- 2025-01-21 09:33:41真空脱气装置原理
- 真空脱气装置原理主要是通过真空泵将系统内部抽至真空状态,从而降低液体中溶解的气体量。在真空条件下,液体中的气体因溶解度降低而逐渐析出,随后通过排气装置将这些气体排出系统。此过程有助于消除液体中的微小气泡,提高液体的纯净度和稳定性。真空脱气装置广泛应用于各种需要高纯度液体的场合,如实验室分析、半导体制造、化工生产等,以确保工艺流程的顺利进行和产品质量的稳定提升。
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真空脱气装置原理问答
- 2023-02-15 14:54:00真空蒸发镀膜技术原理
- 真空蒸发镀膜技术原理 一、蒸发镀膜简述:真空蒸发镀膜(简称真空蒸镀)是指在真空室中,加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸气流,入射到固体(称为衬底或基片)表面,凝结形成固态薄膜的方法。由于真空蒸发法或真空蒸镀法主要物理过程是通过加热蒸发材料而产生,所以又称热蒸发法或者热蒸镀,所配套的设备称之为热蒸发真空镀膜机。这种方法zui早由M.法拉第于1857年提出,现代已成为常用镀膜技术之一。 尽管后来发展起来的溅射镀和离子镀在许多方面要比蒸镀优越,但真空蒸发技术仍有许多优点,如设备与工艺相对比较简单,即可镀制非常纯净的膜层,又可制备具有特定结构和性质的膜层等,仍然是当今非常重要的镀膜技术。近年来,由于电子轰击蒸发,高频感应蒸发及激光蒸发等技术在蒸发镀膜技术中的广泛应用,使这一技术更趋完善。 近年来,该法的改进主要是在蒸发源上。为了抑制或避免薄膜原材料与蒸发加热器发生化学反应,改用耐热陶瓷坩埚,如 BN坩埚。为了蒸发低蒸气压物质,采用电子束加热源或激光加热源。为了制造成分复杂或多层复合薄膜,发展了多源共蒸发或顺序蒸发法。为了制备化合物薄膜或抑制薄膜成分对原材料的偏离,出现了反应蒸发法等。 二、热蒸镀工作原理: 真空蒸发镀膜包括以下三个基本过程∶(1)加热蒸发过程。包括由凝聚相转变为气相(固相或液相→气相)的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不相同的饱和蒸气压;蒸发化合物时,其组分之间发生反应,其中有些组分以气态或蒸气进入蒸发空间。(2)气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运过程,即这些粒子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气体分子发生碰撞的次数,取决于蒸发原子的平均自由程,以及从蒸发源到基片之间的距离,常称源-基距。(3)蒸发原子或分子在基片表面上的沉积过程,即是蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。由于基板温度远低于蒸发源温度,因此,沉积物分子在基板表面将直接发生从气相到固相的相转变过程。将膜材置于真空镀膜室内,通过蒸发源加热使其蒸发,当蒸发分子的平均自由程大于真空镀膜室的线性尺寸时,蒸汽的原子和分子从蒸发源表面逸出后,在飞向基片表面过程中很少受到其他粒子(主要是残余气体分子)的碰撞阻碍,可直接到达被镀的基片表面,由于基片温度较低,便凝结其上而成膜,为了提高蒸发分子与基片的附着力,对基片进行适当的加热是必要的。为使蒸发镀膜顺利进行,应具备蒸发过程中的真空条件和制膜过程中的蒸发条件。 蒸发过程中的真空条件:真空镀膜室内蒸汽分子的平均自由程大于蒸发源与基片的距离(称做蒸距)时,就会获得充分的真空条件。为此,增加残余气体的平均自由程,借以减少蒸汽分子与残余气体分子的碰撞概率,把真空镀膜室抽成高真空是非常必要的。