"掃描二維碼，關(guān)注協(xié)會動態(tài)"
1. 摘要
現(xiàn)代的中空玻璃技術(shù)，即鍍低輻射膜和充惰性氣體技術(shù)，已經(jīng)可以充分地改善門窗的隔熱功能。這些先進的成分或材料很難用肉眼探測出來，尤其是當(dāng)要探測是哪種惰性氣體，和該種惰性氣體含量是多少的時候就幾乎不可能了。還有，對于中空玻璃上是否有鍍低輻射膜，鍍膜的位置以及各層玻璃片的厚度都是比較難明確的。
不管是制造商還是他們的客戶，都應(yīng)該可以對其購買的貨品進行檢測，以便保證這些產(chǎn)品滿足自己的期望和需要。
目前，有幾種可以檢測充氣中空玻璃內(nèi)氣體含量和中空玻璃結(jié)構(gòu)的途徑。同樣，檢測中空玻璃的低輻射鍍膜存在與否及其所處位置的儀器也在研究中，這樣就可以對中空玻璃的整體質(zhì)量進行評估。這篇文章旨在讓讀者對市場上可用的幾種不同方法有個基本認識。
本文作者任職一家芬蘭公司的首席執(zhí)行官，該公司專門為玻璃和建筑行業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)光學(xué)測量儀器。
關(guān)鍵詞和術(shù)語：低輻射，低輻射鍍膜，惰性氣體，氬氣，氣腔層，U值，氣體含量，滲透性能
2.介紹
當(dāng)今不管在世界哪個地方，對于高品質(zhì)中空玻璃的需求與日俱增。很多國家都在國際上或本土承諾要減少二氧化碳排放。能源需求受世界上日益增長的人口和經(jīng)濟增長驅(qū)動在不斷增長。能源生產(chǎn)和環(huán)境效應(yīng)的基本目標是減少全球氣候變化，和以安全方式生產(chǎn)能源。在21世紀初，能耗的增加已經(jīng)以平均每年3%的最快增長呈現(xiàn)出來，這個現(xiàn)象來自于快速的經(jīng)濟增長，如印度和中國。在全球范圍能源的生產(chǎn)是基于化石材料。二氧化碳排放被認為是所謂溫室效應(yīng)中最主要的原因，而能源是其最大的來源。碳排放預(yù)計要降低其年均水平，尤其對最大來源的工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)定就非常高。在建筑領(lǐng)域達到目標將需要對既有實踐和法規(guī)進行更改。在建筑領(lǐng)域目標分兩個階段，首先是降低建筑物的能源使用，其次是防止減少了的可再生能源需求。根據(jù)多個國際建筑項目就可以知道，投資節(jié)能建筑是明智的。盡管低能耗的建筑造價比普通建筑要高2到5個百分點，但是從長期成本來看還是低的，因為能源成本低了。為了減少建筑施工帶來的碳排放，政府機構(gòu)出臺了正式的法令法規(guī)來控制保溫和建筑材料的節(jié)能性。當(dāng)涉及到建筑的保溫效果時，玻璃通常是最薄弱的一個環(huán)節(jié)，所以提高建筑的整體節(jié)能水平成了提高中空玻璃質(zhì)量的強大驅(qū)動力。在芬蘭，建筑的用電和取暖方面大概占總能耗的34%。這些法規(guī)里同樣對門窗和用于制作門窗的玻璃設(shè)定了要求，其中就包括中空玻璃所用的材料和結(jié)構(gòu)。
當(dāng)研究中空玻璃的節(jié)能效果時，觀察員將注重其隔熱效果和玻璃的輻射率。這篇文章將重點放在中空玻璃所用玻璃部分。除非另有定義，這篇文章中所指的U值為熱傳導(dǎo)系數(shù)。它描述了在標準條件下，單位時間內(nèi)從單位面積的玻璃組件一側(cè)空氣到另一側(cè)空氣的傳輸熱量。即U = 1/R = Qa/dT (W/m2K)（單位：瓦每平方米每開氏溫度）。它亦以R值的導(dǎo)數(shù)為人所知，R值為熱阻系數(shù)。U值越低，玻璃的隔熱性能越好。
表1：玻璃部分對窗戶性能的影響
|
因素
|
隔熱效果影響
|
|
玻璃厚度
|
小
|
|
玻璃片間距離
|
中等
|
|
玻璃片數(shù)
|
大
|
|
惰性氣體
|
中等
|
|
不同低輻射鍍膜玻璃
|
大
|
3.低輻射鍍膜中空玻璃
術(shù)語“選擇型輻射”或“低輻射”玻璃是指玻璃帶有一層或多層的金屬氧化物的透明膜。選擇型輻射是指輻射的傳輸和反射依賴于輻射的光波波長。低輻射鍍膜的意義在于減少中空玻璃的玻璃片間的熱輻射，以提高它的隔熱性能。
