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惰性气体的保持率及其充气方法


来源:* 作者:王铁华 日期:2005-2-22
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  测定中空玻璃露点的温度(按大气循环和高湿标准试验得出试验前后的露点,但此检测不包括紫外线照射)对判断中空玻璃密封胶的整体性和干燥剂吸收由生产密封在中空玻璃密封层内残余湿度的能力给出一个很好的指标。这些试验本身也可用于检验中空玻璃的生产过程,并可用来作为质量保证的手段。
3 惰性气体的充气方法
  中空玻璃的惰性气体的充气方法通常采用有两种:真空箱法和气体置换法。
3.1 真空箱法
  使用真空箱法时,首先将中空玻璃放入箱内里,再将箱内气体抽出,然后在向箱内充回惰性气体如氩气。氩气充填的多少取决于真空箱里达到的真空程度,以及充惰性气体的时间。
3.2 空气置换方法
  使用空气置换法时,在中空玻璃间隔条的同一侧穿两个孔,分别接近上下间隔条的位置。下孔用来往中空玻璃内充如惰性气体,上孔用来将所要置换的空气排出。经过若干时间后(具体时间长短取决于中空玻璃规格的大小,空气层的宽度,以及向内充入惰性气体的速度),位于排气孔附近的惰性气体探测器自动切断向中空玻璃内充气的阀门。
  无论采用这两种方法中的哪一种,都存在着中空玻璃内所充氩气不足的可能性,表现为所充的惰性气体低于100%。通常在正常充气时所充惰性气体的水平应达到95%到98%。但是对所充惰性气体的中空玻璃大量取样结果却显示,一些中空玻璃内的氩气惰性气体仅仅达到50%甚至更低。造成所充氩气如此低的原因有许多,诸如充氩气的速度,排气孔和充气孔的位置,以及充气的时间长短。在这些情况下,如果没有适当的方法检测出中空玻璃内的氩气浓度的话,几乎不可能查出向中空玻璃内充气不足。
4 评价中空玻璃的惰性气体泄漏或保有率的若干方法
  为保持由惰性气体所带来中空玻璃热传导性的改进不变,就必须设法保证氩气在中空玻璃寿命期间始终存在于中空玻璃内。因此,检测中空玻璃惰性气体泄漏率的不同的方法相继出现,但共同的原理是收集从中空玻璃内跑掉的氩气分子,或取样中空玻璃内稀释的氩气分子,然后对气体进行分析计算。但这些方法本身内在具有不定性,使得所得的结果可靠性令人质疑。另一些方法十分昂贵,因而不能在实践中大量使用。
  本文在此对几种有代表性的方法作一简单介绍。
4.1 漏气收集箱法(德国标准)
  将中空玻璃边缘嵌入收集箱内,并留出狭窄的空隙(见图7)。然后向空隙内充氦气以除去空气。将漏气收集箱密封好并使其保持气密4个小时。该方法的工作原理是任何从中空玻璃内跑掉的氩气都会被收集在密封箱的空隙层内。然后空隙层又充入氦气,不同的惰性气体混合进入空隙内。接下来使用气体色谱法将混合惰性气体进行分离分析。

如果收集到的混合惰性气体中有氩气则表示中空玻璃中内有氩气向外泄漏。将所收集到的氩气折算成氩气的年平均泄漏量。该折算假定氩气泄漏率在中空玻璃使用寿命期间内不变。但这种假定本身就有一个缺陷,因为氩气的泄漏率取决于中空玻璃空气层内的氩气与外部氩气的局部压强差,而局部压强差是随时间推移而递减的。初期氩气的泄漏速度较高,但随着局部压强差的减少氩气的泄漏速度放慢。此外,如果收集箱气密不好,任何从空气中进入收集箱内的氩气也会被当作从中空玻璃内泄漏出的氩气。可见,该方法对收集箱的密封程度提出很高的要求,必须使其不受周围环境的影响。为使这些可能出现的问题对该检测方法的准确性影响最小,人们对漏气收集箱法做了些改进。
4.2 改进漏气收集箱法(气体箱法)
  使用该种方法时,将中空玻璃完全放入一个气密箱内。在测试开始时首先测定并记录密封箱内氩气的浓度。正常情况下,空气中的氩气浓度为1%。如果箱内的氩气高出开始测定的浓度水平,都可认定为是从中空玻璃内跑出来的。与上述漏箱收集法类似,使用该方法测定的氩气浓度变化后再将其折算成氩气的年泄漏率。由于使用气体色谱法探测出氩气浓度的微小变化难度是相当大,使用该方法测定的时间通常为2到4周。
  上述两种方法存在共同问题是试验时间过短。从中空玻璃内收集到的稀释氩气出现任何误差都要乘一个系数大约为2,000(漏箱收集法)或大约14(改进漏箱收集法),具体取决于测试的时间长短。因为这两种方法的高度不确定性,有必要找出一种替代方法(本文后面将介绍)。
4.3 喇曼分光镜检测法
  该种方法建立在氧气和氮气对喇曼敏感性的基础上。当激光的波长达到透过玻璃的最大波长并入射到内充气体的中空玻璃时,空气层内的氮气和氧气分子被激活,结果导致激光的频率变化。激光的频率变化是可测量的。信号的振幅与各种气体的浓度成正比。虽然氩气对喇曼不敏感,但其浓度的大小可以通过逆运算求出。具体作法是,在加速大气循环试验的前后分别测量出中空玻璃内的氧气和氮气的浓度变化,然后推算出该充惰性气体的中空玻璃对氩气的保持能力。
  使用喇曼分光检测法要求操作人员技术相当熟练,环境无任何震动影响激光发射。可见,喇曼法作为常规检验法来使用成本是非常高的。此外,由于该方法不是直接测量氩气的浓度,很可能结果是不准确的。使用这种方法只检查出氧气和氮气,但除此之外空气层内还有对喇曼法不敏感的其他气体如氪气和氖气等等。

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