CN104359827B - 一种模拟严重污染大气的环境试验箱 - Google Patents

Abstract

一种模拟严重污染大气的环境试验箱，包括光化学烟雾污染环境模拟系统及检测检测系统，模拟光化学烟雾污染环境系统包括上冷下热对流发生装置、紫外线灯管、散热板、二氧化碳发生器、氮氧化物发生器及水汽发生装置。检测检测系统包括，设置在箱体内的样品架、多管道红外气体分析仪、温度记录仪。与现有技术相比，本发明可稳定模拟严重污染下大气中光化学烟雾的生成情况，能长期稳定运行，对材料进行长时间的腐蚀与老化试验，使用热泵同时进行加热与制冷节能，维护简便。

Description

一种模拟严重污染大气的环境试验箱

技术领域

本发明涉及一种试验箱，尤其是涉及一种模拟严重污染情况光化学烟雾对原器件、材料性能的影响大气环境试验箱。

背景技术

光化学烟雾主要是由于汽车尾气和工业废气排放造成的，汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮(NO₂)被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物就是含剧毒的光化学烟雾。

因平流层臭氧损耗导致阳光紫外线辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料，尤其是聚合物材料的降解和老化变质。特别是在高温和阳光充足的热带地区，这种破坏作用更为严重。由于这一破坏作用造成的损失估计全球每年达到数十亿美元。

无论是人工聚合物，还是天然聚合物以及其它材料都会受到不良影响。当这些材料尤其是塑料用于一些不得不承受日光照射的场所时，只能靠加入光稳定剂和抗氧剂或进行表面处理以保护其不受日光破坏。阳光中UV-B辐射的增加会加速这些材料的光降解，从而限制了它们的使用寿命。研究结果已证实中波UV-B辐射对材料的变色和机械完整性的损失有直接的影响。

目前通常测定材料性能腐蚀设备有盐雾试验、太阳辐射试验、硫化氢腐蚀试验、周期浸润腐蚀试验、氙灯老化箱。

盐雾试验

盐雾是指大气中由含盐微小液滴所构成的弥散系统，大气中含有氧气、湿度、温度变化和污染物等腐蚀成分和腐蚀因素。盐雾腐蚀就是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀。这里讲的盐雾是指氯化物的大气，它的主要腐蚀成分是海洋中的氯化物盐——氯化钠，它主要来源于海洋和内地盐碱地区。是人工环境三防系列中的一种，很多企业产品需模拟海洋周边气候对产品造成的破坏性，所以盐雾试验箱应运而行。盐雾试验箱为人工气候环境“三防”(湿热、盐雾、霉菌)试验设备之一，是研究机械、国防、轻工、电子、轻工电子、仪表等行业各种环境适应性和可靠性的一种重要试验设备。该盐雾腐蚀试验箱可按GB/T2423.17《电子电工产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法》做中性盐雾试验，同时也可做醋酸盐雾试验。

该产品适用于零部件、电子元件、金属材料的防护层以及工业产品的盐雾腐蚀试验。GB/T2423,17《电子电工产品基本环境试验规程Ka，盐雾试验方法》及GJB150的试验要求。

太阳辐射试验

是一种人工模拟环境试验，它模拟产品在地面或较低大气层中使用或无遮蔽贮存期间暴露在日辐射条件下受到的影响。太阳辐射对产品的影响主要是由加热效应和光化学效应产生的。加热效应主要是由太阳辐射能中红外光谱部分产生的，主要引起产品短时高温和局部过热，造成一些对温度敏感的元器件失效，结构材料的机械破坏和绝缘材料的过热损坏等。光化学效应主要是由太阳辐射能中紫外光谱部分产生的，紫外光谱提供的光能量足以激发有机材料分子使其健断裂、降解或交互，从而使材料老化变质。当太阳辐射与温度、湿度等气候因素综合作用时，它的破坏更为明显。最易发现的损坏是变形、变色、失去光泽、粉化、开裂等表面损坏，同时，其内在的机械性能和电气性能也会随之降低，从而使材料的使用价值降低，甚至报废。