術(shù)語“選擇型輻射”或“低輻射”玻璃是指玻璃帶有一層或多層的金屬氧化物的透明膜。選擇型輻射是指輻射的傳輸和反射依賴于輻射的光波波長。低輻射鍍膜的意義在于減少中空玻璃的玻璃片間的熱輻射，以提高它的隔熱性能。
熱傳遞是通過氣體流動，傳導(dǎo)和輻射來實現(xiàn)的。輻射被分為長波和短波輻射。短波輻射如可見太陽光，射入玻璃但是僅長波熱輻射被低輻射鍍膜給濾過。這會改善玻璃的隔熱性能和整體的熱力性能。同樣，內(nèi)部表面的結(jié)霜也會由于低輻射鍍膜而降低。結(jié)霜是由于不同玻璃片的溫度差和濕度差引起的。如果中空玻璃的表面溫度比其內(nèi)部的空氣冷的話，同樣也會在窗戶周邊引起冷空氣流動，但如果用的中空玻璃隔熱性能好的話就沒有問題，因為中空表面的溫度會相對高些，不會與其內(nèi)部空氣產(chǎn)生那么大的溫度差。
對一個標準的窗戶來說，其近乎一半的熱損失是由于玻璃片間的輻射引起的，而另一半是由于惰性氣體的熱傳導(dǎo)和其間的對流。
表2：不同窗戶結(jié)構(gòu)的U值舉例：自1978年以來芬蘭所用的窗戶
|
年份
|
類型
|
結(jié)構(gòu)
|
玻璃的U值
W/m2K
|
|
1978
|
1+1+1
|
4+50+4+50+4
|
1,8
|
|
2003
|
1+2
|
1+100+2g (4-12-E4)
|
1,2
|
|
2010
|
1+2
|
4K+100+2g (4-15ar-e4)
|
0,8
|
|
2012
|
2+2
|
4-18ar-e4+50+4-18ar-e4
|
0,5
|
圖1：低輻射鍍膜在中空玻璃內(nèi)的效果
4.1為什么要充氣？
稀有氣體如氬氣和氪氣，甚至氙氣一般被作為惰性氣體填充于中空玻璃里，因為他們對于熱的傳輸和傳導(dǎo)要比標準空氣要小的多。這也是為什么要用惰性氣體作為填充氣體。最大的改善可以通過鍍低輻射膜和充氬氣來實現(xiàn)。氬氣是最被廣泛運用的惰性氣體，因為它的價格便宜，且易提取。氬氣無毒不活躍，比空氣在熱傳導(dǎo)性上低大概30%左右（0,0179 W/mk 對 0,0262 W/mK），它是通過液態(tài)氮和氧制作過程中從空氣中提煉出來的。作為一種非活性氣體，氬氣也可以保護中空玻璃內(nèi)其它有價值的材料。比氬氣貴的選擇是氪氣和氙氣，它們相對氬氣來說更穩(wěn)定和不活躍。六氟化硫由于它的聲學(xué)特質(zhì)也被用于絕緣，但現(xiàn)在認為它會對環(huán)境造成污染，所以已經(jīng)很少使用。
稀有氣體如氬氣和氪氣，甚至氙氣一般被作為惰性氣體填充于中空玻璃里，因為他們對于熱的傳輸和傳導(dǎo)要比標準空氣要小的多。這也是為什么要用惰性氣體作為填充氣體。最大的改善可以通過鍍低輻射膜和充氬氣來實現(xiàn)。氬氣是最被廣泛運用的惰性氣體，因為它的價格便宜，且易提取。氬氣無毒不活躍，比空氣在熱傳導(dǎo)性上低大概30%左右（0,0179 W/mk 對 0,0262 W/mK），它是通過液態(tài)氮和氧制作過程中從空氣中提煉出來的。作為一種非活性氣體，氬氣也可以保護中空玻璃內(nèi)其它有價值的材料。比氬氣貴的選擇是氪氣和氙氣，它們相對氬氣來說更穩(wěn)定和不活躍。六氟化硫由于它的聲學(xué)特質(zhì)也被用于絕緣，但現(xiàn)在認為它會對環(huán)境造成污染，所以已經(jīng)很少使用。
中空玻璃的熱損失也可通過優(yōu)化玻璃片間的間隔條寬度來降低。常用的間隔條寬度為16mm或12mm，很少有用超過18mm的間隔條。通過選擇密度高過空氣的最佳惰性氣體可以降低氣體的對流。間隔條通常是用導(dǎo)熱材料制造的，如鋁或鋼，創(chuàng)建一種線性熱橋。先進的間隔條材料可以通過其熱導(dǎo)性來降低熱損失，使得中空玻璃內(nèi)側(cè)在寒冷的時候也可以保持與加熱了建筑物同樣的溫度。
通過對建筑的U值的要求有著間接或直接的不同標準，而根據(jù)這些標準，對于氬氣充氣率需求也不一樣。不同的標準可能會根據(jù)市場區(qū)域不同而有所變化，但它們大部分都為生產(chǎn)設(shè)定了高要求，那就是要求充氣含量達到90%，且年泄露率低于1%。
