一种基于真空漏率测量原理的药瓶微孔测试装置及方法与流程

本发明涉及微孔、裂隙直径测量技术领域，具体涉及一种基于真空漏率测量原理的药瓶微孔测试装置及方法。

背景技术：

盛放药品的药瓶在医药行业普遍应用，药瓶可以保护其内的药品与外界隔离，保持效力。当药瓶上存在孔洞或裂隙时，细菌可能通过它们进入瓶内，污染药品。研究人员通过激光打孔的手段在药瓶上获得不同规格的微孔，用来研究微孔尺寸与细菌侵入的关系。但由于激光打孔所获得微孔边缘并不规则，且为微米级尺寸，采用通常的电动、气动和光学方法直接测量微孔几何尺寸难以得到合适的结果。受限于现有的不规则微孔尺寸测量手段，考虑采取其他方式回避这一难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于真空漏率测量原理的药瓶微孔测试装置及方法，能够获得不规则微米级小孔几何尺寸直径，测试精度高。

本发明的基于真空漏率测量原理的药瓶微孔测试装置，包括气源，阀门i，阀门ii，阀门iii，充压室，电容薄膜规i，电容薄膜规ii，密封环，真空室和机械泵；

其中，气源通过阀门i与充压室相连，用于实现向充压室充入所需压力的气体；机械泵通过阀门ii与充压室连接，通过阀门iii与真空室连接，用于实现充压室和真空室的抽空；

被测药瓶的瓶口处于充压室内，微孔处于真空室内，被测药瓶与充压室及真空室的连接部分通过密封环密封固定；

电容薄膜规i安装在充压室上，用于实现充压室压力测量；电容薄膜规ii安装在真空室上，用于实现真空室压力测量。

较优的，真空室内还设有支撑，所述支撑用于支撑被测药瓶以及调节真空室容积。

较优的，所述支撑选用铝合金材料。

较优的，充压室和真空室采用圆柱体结构，选用不锈钢材料，按照极高真空获得要求进行设计，本底漏放气速率不大于1×10^-8pa·m³/s。

本发明还提供了一种基于真空漏率测量原理的药瓶微孔测试方法，采用上述测试装置进行测试，包括如下步骤：

步骤1，将被测药瓶放入真空室和充压室，用密封环密封固定，被测药瓶的微孔在真空室内，瓶口在充压室内；

步骤2，对真空室和充压室抽真空，当充压室压力小于10pa时，停止对充压室的抽空，打开气源向充压室充入所需压力的气体；

步骤3，当充压室的压力达到所需压力时，停止充气，停止对真空室的抽空，记录真空室在测试时间内的压力变化；

步骤4，根据真空室在测试时间内的压力变化计算得到药瓶微孔的真空漏率ql，进而得到微孔的流导u；

步骤5，分别按照粘滞流状态和分子流状态计算两个状态下流导u所对应的圆孔直径，药瓶微孔的直径即在这两个圆孔直径之间。

有益效果：

本发明通过测量微孔的真空漏率计算其等效直径，避免了直接测量不规则微米级小孔几何尺寸的困难；本发明虽然不能得到准确的直径值，但能得到较为精确的数值范围，已非常接近于真实值，测量精度远高于现有技术。

通过不同尺寸的支撑调节真空室有效容积，可以针对不同量级的微孔选择合适的真空室容积，提高了测试的精度；通过电容薄膜规测量压力，能够获得精度高的压力变化值。

本发明可以测试获得药瓶微孔的等效直径，同样可以用于类似容器的微孔、裂隙测试。

附图说明

图1为本发明测试装置的结构示意图。

其中，1-气源；2-阀门i；3-阀门ii；4-充压室；5-电容薄膜规i；6-被测药瓶；7-密封环；8-微孔；9-支撑；10-真空室；11-电容薄膜规ii；12-阀门iii；13-机械泵。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于真空漏率测量原理的药瓶微孔测试装置，如图1所示，包括气源1，阀门i2，阀门ii3，阀门iii12，充压室4，电容薄膜规i5，电容薄膜规ii11，被测药瓶6，密封环7，支撑9，真空室10，机械泵13及相应的管道组成。

