釋放有機(jī)溶劑或者其他腐蝕性氣體，就不太適合用電解法，容易損壞傳感器。
 

　　五、三種方法的綜合對比
 

　　了解了三種方法各自的特點(diǎn)，我們再來從幾個(gè)維度綜合對比一下。
 

　　(一)測試精度對比
 

　　從測試精度來說，三種方法如果都操作規(guī)范的話，都能達(dá)到不錯(cuò)的精度。
 

　　稱重法作為經(jīng)典的基準(zhǔn)方法，只要操作足夠規(guī)范，環(huán)境控制得好，精度是有保障的，但它受人為因素和環(huán)境因素的影響比較大，操作不好的話結(jié)果波動(dòng)也大。
 

　　紅外法和電解法作為儀器法，自動(dòng)化程度高，人為因素影響小，結(jié)果的重復(fù)性和穩(wěn)定性一般更好一些。
 

　　對于中低透濕率的范圍，紅外法和電解法的精度表現(xiàn)都不錯(cuò)；對于高透濕率的，稱重法和紅外法可能更適合一些。
 

　　(二)測試效率對比
 

　　測試效率方面，稱重法是最慢的，測試周期長，而且需要人工操作，效率低。
 

　　紅外法和電解法都快很多，一般幾個(gè)小時(shí)就能完成測試，而且自動(dòng)化程度高，一個(gè)人可以看管多臺儀器，或者一臺儀器同時(shí)測多個(gè)樣品，效率高很多。
 

　　如果測試量比較大，儀器法的優(yōu)勢非常明顯。
 

　　(三)適用范圍對比
 

　　從適用范圍來說，稱重法廣，從高透濕到比較低的透濕都能測，只要給足夠的時(shí)間。
 

　　紅外法的適用范圍也比較寬，大多數(shù)常見的材料都能測。
 

　　電解法更適合中低透濕率的材料，太高透濕的不太適合。
 

　　另外，對于有揮發(fā)性有機(jī)物的樣品，紅外法和電解法都可能受干擾，稱重法相對好一些。
 

　　(四)使用成本對比
 

　　從初期采購成本來說，稱重法便宜，設(shè)備簡單，價(jià)格低。
 

　　紅外法和電解法的設(shè)備價(jià)格都比較高，初期投入大。
 

　　從長期使用成本來說，稱重法的耗材成本低，但人力成本高。
 

　　紅外法的維護(hù)成本相對低一些，傳感器壽命比較長。
 

　　電解法的傳感器是消耗品，需要定期更換，長期的耗材成本比較高。
 

　　六、選型建議
 

　　了解了三種方法的特點(diǎn)，該怎么選呢？可以從以下幾個(gè)方面來考慮。
 

　　(一)根據(jù)測試的材料和要求來選
 

　　首先要看你測的是什么材料，透濕率大概在什么范圍。
 

　　如果是透濕率很高的材料，比如普通的紙張、織物等，稱重法或者紅外法都可以。
 

　　如果是中等阻隔的材料，比如一般的塑料薄膜、復(fù)合膜，三種方法基本都可以，看其他需求。
 

　　如果是高阻隔的材料，透濕率很低，那稱重法可能就不太適用了，時(shí)間太長而且精度不夠，紅外法或者電解法更合適。
 

　　還要看樣品有沒有特殊的情況，比如會不會釋放有機(jī)溶劑、有沒有腐蝕性等，如果有的話，要選擇不容易受干擾的方法。
 

　　(二)根據(jù)測試的需求和量來選
 

　　如果測試量不大，對測試速度要求不高，預(yù)算又有限，那稱重法就挺合適的，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
 

　　如果測試量比較大，每天要測很多樣品，或者希望快速出結(jié)果，那肯定選儀器法，紅外或者電解，效率高很多。
 

　　如果是研發(fā)用，需要快速得到結(jié)果來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，儀器法更適合，節(jié)省時(shí)間。
 

　　如果是仲裁或者標(biāo)準(zhǔn)要求必須用稱重法，那就沒得選，按標(biāo)準(zhǔn)來。
 

　　(三)根據(jù)預(yù)算和維護(hù)能力來選
 

　　預(yù)算緊張的話，優(yōu)先考慮稱重法，便宜又好用。
 

　　預(yù)算充足，而且希望自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，可以選紅外法或者電解法。
 

　　從維護(hù)的角度來說，稱重法簡單，結(jié)構(gòu)簡單，不容易壞，維護(hù)方便。
 

　　紅外法相對也比較穩(wěn)定，維護(hù)不算復(fù)雜。
 

　　電解法因?yàn)閭鞲衅魇窍钠?，需要定期更換，而且對樣品要求高，維護(hù)成本和使用成本相對高一些，如果沒有相應(yīng)的維護(hù)能力，用起來可能比較麻煩。
 

　　(四)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求來選
 

　　還要看你做的測試需要遵循什么標(biāo)準(zhǔn)。不同的行業(yè)、不同的產(chǎn)品，可能有對應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)，有的標(biāo)準(zhǔn)指定了測試方法，那就按照標(biāo)準(zhǔn)的要求來選。
 

　　如果標(biāo)準(zhǔn)允許多種方法，再根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇。
 

　　結(jié)語
 

　　稱重法、紅外法、電解法，三種常見的水蒸氣透過率測試方法，各有各的特點(diǎn)，也各有各的適用場景。稱重法經(jīng)典、便宜、適用廣，但慢、費(fèi)人工；紅外法速度快、自動(dòng)化高、適用廣，但價(jià)格貴；電解法精度不錯(cuò)，但耗材成本高，對樣品要求高。
 

　　沒有哪種方法是絕對好的，只有適合自己的。選型的時(shí)候，結(jié)合自己的測試材料、測試量、速度要求、預(yù)算、維護(hù)能力等因素，綜合考慮，就能選到適合自己的那一款。