CN103528942A

CN103528942A - 一种光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置

Info

Publication number: CN103528942A
Application number: CN201310513546.2A
Authority: CN
Inventors: 罗来正; 向江涛; 肖勇; 封先河; 杨万均
Original assignee: No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Current assignee: No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明涉及一种光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，包括顶端设有光源的光老化试验箱，其光源下方设置有冷却系统，由电磁水阀控制冷却水进入所述冷却系统，所述PLC控制器与交流接触器连接控制所述电磁水阀开合，同时在所述光老化试验箱内设置指叉电极传感器，由所述PLC控制器中A-D转换模块电阻值变化判断指叉电极传感器干燥/凝露程度，引导指令所述电磁水阀开合，所述冷却系统输出端与排水系统连通；本发明试验一直处于光照条件下，光老化试验箱中空气通过凝露使试样湿润，通过光照完成试样干燥过程，干燥-凝露的时间比例可通过指叉电极传感器控制，特别适合于模拟户外光照-水分协同作用下的干湿交替模拟试验。

Description

一种光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置

技术领域

本发明涉及一种模拟干燥-凝露交替作用的装置，特别是一种在光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置。

背景技术

材料暴露于大气环境中，由于受到光照、雨水/凝露、大气中的湿度和温度波动等影响发生腐蚀，尤其是其处于阳光照射和雨水/凝露的协同作用下，表面极易形成一层薄液膜，产生光照试验中干燥-凝露交替作用的循环过程，从而加速材料腐蚀进度，导致材料失效的提前到来。材料腐蚀加速一方面是由于光照使得某些材料发生老化开裂，另一方面是干燥-凝露的干湿交替过程增加了材料内部压力并导致材料体积膨胀，同时为电化学反应创造了条件。

材料大气腐蚀试验主要有自然环境试验和实验室加速试验两种。自然环境试验虽然可以获得较真实的腐蚀数据，但其缺点是试验周期长、试验数据离散性大、不便于随时观察和测试等；通过开发实验室加速试验装置，进而模拟材料在实际大气环境中的腐蚀过程，实现较短时间内取得大量科学合理的试验数据，对研究材料在大气环境中的腐蚀行为与机理，提高材料的耐蚀性具有重要意义。

目前，实验室条件下的光老化试验和干湿交替试验是分别进行的，光老化试验在专门的光老化试验箱中进行，干湿交替试验一般在有热源的试验箱中通过周期浸润得以实现，这种组合试验方法的缺点是模拟性差、操作复杂、资源浪费、耗时等，为了实现光老化试验和干湿交替试验的同时性，众多研究人员开展了相关的研究。

中国专利“一种腐蚀试验样品自动干湿循环装置”（CN 1963455A）公开了实验室条件下一种腐蚀试验样品自动干湿循环装置，该装置的特点是通过软件设定，将水由高位水槽向放有试样的低位水槽注水，使得试样浸没在水槽中，然后排掉浸没试样水槽中的水，使得样品暴露在空气中，以此实现干湿状态变化。该装置虽然可以满足干湿交替变化，但由于整个过程无法引入光照，从而无法实现光老化试验中干湿交替过程。

中国专利“一种室内综合模拟/快速评价大气环境腐蚀的装置”（CN 103115864 A）公开了一种室内综合模拟/快速评价大气环境腐蚀的装置，该装置通过底部电机带动托盘和水槽上升，试样逐渐浸泡在溶液里，浸泡完成后，电机回转，水槽和托盘缓缓下降离开试样，试样暴露在主工作箱空气中，试验整个过程紫外灯处于工作状态，以此实现浸泡/光照的干湿交替过程。该装置虽然实现了光老化试验中干湿交替过程，但是试样的湿润过程是通过溶液浸泡实现的，试样表面会发生温度急剧下降的非自然过程，同时，试样处于户外光老化试验中一般不会浸泡在溶液中，所以这种模拟的真实性存在一定缺陷，且该装置复杂，固定在一个主工作箱内，不能在其它光老化试验箱中实现干湿交替功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在同一空间内试样同时实现光老化试验并在光老化试验条件下可模拟干燥-凝露交替作用过程的装置，该装置可真实模拟试样在户外阳光照射下干燥-凝露交替作用的腐蚀过程，即试样在同一装置内通过表面凝露实现湿润，通过光照实现干燥的交替作用过程。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：一种光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，包括顶端设有光源的光老化试验箱，其特征在于：所述光老化试验箱内的光源下方设置有冷却系统，在所述冷却系统上表面放置试样，所述冷却系统和设置在所述光老化试验箱外的冷却水源之间设置有电磁水阀，所述冷却系统输出端与排水系统连通。