表3：在不同氣體與不同含量下，間隔條寬度12 mm時，玻璃第三面的U值與輻射率的關(guān)系
4.2充氣和氣體保持力的問題
一些潛在的問題會在充氣中空玻璃制作過程中發(fā)生。充氣可以通過自動箱式充氣或手動式充氣的方法來執(zhí)行，但是兩者都有各自的風(fēng)險和質(zhì)量控制問題。當(dāng)使用自動充氣線時，操作者需要檢驗機械和充氣過程是否都正常工作。因為惰性氣體是看不見且無味的，所以沒有適合的工具是很難探測到的。手動充氣同樣可能會因操作過程中人為的錯誤而易泄露掉，例如在填補充氣孔或在封第二道密封膠時。另外，充氣結(jié)果可能會產(chǎn)生湍流，或者氣體沒有均勻分布。盡管充氣過程可能成功了，問題仍然會發(fā)生。惰性氣體可能會由于生產(chǎn)過程，不良的材料或做工而慢慢地泄露掉。應(yīng)該在生產(chǎn)過程中多次檢驗氣體含量，以確保整個生產(chǎn)階段都按其設(shè)置地一樣運轉(zhuǎn)良好。
一些潛在的問題會在充氣中空玻璃制作過程中發(fā)生。充氣可以通過自動箱式充氣或手動式充氣的方法來執(zhí)行，但是兩者都有各自的風(fēng)險和質(zhì)量控制問題。當(dāng)使用自動充氣線時，操作者需要檢驗機械和充氣過程是否都正常工作。因為惰性氣體是看不見且無味的，所以沒有適合的工具是很難探測到的。手動充氣同樣可能會因操作過程中人為的錯誤而易泄露掉，例如在填補充氣孔或在封第二道密封膠時。另外，充氣結(jié)果可能會產(chǎn)生湍流，或者氣體沒有均勻分布。盡管充氣過程可能成功了，問題仍然會發(fā)生。惰性氣體可能會由于生產(chǎn)過程，不良的材料或做工而慢慢地泄露掉。應(yīng)該在生產(chǎn)過程中多次檢驗氣體含量，以確保整個生產(chǎn)階段都按其設(shè)置地一樣運轉(zhuǎn)良好。
5. 檢測和探測中空玻璃內(nèi)惰性氣體含量和低輻射鍍膜
5.1探測低輻射鍍膜
選擇性輻射玻璃的鍍膜一般是金屬類和導(dǎo)電性鍍膜。另外鍍了膜的玻璃比白玻會反射更多的光，這個可以在用來檢測玻璃是否有低輻射鍍膜時采用。
選擇性輻射玻璃的鍍膜一般是金屬類和導(dǎo)電性鍍膜。另外鍍了膜的玻璃比白玻會反射更多的光，這個可以在用來檢測玻璃是否有低輻射鍍膜時采用。
對于電容式探測儀來說，交流電通過電極被導(dǎo)在玻璃表面。探測儀可以為低輻射鍍膜探測或潮氣探測而設(shè)計。這類探測儀將可以探測電流的強度。一片選擇性輻射玻璃可以比白玻會產(chǎn)生更強的電流。這個方法在檢測低輻射鍍膜玻璃是否真的有低輻射鍍膜時使用。但是它不能用于多層玻璃結(jié)構(gòu)的低輻射鍍膜檢測。
另外一種檢測玻璃表面是否有低輻射鍍膜的方法是，把直流電通過一個電極導(dǎo)至到另一個電極然后導(dǎo)在玻璃表面。這時，有鍍膜的表面會引導(dǎo)電流而沒有鍍膜的那一面則表現(xiàn)為絕緣，因為玻璃不是導(dǎo)體而是一個絕緣體。操作者在使用這種解決方案時，需要從已知的鍍膜表面進行測量。
光學(xué)測量儀器也被應(yīng)用于檢測玻璃的低輻射鍍膜探測和玻璃間隔厚度檢測。這些光學(xué)測量儀器使得操作者在檢測中空玻璃各玻璃片厚度時同步地檢測到玻璃間隔的厚度。儀器的實例如圖2。這個技術(shù)是基于激光光柱，它以45度角射出，然后被反射到儀器傳感器。玻璃片和間隔厚度就是由這個反射回來的激光柱到傳感器的距離決定。該技術(shù)同時需要預(yù)先知道玻璃和空氣的折射參數(shù)。
市場有很多這樣用于探測低輻射鍍膜和間隔條厚度的儀器。其系列功能和價格視最終用戶的需求，范圍很廣。對于有些儀器，操作者必須根據(jù)在某些范圍的反射進行總結(jié)。同樣，一些較復(fù)雜但用戶界面友好的儀器是可以以圖形的方式告訴使用者中空玻璃的檢測結(jié)果。這樣的儀器可以去檢測整個配置結(jié)構(gòu)，檢查低輻射鍍膜是否在正確的位置上，同時檢測玻璃片和間隔寬度是否在允許的公差范圍內(nèi)。關(guān)于潛在的過剩壓力的結(jié)論是通過適當(dāng)?shù)膬x器也是可以測量的。
圖2：一臺檢測玻璃和間隔厚度的光學(xué)檢測儀器
5.2為什么驗證中空玻璃內(nèi)惰性氣體含量是一項重要的工作？