否则,蒸发物原子或分子将与大量空气分子碰撞,使膜层受到严重污染,甚至形成氧化物;或者蒸发源被加热氧化烧毁;或者由于空气分子的碰撞阻挡,难以形成均匀连续的薄膜。 三、真空蒸镀特点: 优点:设备比较简单 、操作容易;制成的薄膜纯度高、质量好,厚度可较准确控制;成膜速率快,效率高;薄膜的生长机理比较简单;缺点:不容易获得结晶结构的薄膜;所形成的薄膜在基板上的附着力较小;工艺重复性不够好等。 四、蒸发源的类型及选择: 蒸发源是用来加热膜材使之气化蒸发的装置。目前所用的蒸发源主要有电阻加热,电子束加热,感应加热,电弧加热和激光加热等多种形式。电阻加热蒸发装置结构较简单,成本低,操作简便,应用普遍。电阻加热式蒸发源的发热材料一般选用W、Mo、Ta、Nb等高熔点金属,Ni、Ni-Cr合金。把它们加工成各种合适的形状,在其上盛装待蒸发的膜材。一般采用大电流通过蒸发源使之发热,对膜材直接加热蒸发,或把膜材放入石墨及某些耐高温的金属氧化物(如Al2O3,BeO)等材料制成的坩埚中进行间接加热蒸发。采用电阻加热法时应考虑的问题是蒸发源的材料及其形状,主要是蒸发源材料的熔点和蒸气压,蒸发源材料与薄膜材料的反应以及与薄膜材料之间的湿润性。因为薄膜材料的蒸发温度(平衡蒸气压为1. 33 Pa时的温度)多数在1 000 ~2 000 K之间,所以蒸发源材料的熔点需高于这一温度。而且.在选择蒸发源材料时必须考虑蒸发源材料大约有多少随蒸发而成为杂质进入薄膜的问题。因此,必须了解有关蒸发源常用材料的蒸气压。为了使蒸发源材料蒸发的分子数非常少,蒸发温度应低于蒸发源材料平衡蒸发压为1. 33×10-6Pa时的温度。在杂质较多时,薄膜的性能不受什么影响的情况下,也可采用与1. 33×10-2Pa对应的温度。综上所述,蒸发源材料的要求:1、高熔点:必须高于待蒸发膜材的熔点(常用膜材熔点1000~2000℃)2、饱和蒸气压低:保证足够低的自蒸发量,不至于影响系统真空度和污染膜层3、化学性能稳定:在高温下不应与膜材发生反应,生成化合物或合金化4、良好的耐热性5、原料丰富、经济耐用 蒸发材料对蒸发源材料的“湿润性”:选择蒸发源材料时,必须考虑蒸镀材料与蒸发材料的“湿润性”问题。蒸镀材料与蒸发源材料的湿润性”与蒸发材料的表面能大小有关。高温熔化的蒸镀材料在蒸发源上有扩展倾向时,可以认为是容易湿润的;如果在蒸发源上有凝聚而接近于形成球形的倾向时,就可以认为是难干湿润的在湿润的情况下,材料的蒸发是从大的表面上发生的且比较稳定,可以认为是面蒸发源的蒸发;在湿润小的时候,一般可认为是点蒸发源的蒸发。如果容易发生湿润,蒸发材料与蒸发源十分亲和,蒸发状态稳定;如果是难以湿润的,在采用丝状蒸发源时,蒸发材料就容易从蒸发源上掉下来。 五、合金与化合物的蒸发: 1、合金的蒸发:采用真空蒸发法制作预定组分的合金薄膜,经常采用瞬时蒸发法、双蒸发源法。分馏现象:当蒸发二元以上的合金及化合物时,蒸发材料在气化过程中,由于各成分的饱和蒸气压不同,使得其蒸发速率也不同,得不到希望的合金或化合物的比例成分,这种现象称为分馏现象。(1)瞬时蒸发法:瞬时蒸发法又称“闪烁”蒸发法。将细小的合金颗粒,逐次送到非常炽热的蒸发器中,使一个一个的颗粒实现瞬间完全蒸发。关键以均匀的速率将蒸镀材料供给蒸发源粉末粒度、蒸发温度和粉末比率。如果颗粒尺寸很小,几乎能对任何成分进行同时蒸发,故瞬时蒸发法常用于合金中元素的蒸发速率相差很大的场合。优点:能获得成分均匀的薄膜,可以进行掺杂蒸发等。缺点:蒸发速率难以控制,且蒸发速率不能太快。 (2)双源蒸发法:将要形成合金的每一成分,分别装入各自的蒸发源中,然后独立地控制各个蒸发源的蒸发速率,使达到基板的各种原子与所需合金薄膜的组成相对应。为使薄膜厚度分布均匀,基板常需要进行转动。2、化合物的蒸发:化合物的蒸发方法:(1)电阻加热法(2)反应蒸发法(3)双源或多源蒸发法(4)三温度法(5)分子束外延法反应蒸发法主要用于制备高熔点的绝缘介质薄膜,如氧化物、氮化物和硅化物等。