紙張透氣度測試儀的設計原理與技術實現

一、透氣度測試的核心原理

紙張透氣度測試儀的本質是測定特定壓差下單位時間內通過單位面積紙張的氣體流量。根據國際標準（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）。

兩種方法的數學表達分別為：

• ?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、硬件系統設計要點

1. ?氣路結構設計?

• ?恒壓控制模塊?

  ：采用比例積分微分（PID）算法調節氣泵或真空發生器的輸出，確保測試腔內的壓差穩定在±0.5%誤差范圍內。

• ?流量傳感器?

  ：選用熱式質量流量計（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?

  ：腔體材質為硬質鋁合金，配合O型硅膠密封圈，確保測試區域（ISO標準為2 cm2）無側向泄漏。

2. ?環境補償模塊?
   溫度與濕度變化會顯著影響空氣黏度和紙張孔隙結構。設計中需集成溫濕度傳感器（如SHT35），并通過以下公式修正數據：

   $${\mathrm{??}}_{\text{修正}}={\mathrm{??}}_{\text{實測}}?\frac{{\mathrm{??}}_{\text{標準}}}{{\mathrm{??}}_{\text{實際}}}?\frac{{\mathrm{??}}_{\text{實際}}}{{\mathrm{??}}_{\text{標準}}}$$

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

3. ?機械執行機構?
   采用步進電機驅動壓板，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測夾持狀態，避免因過度壓縮導致孔隙變形。