與其它不一樣的是，影響中空玻璃的氣體滲透性的諸多因素都很重要，如密封膠的彈性和牢固度，密封膠的老化，干燥劑材料，密封膠涂布的厚度和寬度，透過間隔條和密封膠的擴散速度等。當(dāng)談及到生產(chǎn)流程，設(shè)計，作工和充氣技術(shù)時，都應(yīng)該盡可能地控制。
與其它不一樣的是，影響中空玻璃的氣體滲透性的諸多因素都很重要，如密封膠的彈性和牢固度，密封膠的老化，干燥劑材料，密封膠涂布的厚度和寬度，透過間隔條和密封膠的擴散速度等。當(dāng)談及到生產(chǎn)流程，設(shè)計，作工和充氣技術(shù)時，都應(yīng)該盡可能地控制。
中空玻璃的性能一方面受潮氣擴散進入其單元的影響，另一方面受惰性氣體擴散出其單元的影響。這些擴散過程是由于周邊氣體存在差異以及惰性氣體趨于穩(wěn)定而引起的。這可能會導(dǎo)致負壓進入中空玻璃單元，此外還會引起玻璃變形。惰性氣體泄露將引起可見的扭曲，客戶也將能夠探測到氣體泄露，因為中空玻璃會開始出現(xiàn)向內(nèi)爆裂現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)要求我們采取必要的措施，如減小了的玻璃片間空間，強調(diào)密封膠/玻璃表面壓力和隨時間推移降低熱工性能。同樣的客戶還能夠用當(dāng)今先進的儀器檢測到潛在的爆裂和中空玻璃的內(nèi)在氣體含量。這樣，在沒有發(fā)生保修索賠前，制造企業(yè)將有時間做適當(dāng)?shù)脑O(shè)計和生產(chǎn)具有良好氬氣保持力的高品質(zhì)中空玻璃產(chǎn)品。
對中空玻璃的氬氣含量的檢查還可以讓操作者來檢查他們的充氣設(shè)備是否按常規(guī)在正常運作。充氣過程也容易受到機械磨損而在生產(chǎn)過程發(fā)生故障。因為氬氣的特性是無法看到的，所以氬氣是否填充成功或不成功沒有辦法判定，除非通過檢測調(diào)整充氣線或整個流程。
5.3有什么實用的工具可以檢測惰性氣體含量？
從惰性氣體應(yīng)用之初，玻璃行業(yè)就一直在研究惰性氣體含量的檢測方法。各行業(yè)所用的不同的氧分析法已經(jīng)有相當(dāng)長一段時間了。世界各地每天都在對工業(yè)氣體中氧氣的流入進行檢測，醫(yī)療行業(yè)和潛水對氣體的檢驗亦是如此。
5.3有什么實用的工具可以檢測惰性氣體含量？
從惰性氣體應(yīng)用之初，玻璃行業(yè)就一直在研究惰性氣體含量的檢測方法。各行業(yè)所用的不同的氧分析法已經(jīng)有相當(dāng)長一段時間了。世界各地每天都在對工業(yè)氣體中氧氣的流入進行檢測，醫(yī)療行業(yè)和潛水對氣體的檢驗亦是如此。
就此而論，中空玻璃內(nèi)氣體含量的分析方法可以分為三種：物理方法，化學(xué)方法和取樣法。這個章節(jié)將對這三種不同方法進行驗訖。
5.3.1探測惰性氣體含量的物理檢測方法
物理方法是基于確定的某些元素的物理性質(zhì)，氣體對于每個元素來說是獨特的。這樣的性質(zhì)是指如熱導(dǎo)率，聲速，分子的重量，分子的大小，輻射吸收系數(shù)或等離子體發(fā)射的輻射波等。
物理方法是基于確定的某些元素的物理性質(zhì)，氣體對于每個元素來說是獨特的。這樣的性質(zhì)是指如熱導(dǎo)率，聲速，分子的重量，分子的大小，輻射吸收系數(shù)或等離子體發(fā)射的輻射波等。
氣體對于電磁輻射波的吸收以及輻射的數(shù)量取決于樣片中氣體含量。例如氣體吸收特定波長的紅外輻射。這個方法應(yīng)用于火災(zāi)報警系統(tǒng)對二氧化碳的探測。但是，很難用這種方法來檢測惰性氣體含量，因為這個輻射波必須得穿過至少兩層玻璃，而這兩層玻璃已經(jīng)過濾掉了相關(guān)波長。
放射性輻射波吸收被用于火災(zāi)報警系統(tǒng)以探測火災(zāi)氣體。玻璃吸收α輻射波，但它不能檢測惰性氣體，而β and ϒ輻射波用于移動設(shè)備在生產(chǎn)條件下就不安全。
對電離氣體發(fā)射輻射波頻譜的研究是20世紀末在芬蘭被提出的。該技術(shù)基于激活惰性氣體的氣體原子，這樣它們就透過玻璃發(fā)射可以被分析的光束。每種氣體都有其獨特的光譜，而這些光譜都可以被識別。樣片中氣體含量會影響輻射波的強度，這使得檢測中空玻璃內(nèi)的氣體含量成為可能。既有應(yīng)用里氣體的原子被高壓電火花激活。這些應(yīng)用我們是2001年推向市場的，今天第三代技術(shù)以Gasglass為品牌在市場上銷售。