而三温度法和分子外延法主要用于制作单晶半导体化合物薄膜,特别是III-V族化合物半导体薄膜、超晶格薄膜以及各种单晶外延薄膜等。 将活性气体导入真空室,使活性气体的原子、分子和从蒸发源逸出的蒸发金属原子、低价化合物分子在基板表面淀积过程中发生反应,从而形成所需高价化合物薄膜的方法。不仅用于热分解严重,而且用于因饱和蒸气压较低而难以采用电阻加热蒸发的材料。经常被用来制作高熔点的化合物薄膜,特别是适合制作过渡金属与易分解吸收的02, N2等反应气体所组成的化合物薄膜(例如SiO2、ZrN、AlN、SiC薄膜)。在反应蒸发中,蒸发原子或低价化合物分子与活性气体发生反应的地方有三种可能,即蒸发源表面、蒸发源到基板的空间和基板表面。
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- 2022-09-07 13:49:54四环冻干机—真空冷冻干燥传热传质原理(七)
- 2.2.3.4分形多孔介质中气体扩散方程通常流体的扩散满足Fick定律,固相中的扩散也常常沿袭出流体扩散过程的处理方法。但分形多孔介质中非均匀孔隙的复杂性,若仍沿用传统方法描述,将与实际情况相差太大。根据文献可知,若用ρ(r,t)表示扩散概率密度,在d维欧氏空间的一般扩散方程具有如下形式:若用M(r,t)表示时刻t,在r + dr之间的球壳中的扩散概率,用N(r,t)表示总的径向概率,也表示单位时间流过的物质流量,即通量。则概率守恒的连续方程可写为:在分形介质中:根据Fick扩散定律,在d维欧氏空间中,物质流与概率流之间满足如下关系:把式(2-100)中扩散系数D0用分形介质中的扩散系数代替!Ddf(r),空间维数d用分形维数代替,从而给出了分形介质中质量流量与概率密度之间类似的关系式:把式(2-98)和式(2-100a)代人式(2-97)中,可得分形介质中的扩散方程:比较式(2-97)和式(2-101),可以看出,分形介质中扩散方程和欧式空间扩散方程的区别在于,空间维数d用分形维数代替,扩散系数用分形多孔介质中的扩散系数,由于分形介质中的扩散系数不是常数,与扩散距离有关,扩散系数不能提到偏微分号外边。把式(2-96)代人式(2-101)中,可得分形多孔介质中的扩散方程为: 2.2.3.5冻干模型的建立模拟螺旋藻在如图2-23所示的小盘中的冻干过程,在建立热质耦合平衡方程时做了如下假设:① 升华界面厚度被认为是无穷小;② 假设只有水蒸气和惰性气体两种混合物流过已干层;③ 在升华界面处,水蒸气的分压和冰相平衡;④ 在已干层中气相和固相处于热平衡状态,且分形对传热的影响忽略不计;⑤ 冻结区被认为是均质的,热导率、密度、比热容均为常数,溶解气体忽略不计;⑥ 物料尺寸的变化忽略不计。下面所建的数学模型是在1998年Sheehan 建立的二维轴对称模型基础上建立的,只是水蒸气和惰性气体的质量流量根据分形多孔介质中的扩散方程进行修改,在修改的过程中将扩散系数改为分形多孔介质中的扩散系数,考虑到若将欧式空间的维数改为分形维数,方程的求解太困难,因为螺旋藻已干层分形维数为df= 1.7222,比较接近2, 所以仍沿用欧式空间的维数2,没做修改。(1)主干燥阶段数学模型 ①传质方程。已干层分形多孔介质中的传质连续方程如下:其中 ②传热方程。主干燥阶段已干层中热质耦合的能量平衡方程,其中传质相与分形指数有关:冻结层中能量平衡方程:(2)升华界面的轨迹 升华界面的移动根据升华界面处的热质耦合能量平衡的条件确定, 能量平衡条件为:其中(3)二次干燥阶段数学模型 传热能量平衡和传质连续方程:结合水的移除用方程(2-115)表示: 2.2.3.6初始条件和边界条件(1)主干燥阶段初始条件和边界条件也就是方程(2-103)~方程(2-109)的初始条件和边界条件。