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修订后的新的中空玻璃国家标准第一次将中空玻璃充气的检测内容列入在内，包括气体的初始浓度和气体的保持能力两个方面。虽然标准目前处于上报待批阶段，但企业必须提前为提高充气水平作准备。统计数据显示，有22%的充气玻璃不能达到新标准规定的85%的初始浓度。从表面上看，85%的气体初始浓度偏高，超出企业现有技术水平，但如果企业掌握气体扩散原理和正确检测方法，充气中空玻璃的初始浓度就可以达到标准要求。
下面笔者将从充气中空玻璃的基本概念出发，探讨充气过程中气体置换时的层流、紊流和气体扩散，讨论初始浓度检测方法对检测结果的影响，并提出建议。
基本概念
了解充气中空玻璃的有关基本概念，有助于提高生产充气中空玻璃的操作水平，有助于理解和采取正确检测手段和方法，因此有必要从相关基本概念入手，对层流、紊流和气体扩散进行阐述。
层流和紊流
充气中空玻璃采用的惰性气体一般为氩气，氩气的密度比空气大，因此在中空玻璃充气时，氩气充（进）气孔在下端、空气的出（排）气孔在上端，以置换出中空玻璃内的空气，达到所需要的氩气浓度。
中空玻璃的充气过程实质上是一种气体置换的黏滞流体运动，初始进入的氩气受惯性力和黏滞力两重作用。黏滞力阻止氩气与空气发生相对运动，而惯性力的作用与黏滞力的作用正好相反，因此黏滞性流体的流动方式取决于这两种力作用的结果。在黏滞力作用远大于惯性力作用时，气体运动会产生层流；反之，在惯性力作用远大于黏滞力作用时，气体运动会产生紊流。
作为流体运动一种最简单的图像，层流可以看成是彼此相邻，并且具有“确定物质意义”的流层。简单说，层流就是流体的分层流动。此时，运动中流体承受的牛顿黏性应力，与固体之间反抗彼此滑移运动的力学机制没有任何本质差异。紊流的基本特点是有涡性、不规则性、随机性、扩散性和耗散性，是由大小不等、频率不同的旋涡结构组成，使其物理量对时间和空间的变化均表现出不规则的随机性。紊流中包含着有序的大尺度旋涡结构，也包含着无序的、随机的小尺度旋涡结构。紊流物理量的随机脉动就是由这些不同尺度的旋涡共同作用的结果。
由此可见，在中空玻璃充气过程中，层流是气体置换最理想的流动，是保证充气中空玻璃达到标准规定浓度所必须的要求。此外，与紊流相比，层流的充气时间短、速度快。反之，在紊流状态下充气，由于气体充入空腔内有涡性、不规则性，导致空气在空腔内的中央打转，不能被惰性气体有效地置换出去，即使中空玻璃的充气结束，由紊流导致空腔内中央打转的低浓度气体也仍然停留在空腔内。
图1描述的是中空玻璃出现紊流的情况，从图中可见，紊流导致的低浓度气体停留在空腔中央，周围是高浓度的惰性气体。中空玻璃充气结束后，无论充气过程中产生的是层流还是紊流，空腔内的气体都开始扩散。因为，气体的扩散会影响中空玻璃最终处于稳定状态的浓度，因此在了解完充气的层流和紊流概念及二者之间的区别之后，有必要了解扩散的概念。
扩散
中空玻璃充气结束后，空腔内气体浓度是不均匀的，此时气体处于非稳定的流动状态，这种气体运动被称为分子扩散，简称扩散。这种扩散是不可避免的，只要液体或气体粒子温度高于绝对温度时的热运动，就会发生。对分子扩散应把握3点：运动速度是温度、流体黏度及粒子颗粒大小（质量）的函数，与流体的浓度无关；虽然扩散解释了分子从高浓度区域向低浓度区域的净流动，但在不存在浓度梯度的条件下，扩散同样发生；扩散是流体逐渐混合的过程，在同一温度、不存在外界力作用的条件下，扩散最终导致流体的完全混合。
图2表明了两种气体的扩散过程，（1）中表明中空玻璃充气后空腔内存在两种气体———空气与氩气；（2）中表明气体开始扩散；（3）中表明中空玻璃充气后大约8小时，扩散完成，即气体混合均匀。至此，空腔内任意一点气体浓度都是相同的。