該技術(shù)可以準確地并重復(fù)地檢測中空玻璃內(nèi)氬氣和氪氣含量，屬無損型檢測。操作者必須知道他/她檢測的氣體是氬氣還是氪氣。因為這個方法是基于高壓放電激活氣體原子，所以存在一些局限性。電火花必須穿透氣腔層使得測量變成可行。電火花不能跳過低輻射鍍膜玻璃或厚的夾膠片也會使得測量變得困難。背景光對測量結(jié)果影響也比較敏感，所以在測量時，應(yīng)總是盡量在標準條件下進行，建議背景有一個蓋有黑布的相配支架做支撐，或類似的背景。生產(chǎn)企業(yè)為了繞開這些局限，他們通常會分開準備可測的樣片以便檢測，舉個例子：在做三玻兩腔中空時，他們會在把鍍有低輻射膜的玻璃片放在中間，這樣就可以分別測得兩個腔體的惰性氣體含量。
表4：Gasglass技術(shù)的準確性和重復(fù)性
|
被測樣片中氬氣含量
|
測得的平均值
|
平均偏差
|
標準偏差
|
|
97,5
|
97,5
|
0
|
0,1
|
|
94,9
|
94,9
|
0
|
0,1
|
|
90,0
|
90,0
|
0
|
0,3
|
|
85,1
|
85,1
|
0
|
0,6
|
|
80,2
|
80,1
|
-0,1
|
0,5
|
|
70,9
|
70,4
|
-0,5
|
2,2
|
|
50,1
|
49,7
|
-0,4
|
2,4
|
表4是Gasglass儀器第三代的準確度和重復(fù)度。從報告中可以看出，對每一個充氣含量的準確度限定以標準偏差給出，測量平均值這里指設(shè)備的重復(fù)性?？梢钥闯觯摷夹g(shù)的準確度和重復(fù)度是基于充氣水平的。例如，當(dāng)充氣達到94.9%時，準確度是非常高的，標準偏差很小。當(dāng)充氣量將到70.9%時，測量平均值下移了0.5%，標準偏差總和為2.2，盡管如此，這完全可用于惰性氣體含量檢測。從相關(guān)數(shù)字我們可以看到，每臺儀器尤其獨特的校準曲線。Gasglass儀器的生產(chǎn)商建議用戶對其儀器每年進行一次校準。Gasglass的校準過程比較復(fù)雜，它需要有8個不同的校準點，必須由生產(chǎn)商或通過認證的服務(wù)提供商進行校準。迄今為止，生產(chǎn)商在全世界有三個服務(wù)中心，美國，中國和芬蘭。對每個校準點的校準用的都是經(jīng)過認證了的標準氣體。基于瞬間放電或等離子發(fā)射技術(shù)的攝譜法現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于世界各地的玻璃行業(yè)。
對其它惰性氣體分析的物理方法也進行了研究。這些方法基于不同的技術(shù)，如可調(diào)諧二極管激光器，喇曼分光鏡，材料中聲速的變化或者惰性氣體中熱傳導(dǎo)率的變化。不管用何種方法，當(dāng)涉及到對中空玻璃的氣體含量進行分析時，所有的方法都有它們自己的難題或局限性，到目前還沒有辦法解決，所以它們能夠在市場上應(yīng)用?；谕黄齐妷旱淖兓夹g(shù)這樣的儀器，現(xiàn)在市場上也有但是不多，因為很多因素對其測量結(jié)果都有影響。
5.3.2探測惰性氣體含量的化學(xué)方法
稀有氣體作為惰性氣體被使用，只有在特殊的條件下才跟其它元素行成化合物。盡管可以在充氣后通過分析留在氣腔層內(nèi)空氣的氣體成分含量來分析惰性氣體含量。在這種情況下，該方法不能驗證惰性氣體本身，而是識別留在氣腔層內(nèi)空氣的其它氣體成分。
稀有氣體作為惰性氣體被使用，只有在特殊的條件下才跟其它元素行成化合物。盡管可以在充氣后通過分析留在氣腔層內(nèi)空氣的氣體成分含量來分析惰性氣體含量。在這種情況下，該方法不能驗證惰性氣體本身，而是識別留在氣腔層內(nèi)空氣的其它氣體成分。
某些材料可能會因為混合氣體中氧含量的變化而改變自身的顏色。這個就使如黏貼紙時間久了會變色一樣。這種方法可以用于如檢查中空玻璃樣片在做氣候循環(huán)之前和之后的差別。
5.3.3取樣分析法