①初始条件。当t=0时,②边界条件。当t>0时:a.已干层(I区)的温度:q1为来自已干层顶部的热量q3为来自瓶壁的热,通过下式确定:b.冻结层(Ⅱ区)的温度:q2为来自搁板的热量:c.已干层中水蒸气和惰性气体的分压(I区):(2)二次干燥阶段初始条件和边界条件 也就是式(2-60)~式(2-63)的初始条件和边界条件。①初始条件。式(2-112)~式(2-115) 的初始条件是主干燥阶段结束时的条件,即t=tz=z(t,r)=L时表示移动界面消失时的条件,通常情况也代表二次阶段的开始。②边界条件。当t≥tz=z(t,r)=L时,q1为来自已干层顶部的热量:q2为来自搁板的热量:热流q3为来自瓶壁的热,通过下式确定:已干层中水蒸气和性气体的分压:
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- 2022-08-30 14:38:05四环冻干机—真空冷冻干燥传热传质原理(六)
- 2.2.3微纳尺度冻干过程的传热传质以往的研究大都是研究宏观参数,如压力、温度和物料的宏观尺寸等对冻干过程热传递的影响,物料微观结构的影响忽略不计或被简化,因此,只是对于均质的液态物料和结构单一固态物料比较适用。对于一般生物材料,冻干过程已干层多孔介质实际上不是均匀的,而是具有分形的特点。然而分形多孔介质中的扩散已不再满足欧式空间的Fick定律,扩散速率较欧式空间减慢了,扩散系数不是常数,与扩散距离还有关。已干层分形特征如何确定,以及怎么影响冻干过程热质传递,都是有待研究的问题。从考虑生物材料的微观结构出发,根据已干层的显微照片分析生物材料已干层多孔介质的分形特性,确定已干层多孔介质的分形维数和谱维数,推导分形多孔介质中气体扩散方程,然后在1998年Sheehan和Liapis提出的非稳态轴对称模型的基础上建立了考虑了已干层的分形特点的生物材料冻干过程热质传递的模型,即惰性气体和水蒸气在已干层中的连续方程采用的是分形多孔介质中的扩散方程,扩散系数随已干层厚度的增加呈指数下降。为了验证模型的正确性,以螺旋藻为研究对象,用Jacquin等的方法根据螺旋藻已干层的显微照片确定螺旋藻已干层分形维数,用张东晖等人的方法求分形多孔介质的谱维数。模型的求解借助Matlab和Fluent软件,模拟了螺旋藻的冻干过程。 2.2.3.1分型多孔介质中气体扩散方程的推导通常流体的扩散满足Fick定律,固相中的扩散也常常沿袭流体扩散过程的处理方法。如果气体的分子直径自由程远大于微孔直径,则分子对孔壁的碰撞要比分子之间的相互碰撞频繁得多。其微孔内的扩散阻力主要来自分子对孔壁的碰撞,这就是克努森扩散,传统的冻干模型已干层中水蒸气和惰性气体的扩散都是按传统的欧氏空间的克努森扩散处理的,但对于生物材料已干层中的孔隙一般都具有分形的特征,使气体在其中的扩散也具有分形的特点,下面从确定已干层分形特征入手,来推导已干层分形多孔介质中的气体扩散方程。 2.2.3.2已干层多孔介质结构特性生物材料冻干过程已干层多孔介质的结构特性是影响冻干过程传热传质的很重要的一个因素。当孔隙具有分形特点时, 多孔介质中的热质传递不仅与为孔隙率有关, 还与孔隙的大小和排列有关,与孔隙的分形维数和谱维数有关。(1)孔隙率的确定 与计算机所产生的图像不同,实验图噪声比较大,不便于直接利用软件对图像进行数字处理。在分析图像之前,需要恰当地处理图像,目的就是减少噪声,使图像主要信息表达更加清楚。利用 Matlab 图像处理把彩色图像转换为黑白图像(二值图)时,要给出黑与白的分界值, 即像素的颜色阈值,低于阈值的像素定义为白色,代表孔隙,否则为黑色,代表固体物料。转化工具为Mat-lab的im2bw命令。图2-18为螺旋藻已干层显微照片,当颜色阈值取0.35时,图2-18对应的二值图如图2-19所示,考虑到在显微镜下观测螺旋藻已干层结构时有一定的厚度,固体物料有重叠,为了使处理的图像更接近实际结构,这里阈值取偏小值0.35。