为了能自动控制试样干燥-凝露交替的时间更替节点，所述电磁水阀依次连接PLC控制器和交流接触器，所述电磁水阀通过PLC控制器指令交流接触器关断和连通，即所述电磁水阀开关通过PLC控制器编程控制动作并将控制动作信号传递给交流接触器接通或断开从而控制电磁水阀的开合。

为了能准确控制试样的干燥和凝露交替的时间更替节点，在所述冷却系统表面设置有指叉电极传感器，所述指叉电极传感器直接放置于冷却系统表面，相当于试样，直接感应干燥/湿润程度，不与试样连接，所述指叉电极传感器的两个接线口与带有A-D转换模块的PLC控制器感应连接，通过所述指叉电极传感器上的电阻值的大小指令所述电磁水阀开合。

所述PLC控制器是指可编辑逻辑的控制器，是一种数字运算操作的电子系统，主要由输入模块、输出模块、中央处理器和电源模块组成；所述A-D转换模块中A代表模拟量，D代表数字量，所述A-D转换模块即是模拟量和数字量之间的转换。

本发明中所述冷却系统由金属板材和金属U型管组成，所述金属U型管由空心金属管制成并固定在金属板材下面；通常采用焊接方式固定效果好，所使用的金属U型管和金属板材的材质具有较好的导热和耐腐蚀性能，空心金属管可选用铜管、合金管、不锈钢管或铝管；金属板材可选用铜板、合金板、不锈钢板或铝板，试样设置在冷却系统的金属板材表面。

本发明中所述指叉电极传感器由导热金属板材和导电金属箔组成，所述导电金属箔两端分别设有电极接线口Ⅰ和电极接线口Ⅱ，通过与所述导热金属板材形成的凝露感应接触；所述导热金属板材表面涂有绝缘膜，所述导电金属箔有微小缝隙。导热金属板材为导热和耐蚀性较好的金属，可选用铜板、合金板、不锈钢板或铝板；导电金属箔为导电和耐蚀性较好的金属，可选用铜箔、铝箔；导热金属板材和导电金属箔可选用同一金属或不同金属。

本发明中所述电磁水阀设置在光老化试验箱外，所述冷却水源、PLC控制器、交流接触器、电磁水阀和进水管构成输水系统，其中PLC控制器、交流接触器、电磁水阀为输水系统的控制部分，冷却水源为自来水或由水泵导入的清水；进水管与冷却水源通过电磁水阀连通，电磁水阀通过PLC控制器与交流接触器连接；冷却系统的进水口与进水管连通，冷却系统的排水口与排水管连接；所述排水系统由排水管和排水槽组成，所述排水系统的排水口通过排水管与排水槽连接，排水管中循环水直接排至排水槽。

本发明中所述输水系统的进水管和排水系统的排水管采用塑料管或耐腐蚀金属管；光老化试验箱为能模拟户外阳光作用的试验设备，如阳光老化试验箱、氙灯试验箱等。

所述输水系统和所述排水系统中除了所述进水管通过所述光老化试验箱侧壁上设置的导入孔与所述冷却系统上的金属U型管进水口连通、所述排水管通过所述光老化试验箱侧壁上设置的所述导入孔与所述冷却系统上的金属U型管排水口连通外，所述输水系统和所述排水系统的其余部分均设置在所述光老化试验箱外。