取樣分析法為使用者在判定惰性氣體種類和含量時提供了可信賴的方式。有許多技術(shù)用于取樣法對氣體進行分析，在氣體行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)也同樣會用到。從中空玻璃中取樣總是會破壞其完整性。通常需要在間隔條上打孔，取樣可以用注射器取出后分析或者直接用測量儀器探入分析。氣體試樣根據(jù)采用的技術(shù)不同，而要求不同的量，從µ l到ml。氣相色譜儀所需要的氣體試樣量極其微小，所以可以重復(fù)測量。雖然生產(chǎn)企業(yè)介紹了如何很好地去密封那個為了取樣而打的孔，但是氣體仍然容易泄漏。如果用氧分析儀來取樣的話，這個氣體試樣量相對會大，從而沒有辦法能夠進行重復(fù)測量。
取樣分析法為使用者在判定惰性氣體種類和含量時提供了可信賴的方式。有許多技術(shù)用于取樣法對氣體進行分析，在氣體行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)也同樣會用到。從中空玻璃中取樣總是會破壞其完整性。通常需要在間隔條上打孔，取樣可以用注射器取出后分析或者直接用測量儀器探入分析。氣體試樣根據(jù)采用的技術(shù)不同，而要求不同的量，從µ l到ml。氣相色譜儀所需要的氣體試樣量極其微小，所以可以重復(fù)測量。雖然生產(chǎn)企業(yè)介紹了如何很好地去密封那個為了取樣而打的孔，但是氣體仍然容易泄漏。如果用氧分析儀來取樣的話，這個氣體試樣量相對會大，從而沒有辦法能夠進行重復(fù)測量。
5.3.3.1氣象色譜分析儀
不同類型傳感器的氣象色譜儀在市場上已經(jīng)有一段時間了，而且一直被認為是具有較高的準確度和可信賴度。需要抽取的氣體試樣量也非常微小，大概25µl，使得操作者可以重復(fù)測量很多次。氣相色譜儀采用的是氣相色譜法，成分是氣體，適用于定性定量分析。
不同類型傳感器的氣象色譜儀在市場上已經(jīng)有一段時間了，而且一直被認為是具有較高的準確度和可信賴度。需要抽取的氣體試樣量也非常微小，大概25µl，使得操作者可以重復(fù)測量很多次。氣相色譜儀采用的是氣相色譜法，成分是氣體，適用于定性定量分析。
表5：氣相色譜儀操作原理圖
色譜分離法是把一個復(fù)雜體系的化學(xué)成分分離。一個色譜利用一個流體相通過窄的管子，被稱之為色譜柱。樣品的成分基于它們獨特的化學(xué)和物理性質(zhì)以不同的速度通過色譜柱，在色譜柱中已知相和固定相產(chǎn)生互動。在化學(xué)組分脫離色譜柱時，會被不同種的電子檢測器探測到。色譜柱中的固定相應(yīng)該分離被分析氣體試樣的不同組分。同樣的，色譜柱內(nèi)的溫度和氣體試樣的流動率是可控的。在氣相色譜儀內(nèi)有用到數(shù)個不同類型的探測器。最常見的類型是火焰離子檢測器和熱傳導(dǎo)檢測器。氣相色譜儀也可以連接到一個質(zhì)譜儀將作為探測器運行。
根據(jù)筆者的經(jīng)驗，在世界各地玻璃行業(yè)的實驗室經(jīng)常把氣相色譜法作為溯源的儀器。如果把這種方法用于生產(chǎn)工廠的話，可能太過復(fù)雜，且耗時長，又非常昂貴。
5.3.3.2氧分析儀
在市場上可以找到種類繁多的氧分析。除了玻璃行業(yè)，氧分析儀被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，還有潛水設(shè)備在檢測氧含量時也會用到。它們可以檢測氣體試樣內(nèi)氧含量，從而使得操作可以判定所測氣體的含量。而這個判定是基于對空氣中各種氣體含量進行假定得出來的，如空氣中包含了大約78%的氮氣，21%的氧氣，0,94%的氬氣以及其它氣體。氧分析儀根據(jù)這些數(shù)據(jù)去計算氧氣在氣體試樣中的含量，并得出空氣的總量。期望最后在氣體試樣中所剩的就是氬氣（或氪氣）。