一般加热效应多采用循环方式：8小时连续照射，16小时保持黑暗，此24小时为一个循环。而光化学效应多采用连续照射，光化学效应试验用于研究长期暴露于日照对试验样品的影响。通常试验样品表面接收大量日光(以及热和湿气)后才开始产生光化学效应。因此，该试验是一种加速试验，试验温度及辐射强度均采用热气候极值条件，每循环照射时间(20h以上)远远高于每天太阳照射的实际时间(约12h)。若采用热效应循环来考核试品的光化学效应，可能要进行数月之久才能见效。因此，采用加速的方法，可以缩短再现长期暴晒累积效应的时间。本文仅针对太阳辐射试验中的光化学效应进行解读

硫化氢腐蚀试验

正天然气中含有的硫化氢，是一种强腐蚀性气体。硫化氢不仅对人体有致命的危害，而且对油田的管材、设别也能造成巨大的破坏。在它的作用下，很多金属生锈、氢脆，有机材料出现膨胀、变形、鼓泡现象。结果，造成仪表仪器及各种机器设备的零部件脆断、穿孔、动作失灵、管道突然爆裂、阀门阀杆脆断等故障，影响气田的开发利用。国内不少油气并中都含有硫化氢，通常硫化氢的含量在0.1％以下。近年来，油田工作者越来越重视硫化氢对油、套管腐蚀的严重性。

干燥的硫化氢对金属材料无腐蚀破坏作用。硫化氢只有溶解在水中在具有腐蚀性。目前有静态挂片失重、显微镜观察、电化学研究、XRD、XPS等晶型、成分分析、《GT/T4157-2006金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》等可以研究硫化氢的腐蚀。

周期浸润腐蚀试验

周期浸润腐蚀试验是指金属试验交替地浸入液态腐蚀介质和暴露在空气中，这是一种模拟试验，也是一种加速试验。它可以模拟潮水涨落引起的潮差带腐蚀及波浪冲击；大气中经常遇到间断降雨、结露和干湿交替出现的状态以及化工设备中液面升降引起的腐蚀。周期浸润腐蚀试验结果与干湿变化的频率、环境的温度和湿度密切相关，所以应合理控制干湿变化周期、环境温度和适度。

氙灯老化箱

氙灯老化箱采用能模拟全阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下存在的破坏性光波，可以为科研、产品开发和质量控制提供相应的环境模拟和加速试验。氙灯按光源可以分为风冷式、水冷式，试验参照标准：GB/T2424.14-1995电工电子产品环境试验第2部分试验方法太阳辐射试验导则、GB/T2423.24-1995电工电子产品环境试验第2部分：试验试验Sa：模拟地面上的太阳辅射

高低温冲击试验箱

冷热冲击试验箱是金属、塑料、橡胶、电子等材料行业必备的测试设备，用于测试材料结构或复合材料，在瞬间下经极高温及极低温的连续环境下忍受的程度，得以在最短时间内检测试样因热胀冷缩所引起的化学变化或物理伤害。冷热冲击试验箱满足的试验方法：GB/T2423.1.2、GB/T10592-2008、GJB150.3高低温冲击试验。

高低温冲击试验箱

冷热冲击试验箱是金属、塑料、橡胶、电子等材料行业必备的测试设备，用于测试材料结构或复合材料，在瞬间下经极高温及极低温的连续环境下忍受的程度，得以在最短时间内检测试样因热胀冷缩所引起的化学变化或物理伤害。冷热冲击试验箱满足的试验方法：GB/T2423.1.2、GB/T10592-2008、GJB150.3高低温冲击试验。

温度老化试验

温度老化试验主要是指针对橡胶、塑料产品、电器绝缘材料及其他材料进行的热氧老化试验；或者针对电子零配件、塑化产品的换气老化试验。根据老化试验产品的多少分为2种方法测试

1老化箱；主要针对塑胶产品，而且数量和体积不很大的产品比较实用。

2老化柜或是老化房；主要针对高性能电子产品(如：计算机整机，显示器，终端机，车用电子产品，电源供应器，主机板、监视器、交换式充电器等)仿真出一种高温、恶劣环境测试的设备，是提高产品稳定性、可靠性的重要实验设备、是各生产企业提高产品质量和竞争性的重要生产流程，该设备广泛应用于电源电子、电脑、通讯、生物制药等领域。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可稳定模拟严重污染下大气中光化学烟雾的生成情况，能长期稳定运行，对材料进行长时间的腐蚀与老化试验，使用热泵同时进行加热与制冷节能，维护简便的模拟严重污染大气的环境试验箱。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟严重污染情况光化学烟雾对原器件、材料性能的影响大气环境试验箱，包括模拟光化学烟雾污染环境系统及检测检测系统，