本发明通过光老化试验箱中光源对样品进行光照试验，所述光源多采用紫外灯、金属卤素灯、氙灯光源；模拟户外材料受光照老化过程并提供主要热源，试验过程中光源一直处于工作状态；通过PLC控制器和交流接触器控制电磁水阀，将冷却水输入冷却系统中，冷却系统迅速冷却，光老化试验箱内的热空气通过与冷却系统热交换后周围温度迅速降低，并在试样和指叉电极传感器表面形成凝露，表面处于湿润周期，指叉电极传感器两个接线口连通形成导电通路，并将信号传递给PLC控制器的A-D转换模块，通过A-D转换模块检测指叉电极传感器的电阻值，判断试样和指叉电极传感器表面湿润程度，当电阻值达到A-D转换模块设定值时，PLC控制器将信号传递给交流接触器，指令交流接触器断开电路，使电磁水阀关闭并停止向冷却系统输入冷却水源，冷却系统与指叉电极传感器受光照作用温度迅速上升，试样和指叉电极传感器表面凝露变成水蒸气，处于干燥周期；通过PLC控制器的A-D转换模块检测指叉电极传感器表面电阻值，判断指叉电极传感器表面干燥程度，当指叉电极传感器的电阻达到设定值时，传感器两个接线口导电通路断开，并将信号传递给PLC控制器，PLC控制器将信号传递给交流接触器，指令交流接触器接通电路，使电磁水阀打开并向冷却系统输入冷却水源，试样和指叉电极传感器表面湿润，实现光照试验中干燥-凝露交替作用的循环过程。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

（1）本发明试样通过光老化试验箱中空气凝露实现湿润，通过光照实现干燥，整个试验过程试样始终处于光照中，可真实模拟试样户外阳光照射下干燥-凝露交替作用的腐蚀过程，避免了以往光照-湿润试验需要同时在多个试验箱才能完成的情况；同时，试样表面干燥到湿热过程是通过凝露实现，该过程试样表面温度逐步降低，与户外阳光照射下试样表面干燥-湿润变化过程非常接近，克服了以往干燥到湿润过程通过浸泡实现的非自然过程，避免了试样直接浸泡在溶液里面及试样表面温度急剧下降的缺陷。

（2）本发明中指叉电极传感器与试样以相同方式放置在冷却系统表面，其干燥/凝露的原理与方式和试样一致，两者表面干燥/凝露交替变化的状态基本相同。通过PLC控制器中A-D转换模块检测指叉电极传感器的电阻值，由指叉电极传感器的电阻值变化判断指叉电极传感器表面干燥/湿润程度，从而达到精确控制试样干燥-凝露的时间比。

（3）本发明直接利用光老化试验箱中的光源对试样进行干燥，并定时输入冷却水对试样进行湿润（凝露），人为地加快被测试样干燥-湿润的循环周期，达到试样快速腐蚀的目的。

（4）本发明结构简单、操作简便，冷却系统、输水系统和排水系统等附属设备并不固定在光老化试验箱上，可方便组装和拆卸。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的控制电路示意图；

图3为本发明实施例的冷却系统示意图；

图4为本发明实施例的指叉电极传感器示意图。

图中，1-光老化试验箱，2-光源，3-冷却系统，4-试样，5-指叉电极传感器，6-进水口，7-排水口，8-进水管，9-排水管，10-电磁水阀，11-冷却水源，12-排水槽，13-交流接触器，14-PLC控制器，15-铜管，16-铜板，17-电极接线口Ⅰ，18-电极接线口Ⅱ，19-导热金属板，20-导电金属箔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1，参见图1：一种光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，包括顶端设有氙灯光源的SC500阳光老化试验箱1，所述光老化试验箱1的光源2下方设置有冷却系统3，通过电磁水阀10的开合控制冷却水进入所述冷却系统3，所述冷却系统3输出端与排水系统连通，所述排水系统由排水管9和排水槽12组成，所述光老化试验箱1内设置指叉电极传感器5。

进一步参见图2：所述电磁水阀10通过PLC控制器14与交流接触器13连接控制所述电磁水阀10开合。

进一步参见图3：本发明中所述冷却系统3由金属铜板16和U型铜管15组成，所述金属铜管由空心U型铜管制成并焊接固定在铜板之下，150mm×75mm×1.5mm的涂层试样4与指叉电极传感器5放在所述冷却系统3的铜板16表面。