其中，气源1通过阀门i2与充压室4相连，用于实现向充压室4充入所需压力的气体；机械泵13通过阀门ii3与充压室4连接，用于实现充压室4的抽空；充压室4用于放置被测药瓶6的开口部分(即瓶口)，为被测药瓶上的微孔8的真空漏率测量提供入口压力；电容薄膜规i5安装在充压室4上，用于实现充压室4压力测量；被测药瓶6是被测对象，放置在真空室内的支撑9上，被测药瓶的开口部分(即瓶口)处于充压室4内，微孔8所在的部分处于真空室10内，被测药瓶与充压室及真空室的连接部分通过密封环7密封固定隔离，即被测药瓶只通过微孔与真空室连通，充压室亦只通过被测药瓶上的微孔与真空室连通；支撑9放置在真空室底部，用于支撑被测药瓶8，防止其受压移动甚至碰撞到真空室器壁造成损坏；真空室10为微孔8的真空漏率测量提供出口真空环境，电容薄膜规ii11安装在真空室10上，用于实现真空室压力测量；机械泵13通过阀门iii12与真空室10连接，用于实现真空室的抽空；机械泵13用来实现充压室4和真空室10的抽空。

其中充压室4和真空室10采用圆柱体结构，选用不锈钢材料，按照极高真空获得要求进行设计，本底漏放气速率应不大于1×10^-8pa·m³/s，真空室10容积约为1l。支撑9选用铝合金材料，其上下均为平面，保证与真空室10以及被测药瓶6的底面接触稳固。支撑包括一系列不同高度和截面积的合金块，根据被测药瓶尺寸和微孔等效直径选择相应的合金块，调节真空室有效容积并支撑被测药瓶，使测试过程中真空室压力变化在电容薄膜规11测量范围内且微孔两端压差变化量小于5％。

所述的被测药瓶6，直径一般在10mm～32mm之间，长度在18mm～126mm之间，药瓶上微孔等效直径在0.1μm～20μm。

采用上述测量装置的测量方法如下：

步骤1，根据被测药瓶微孔选择合适尺寸支撑，放置于真空室底部；

步骤2，将被测药瓶放入真空室和充压室，用密封环固定隔离，底部与支撑接触，保证药瓶微孔处于真空室，药瓶敞口部分在充压室内；

步骤3，对真空室和充压室抽真空，当充压室压力小于10pa时，停止对其的抽空，充入所需压力的气体(一般为药瓶存储环境压力，或者药瓶研究所需压力)；

步骤4，当充压室的压力为药瓶存储环境压力时，停止充气，停止抽空真空室，记录真空室在测试时间内的压力变化；

步骤5，根据真空室在测试时间内的压力变化计算得到药瓶微孔的真空漏率ql，然后按公式(1)计算微孔的流导(以测试气体空气为例)：

式中u为测试条件下微孔对空气的流导，单位为m³/s；pin为微孔充压侧压力(即充气室压力)，pout为微孔真空侧压力(即真空室压力)，单位均为pa。其中，pout取测量过程中真空室的最大值或均值。

由于药瓶微孔的截面积远远小于其所在的器壁面积，可以按照圆孔模型计算气体通过圆孔时的流导。而在真空技术中，气体的流动状态不同，圆孔流导计算模型也不同，而气体的流动状态与圆孔中气体平均压力和孔径d的乘积相关：

为粘滞流

为分子流

为粘滞流-分子流

因此，本发明按照粘滞流状态和分子流状态分别计算该状态对应的圆孔直径，药瓶微孔的直径即在这两个圆孔直径之间。

步骤6，分别根据粘滞流状态圆孔流导计算公式(式2)和分子流状态圆孔流导计算公式(式3)计算对应的圆孔直径；药瓶微孔的直径即在这两个圆孔直径之间。

uo.f.20℃＝91.2d²(3)

式中un.20℃为粘滞流状态下微孔对20℃空气的流导，单位为m³/s；d为微孔直径，单位为m；uo.f.20℃为分子流状态下微孔对20℃空气的流导，单位为m³/s。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。