气体的扩散大约需要8小时才能完成，在测试充气中空玻璃浓度时，应该在充气中空玻璃制作完成放置8小时后进行，有些企业第二天对充气中空玻璃进行浓度检测。从生产实践看，充气中空玻璃的初始浓度很难达到100%，因此充气后的气体扩散是不可避免的，只有在气体完全扩散后，即气体混合均匀后来测量气体浓度才有意义。此外，根据充气中空玻璃气体扩散后的浓度变化，可以判断出充气过程是层流还是紊流。假定充气设备的浓度设置为90%，在层流条件下，扩散后的浓度会增加，如91%，而在紊流条件下，扩散后的浓度会下降，如69%。
惰性气体浓度的检测方法
上文提到我国目前有22%的充气玻璃不能达到85%的初始浓度，虽然这与使用的充气方法有关，受制于采用的现有充气设备，但改善起来并不困难，只要理解了惰性气体的检测手段及方法对测量结果的影响，就能找到提高充气水平的解决方案。中空玻璃充气后，需要使用惰性气体分析仪进行初始浓度检测。据了解，很多企业采用便携式惰性气体分析仪，即瞬间高压放电摄谱法分析仪进行即期检测来控制充气量。下面笔者对这种检测手段的特点和方式进行分析。
瞬间高压放电摄谱法分析仪是一种无损分析，可对充气后的中空玻璃进行即期检测。高压放电仪瞬时产生的电压为1.5万伏，测试中空玻璃时，电压会进入中空玻璃腔体，所产生的高压能量会寻找最短的途径或电阻最小的途径接地，因此需要靠近中空玻璃的间隔框来测试。在测试时，一般采用“三点检测法”，其中2点分别靠近上下间隔条的位置，第三点可随机取左侧或右侧靠近见各间隔条的位置来测试。
“三点检测法”是基于承认中空玻璃在充气后和扩散前之间的时间内，空腔内气体浓度不均匀的事实来选取3点进行测试，然后取平均值来确定中空玻璃的气体浓度。但从另一方面看，“三点检测法”忽略了充气中空玻璃的中央位置，在紊流情况下，空腔中央的气体是低浓度的，在即期检测条件下是测不到的。因此，即期检测中的“三点检测法”，是不能区分中空玻璃充气过程产生的是层流还是紊流的。
如果充气生产厂家坚持采用“三点检测法”来进行即期检测，那么只有在一种条件下才是可行的，即充气的生产过程能确保是层流，否则没有任何意义。采用此仪器进行检测的正确做法是，等到惰性气体完全扩散后进行。因为即使充气产生的紊流导致空腔中央充满低浓度惰性气体，整个空腔内任何一点的浓度也都是均匀一致的。
综上所述，充气中空玻璃初始浓度是由充气过程中产生的紊流造成的。但是，大多数惰性气体充气设备和一些检测手段对充气中空玻璃的即期检测，都不能判断充气过程是否出现过紊流。充气中空玻璃内的气体扩散完成前，空腔内的气体浓度分布是不均匀的，譬如紊流条件下，高浓度气体包围在低浓度气体外面，低浓度气体处于中空玻璃的中央位置，但现有检测手段不能探测到中央的气体浓度。充气中空玻璃气体扩散完成后，即空腔内不同浓度的气体充分均匀混合之后，空腔内任何一点的惰性气体浓度都是相同的，不再发生变化。一般来说，扩散后的气体浓度和充气设备所设置的浓度相比是不同的。如果扩散后的浓度低于充气设备所设置的浓度，则可推断充气过程出现了紊流，反之则充气过程出现的是层流。认识这一点对提高中空玻璃的初始浓度是十分重要的，因为只有在气体扩散后测量到的浓度，才是充气中空玻璃真实的初始浓度；只有知道中空玻璃的初始浓度，才能对实际充气水平进行正确判断。
通过上述介绍和分析可以论证出，在现有工艺条件不变的情况下，企业只要改变他们的测试方法，将测试时间放在气体扩散后进行，就可以检测出由紊流造成的低浓度玻璃，有助于找出充气中存在的问题，并加以改善。如果所有企业都在气体扩散后检测浓度，我们有理由相信，全行业的中空玻璃充气水平会在短时间内得到极大改善。