氧分析儀一般有很多種傳感器可以配用。普通的就是電化學(xué)電池和順磁性電池。電化學(xué)電池，也被稱為燃料電池，可以測量某種氣體或混合氣體中微量的氧含量百分比。被分析的氣體試樣通過一個氣體滲透膜進入傳感器。氣體試樣中的氧在傳感器中與陽極和陰極接觸后在電解液中被溶解。從陰極到陽極產(chǎn)生的電子流和電流與氣體試樣中氧成正比。這些電化學(xué)電池時間久了會耗盡，因為傳感器中所用的鉛陽極在氧含量高的情況下比較脆弱。一旦鉛陽極被氧化了，電池就不會再產(chǎn)生輸出，除了更換一個新的鉛陽極否則就沒用了。操作者只有在儀器不再能被校準或者校準需要花非常長時間的時候才會注意到這個。在此，用Sensoline手持式氧分析儀舉例，它用的就是電化學(xué)電池，使用起來方便，因為它有一個集成泵在里面，使得操作者不需要手動去抽取和注射氣體試樣了，因為測量結(jié)果可能是依賴氣體試樣流速的。操作者可以取些空氣做為氣體試樣，然后通過一個簡單的按鈕操作就可以對儀器進行校準了。操作者在做校準時應(yīng)該注意，因為象這樣的分析儀會隨時間發(fā)生漂移。生產(chǎn)商聲明該技術(shù)從測量氧計算氬氣含量時允許的精度為0.1%。
順磁性電池利用氧氣的體積磁化率比一般氣體高。一個順磁性的傳感器與裝了參考氣體的兩個玻璃球合在一起，參考氣體一般為氮氣，安裝在一個懸掛的旋轉(zhuǎn)裝置上。這種裝置，俗稱啞鈴，里面是一個強大的磁場。當(dāng)含有氧的氣體試樣通過流程進入這個感應(yīng)器時，氧分子就會被這兩個磁場中更強烈的那個所吸引。這個力偶促使啞鈴內(nèi)發(fā)生位移，然后旋轉(zhuǎn)。里面有一個光學(xué)系統(tǒng)是用來測量啞鈴旋轉(zhuǎn)角度的。而反向電流的作用是讓亞鈴恢復(fù)其原始位置。那個電流和氧分壓成正比，并且可以轉(zhuǎn)變成一個有讀數(shù)的氧，這樣操作者就知道里面氧的含量了。
順磁性傳感器被普遍地認為是持久的。順磁性感應(yīng)器對于震動，擺放的位置和它的應(yīng)用都非常敏感，一般屬“獨立”類型，也就是說除了分析儀自身要在一個穩(wěn)定環(huán)境外，包括注射氣體試樣和物體。其它氣體展示出的磁化率可能會產(chǎn)生比較大尺度的測量誤差，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該提供這類氣體的詳細信息。根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)要求不同，操作者可能不得不從開關(guān)上選擇測量范圍。在操作之初，操作者應(yīng)該對空氣試樣進行分析，以保證儀器顯示正確的數(shù)值20.9%，同樣也需要對沒有任何空氣在內(nèi)的純氬進行分析。作為帶有順磁性傳感器的氧分析儀，除了Helantec的Helox KVSN-F，德國KIWA zemlabor GmbH公司也可以提供比之前舉例的Sensoline氧分析或多或少更近似精度的儀器。
市場上還有其它類型傳感器的氧分析儀，例如熱傳導(dǎo)傳感器，氧化鋯傳感器，環(huán)境溫度傳感器和極譜傳感器或者是聯(lián)合了眾多傳感器。
6.未來研究
正如我們所說， 由于全球?qū)?jié)能和大廈能源效率的要求， 上到政府部門下到平民百姓對窗戶節(jié)能的解決方案越來越重視。這也使中空玻璃方案與能源效率更加緊密的聯(lián)系在一起。從很多市場的歷史我們可以看到，對中空玻璃U值的要求已經(jīng)加緊，而且在未來，對這塊的期望會更高。這些能夠通過高質(zhì)量材料，工藝以及質(zhì)量控制來達到。
因為主要的氣體分析方法都有自身的局限性，行業(yè)需要研發(fā)出一種對玻璃結(jié)構(gòu)沒有要求并且不破壞玻璃的新型檢測方法。據(jù)筆者所知唯一的在線不破壞氣體分析只有在北美的Cardinal IG公司中有， 該公司在其中空玻璃生產(chǎn)線上加裝了Gasglass裝置以對氬氣進行分析。
在生產(chǎn)線上加裝檢測裝置能夠使生產(chǎn)企業(yè)檢測每一個出產(chǎn)的產(chǎn)品， 并且確保充氣過程的運行正常。 這也將成為生產(chǎn)企業(yè)的一個營銷優(yōu)勢，因為他們可以告訴客戶他們的每一個產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中都進行了檢測，運貨之前還進行抽查。
7.結(jié)語
這篇文章的目的是為了讓讀者了解通過何種技術(shù)可以檢測中空玻璃上的低輻射鍍膜以及其中惰性氣體的含量。