进一步参见图4：本发明中所述指叉电极传感器5由导热铝板19和导电铜箔20组成，所述导电金属箔20两端分设有电极接线口Ⅰ17和电极接线口Ⅱ18，通过与所述导热铝板19形成的凝露感应接触，导热铝板19表面涂有绝缘膜，所述导电金属箔20有微小缝隙。

本发明的工作流程为：首先将冷却系统3置于SC500阳光老化试验箱1中，冷却系统3的铜板16表面放置150mm×75mm×1.5mm的涂层试样4和指叉电极传感器5，关闭SC500阳光老化试验箱1，接通电源，将光老化辐照功率设为1120W/m²。启动SC500阳光老化试验箱1，光源2中光辐射直接照射到涂层试样4；接通交流接触器13和PLC控制器14，电磁水阀10开启，冷却水源11（自来水）由进水管8输入冷却系统3进水口6，经铜管15流至排水口7，循环水经排水管9直接排至排水槽12，冷却系统3的铜板16迅速冷却，并与SC500阳光老化试验箱1中热空气进行热交换，空气在涂层试样4和指叉电极传感器5表面产生凝露使其表面湿润；指叉电极传感器5的电极接线口Ⅰ17与电极接线口Ⅱ18连通，将信号传递给PLC控制器14中A-D转换模块，A-D转换模块的电阻发生变化，当电阻达到设定值时，PLC控制器14将信号传递给交流接触器13，指令关闭电磁水阀10，停止向冷却系统3输入冷却水源11，冷却系统3、涂层试样4和指叉电极传感器5受SC500阳光老化试验箱1中光源2照射，温度迅速上升，涂层试样4和指叉电极传感器5表面凝露受蒸发变为水蒸气，试样4和指叉电极传感器5表面状态由湿润向干燥转变；指叉电极传感器5的电极接线口Ⅰ17与电极接线口Ⅱ18断开，并将信号传递给PLC控制器14中A-D转换模块，A-D转换模块电阻发生变化并将信号传递给交流接触器13，交流接触器13再次启动，开始另一个干燥-凝露的循环过程；试验过程中，涂层试样4和指叉电极传感器5表面由干燥到完全湿润所需最短时间为3min~5min，试样4和指叉电极传感器5表面由湿润到完全干燥所需最短时间为10min~15min。

Claims

1.一种光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，包括顶端设有光源的光老化试验箱（1），其特征在于：所述光老化试验箱（1）内的光源（2）下方设置有冷却系统（3），所述冷却系统（3）和设置在所述光老化试验箱（1）外的冷却水源（11）之间设置有电磁水阀（10），所述冷却系统（3）输出端与排水系统连通。

2.如权利要求1所述的光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，其特征在于：所述电磁水阀（10）通过PLC控制器（14）指令交流接触器（13）关断和连通。

3.如权利要求1所述的光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，其特征在于：所述冷却系统（3）由金属板材（16）和金属U型管（15）组成，所述金属U型管（15）由空心金属管弯制而成并固定在金属板材（16）下面。

4.如权利要求1或2或3所述的光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，其特征在于：所述冷却系统（3）表面设置有指叉电极传感器（5），所述指叉电极传感器（5）与带有A-D转换模块的PLC控制器（14）感应连接。

5.如权利要求4所述的光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，其特征在于：所述指叉电极传感器（5）由导热金属板材（19）和导电金属箔（20）组成，所述导电金属箔两端分别设有电极接线口Ⅰ（17）和电极接线口Ⅱ（18），所述导热金属板材（19）表面涂有绝缘膜，所述导电金属箔（20）有微小缝隙。

6.如权利要求2所述的光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，其特征在于：所述冷却水源（11）、PLC控制器（14）、交流接触器（13）、电磁水阀（10）和进水管（8）组成输水系统，排水管（9）和排水槽（12）组成所述排水系统，所述输水系统和所述排水系统设置在所述光老化试验箱（1）外。

7.如权利要求6所述的光老化试验中模拟干燥-凝露交替作用的装置，其特征在于：所述进水管（8）通过所述光老化试验箱（1）侧壁上设置的导入孔与所述冷却系统（3）上的金属U型管进水口（6）连通；所述排水管（9）通过所述光老化试验箱（1）侧壁上设置的所述导入孔与所述冷却系统（3）上的金属U型管排水口（7）连通。