在Matlab中二值图是用1和0的逻辑矩阵存储的,0为黑, 1为白,且很容易对矩阵进行各种运算。通过统计矩 0和1的数可得螺旋藻已干层孔隙率为0.83。 (2)分形维数的确定 多孔介质孔隙分形维数的计算用常规的盒子法,即用等分的正方形网格覆盖所读人的图像,网格单元的尺度为r。然后检测每个网格单元中0和1的值,统计标记为1的单元数N(r)。N(r)和1/r分别取成对数后,在以lnN(r)为Y轴坐标,以In(l/r)为X轴的坐标上产生一个点,从两个像素开始,以一个像素为步长逐步增加,对应每一个r值,重复上述过程,得到一系列这样的点,再根据这些点拟合成一直线,其斜率即为分形维数。为了减小计算量,取图2-18—小部分进行计算,选中的小图对应的二值图2-19所示。按这种方法计算的图2-20的所示多孔介质的分形维数的结果见图2-21,图中离散点用上述方法得到, 计算中,覆盖网格分别取5X5~14X14。回归直线方程为相关系数为0.99628,其斜率即孔隙分形维数df= l. 722。(3)谱维数的确定 Anderson等通过分形网格的模拟,得到时间t内,物质粒子所访问过的不同格子数Din(t)与谱维数d存在下述关系: 根据此式,就可以计算得到分形结构的谱维数d。具体过程为从分形结构中某一孔隙格子处发出一个物质粒子,物质粒子在分形结构中的孔隙中各自随机行走,计算时采用近似的蚂蚁行走模型。如果行走到的格子以前没有访问过,那么就在独立访问过的格子数总和中加1[Din(t)=Din(t)+1]; 如果行走到的格子以前访问过,那么就在访问过的格子数总和中加 1(Null=Null+1);如果行走碰到分形结构的边界,那么行走终止,再在上面初始处发出一个物质粒子,由于是随机行走,此粒子的行走轨迹与刚才是不同的,最后对某时刻Din(t)求平均值,得到一组[Din(t),t]对应值,取对数坐标,可以看到两者是直线关系,由式(2-91)可知,直线的斜率就是d/2。谱维数与孔隙分形维数有很大关联,孔隙分形维数越小,意味着分形结构中孔隙的比例少,相同时间内,粒子行走越狭窄,重复过的弯路越多,其所经过的不同格子数越少,那么谱维数也就相应小一些。对于孔隙分形维数相同的分形结构,如果孔隙分布排列不一样,两者之间的谱维数值一定也会有差别。从图2-20分形多孔介质中孔隙部分任取一点,依次发出1000个物质粒子,覆盖网格重40x40,由上面的测定方法统计计算的结果见图2-22中的离散点,回归直线方程为:直线斜率为0.67405,从而可得孔隙的谱维数d=1.348。 2.2.3.3分型多孔介质中的扩散系数扩散系数的实质是单位时间粒子所传输的空间,在普通扩散过程中,随机行走的平均平方距离与时间成正比的关系:式中,为随机行走的平均平方距离。在分形多孔介质中,由张东晖等人的研究可知,平均平方距离和时间存在指数关系,α被称为与分形布朗运动相关联的行走维数,Orbach等发现由此也可看到:谱维数是分形介质静态结构和动态特性的一个中间桥梁。在处理具有分形特征介质的扩散系数时,一般都是在普通的扩散系数上加上分形特征的修正,由张东晖等人的模拟结果可知,分形多孔介质中的扩散系数已不是常数,而是随径向距离的增大而呈指数下降:式中,D。为欧氏空间的扩散系数;Ddf为分形结构中的扩散系数;r为扩散的距离;θ为分形指数,与多孔介质分形维数df和谱维数d有关,由张东晖等人的推导可知θ=2(df-d)/d。这实际表明:在分形结构中随着扩散径向距离的增大,扩散变得越来越困难,这是由于分形结构孔隙分布的不均匀性造成的。
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- 2025-10-16 16:07:04真空密封性测试仪的优势是什么?