我們介紹了現(xiàn)有主要的檢測低輻射鍍膜存在和位置的技術(shù)。能夠執(zhí)行這項任務(wù)的有很多不同類型的產(chǎn)品。使用者需要為自己設(shè)定一個特性需求和產(chǎn)品質(zhì)量。
通過我們對惰性氣體的不同種分析方法介紹，希望讀者能夠了解可以用到的不同的檢測方法?，F(xiàn)在在玻璃行業(yè)使用的比較多的方法主要是在實驗室完成的抽樣分析例如不同傳感器的氧氣分析儀以及氣象色譜法。除了抽樣分析外，行業(yè)內(nèi)還常用以等離子體發(fā)射攝譜技術(shù)為基礎(chǔ)的分析儀。
所有的方法在檢測的過程中都有弱點。氣相色譜法被廣泛的認為是最佳方案。 它需要非常昂貴的機器，易損的傳感器以及非常有經(jīng)驗的使用者。這個技術(shù)更多的使用在玻璃行業(yè)的研究室內(nèi)。氧氣分析儀在行業(yè)內(nèi)也被廣泛的使用，但是也需要取樣。等離子發(fā)射攝譜測試儀也被行業(yè)內(nèi)廣泛使用并且是唯一無損型惰性氣體檢測裝備。這種技術(shù)的弱點就是無法穿透低輻射鍍膜的玻璃或者厚的夾膠片，需要生產(chǎn)企業(yè)另外準備一些可用于測試的玻璃。所有的檢測方法都可以達到所需的準確性。對于可信賴的檢測，操作者應(yīng)該熟悉自己所使用的技術(shù)，以確保檢測出來的結(jié)果是值得信賴的。而取樣測試的方法是沒有重復(fù)性的，因為樣品內(nèi)的惰性氣體在每次的測試后都會有比較大的成份變化。唯一有重復(fù)性的取樣測試可能是樣品尺寸為µ升的氣相色譜法。無損型等離子發(fā)射攝譜技術(shù)可以重復(fù)測試。 這也給了操作者一個機會，去關(guān)注中空玻璃內(nèi)惰性氣體的滲透率，同時可以檢查充氣機是否調(diào)整到最佳工作狀態(tài)。
8. 參考資料列表
Argon gas fill & Insulated glass units, Technology & Research Bulletin, August 2008, Vol.1, Issue 1
Finnish Funding Agency for Technology and Innovation ClimBus program 2009; The energy visions 2050; TEKES, Helsinki, Finland
Hemmilä K, Heimonen I ; Eristyslasin täytekaasun ja lasien toimivuus ja toteaminen, VTT Rakennustekniikka, 1999
http://en.wikipedia.org/wiki/R-value_(insulation)
IEA 2008; The world energy outlook 2008. OECD/IEA: Paris, France
Mognato E, Stevanato A, De Riu L, Schiavonato M ; GAS Filled IGU: Measurements according to EN1279-3 on Units and Sealants, Stazione Sperimentale del Vetro, Construction glass laboratory, Glass processing days 2005 study material
Plavecsky J ; Leaking out the facts:How to Keep Argon in your IG units
Saari, M; Matalaenergiatalot ja sähkölämmitys, VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, Nov 9th, 2004
Sutela, T; Energiatehokkuus, haasteet ikkunalasitukselle, Lasirakentaja 1/09
Wolf A ; Sustainability Driven Trends and Innovation in Glass and Glazing. Dow Corning GmbH