- 真空密封性测试仪HD-MF01A采用世界知名SMC进口的气动元件,性能稳定可靠。系统采用数字预置试验真空度及真空保持时间,确保测试数据的准确性。自动恒压补气进一步确保测试能够在预设的真空条件下进行,抽压、保压、补压、计时、反吹全自动化一键操作;系统采用微电脑控制,搭配液晶显示屏,实体按键操作,方便更换检测地点。真空密封性测试仪符合多项国家和国际标准:GB/T15171、ASTMD3078、GB/T27728、YBB00112002-2015、YBB00122002-2015、YBB00262002-2015、YBB0005-2015、YBB00092002-2015、YBB00392003-2015、YBB00112002-2015。
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- 2022-07-06 16:53:57冷冻真空包装袋阻隔性能测试原理机仪器推荐
- 冷冻真空包装袋被广泛应用,比如:核桃仁、牛肉、羊肉、汤圆、水饺等等。这些我们在超市也是随处可见的。在生活中,越来越多冷冻食品选择真空包装袋包装,主要目的就是保质保鲜。尤其是阻隔性能的检测(气体透过量测试与水蒸气透过量测试),直接关系到保质期。真空包装袋阻隔性能测试阻隔性是针对对包装材料关于某渗透对象渗透能力的评估,其是考量包装材料的一项重要指标,也是包装材料必须具备的一种基本功能,尤其是食品对包装材料阻隔性的要求更高,这类包装材料需要具有高阻隔性能,以阻止氧气、水蒸气、微生物、酸碱腐蚀性溶剂等物质的渗入,同时起到防污、防潮的特点,维持包装内部环境稳定,保护内容物,从而延长食品的货架期、保质期。测试原理气体透过量测试:采用压差法测试原理,将预先处理好的试样放置在上下测试腔之间,夹紧。首先对低压腔(下腔)进行真空处理,然后对整个系统抽真空;当达到规定的真空度后,关闭测试下腔,向高压腔(上腔)充入一定压力的试验气体,并保证在试样两侧形成一个恒定的压差(可调);这样气体会在压差梯度的作用下,由高压侧向低压侧渗透,通过对低压侧内压强的监测处理,从而得出所测试样的各项阻隔性参数。水蒸气透过量测试:采用透湿杯称重法测试原理,在一定的温度下,使试样的两侧形成一特定的湿度差,水蒸气透过透湿杯中的试样进入干燥的一侧,通过测定透湿杯重量随时间的变化量,从而求出试样的水蒸气透过率等参数。阻隔性能测试仪推荐:气体透过量测试:GPT-203压差法气体渗透仪基于压差法的测试原理,是一款专业用于薄膜试样的气体透过率测试仪,适用于塑料薄膜、复合膜、高阻隔材料、片材、金属箔片在各种温度下的气体透过量和气体透过系数的测定。水蒸气透过量测试:WPT-304 水蒸气透过率测试仪基于杯式法测试原理,是一款专业用于薄膜试样的水蒸气透过率测试仪,适用于塑料薄膜、复合膜等膜、片状材料与健康、建材领域等多种材料的水蒸气透过率的测定。通过水蒸气透过率的测定,达到控制与调节材料的技术指标,满足产品应用的不同需求。济南赛成仪器一直致力于为大部分国家客户提供高性价比的整体解决方案,公司的核心宗旨就是持续创新,打造高精尖检测仪器,满足行业内不同客户的品控需求,期待与行业内的企事业单位增进交流和合作。赛成仪器,赛出品质,成就未来!
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