所述的模拟光化学烟雾污染环境系统包括二氧化碳发生器及氮氧化物发生器，

所述的检测检测系统包括试验箱体，设置在箱体内的冷板、紫外线灯管、样品架、散热板，红外气体分析仪、温度记录仪。

所述的二氧化碳发生器包括二氧化碳钢瓶及皂膜流量计，经管道与试验箱体连接，向箱体中定量配入和定量补充二氧化碳成分。

所述的氮氧化物发生器通过NaNO₂与FeSO₄的反应生成氮氧化物，用滴加NaNO₂溶液的量控制进入箱内的氮氧化物量。

酸性条件下

NO₂ ^-+Fe²⁺+2H⁺→NO↑+Fe³⁺+H₂O

空气中部分NO+O₂→NO₂

总氮氧化物浓度[NO_X]＝[NO]+[NO₂]

所述的紫外线灯管设有数个，均匀分布在试验箱体内，按不同强度均匀照射。

所述的散热板通过一套顶部热泵驱动制冷-底部放热系统使气体形成对流运动，并形成模拟自然上冷下热的温度梯度。

还包括一湿度调节用外接针管，向散热板上滴加蒸发水滴控制湿度。

使用红外线气体分析仪监测CO₂、NO_x的含量与变化。使用温湿度记录仪监测温度湿度的变化。

与现有技术相比，本发明针对光化学烟雾对产品腐蚀影响破坏，可稳定模拟严重污染下大气中光化学烟雾的生成情况，能长期稳定运行，对材料进行长时间的腐蚀与老化试验，同时配有红外光谱仪实时监测氮化物的浓度变化，可以对防光化学烟雾的新产品性能质量进行检测，使用热泵同时进行加热与制冷节能，维护简便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1为冷板、2为紫外线灯管、3为样品架、4为毛细管截流器、5为外接针管、6为散热板、7为二氧化碳发生器、8为氮氧化物发生器、9为空气压缩机、10为红外气体分析仪、11为温度记录仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种模拟严重污染情况光化学烟雾对原器件、材料性能的影响大气环境试验箱，其结构如图1所示，包括模拟光化学烟雾污染环境系统及检测检测系统，其中，模拟光化学烟雾污染环境系统包括二氧化碳发生器7及氮氧化物发生器8，检测检测系统包括试验箱体，设置在箱体内的冷板1、紫外线灯管2、样品架3、散热板6以及用于监测CO₂、NO_x的含量与变化的红外气体分析仪10、监测温度湿度的变化的温度记录仪11。

二氧化碳发生器7包括二氧化碳钢瓶及皂膜流量计，经管道与试验箱体连接，向箱体中定量配入和定量补充二氧化碳成分。氮氧化物发生器8通过NaNO₂与FeSO₄的反应生成氮氧化物，用滴加NaNO₂溶液的量控制进入箱内的氮氧化物量。

酸性条件下

NO₂ ^-+Fe²⁺+2H⁺→NO↑+Fe³⁺+H₂O

空气中部分NO+O₂→NO₂

总氮氧化物浓度[NO_X]＝[NO]+[NO₂]

试验箱体内的紫外线灯管2设有数个，从而可以按不同强度均匀照射。散热板6通过一套顶部热泵驱动制冷-底部放热系统使气体形成对流运动，并形成模拟自然上冷下热的温度梯度，与设置在箱体顶部的冷板1的连接管道之间设有毛细管截流器4，并且使用空气压缩机9向其中吹送空气。另外，还包括起湿度调节作用的外接针管5，向散热板6上滴加蒸发水滴控制湿度。

操作时，将待测样品放入样品架3，打开紫外线灯管2，关上试验箱。

打开二氧化碳发生器7和氮氧化物发生器8，注入定量的二氧化碳以及氮氢化物、打开空气压缩机9并且利用外接针管5根据要求调节湿度。

待二氧化碳及氮氧化物反应生成烟雾即可进行测试。

用红外气体检测仪10监测CO₂NO_X的含量与变化、温湿度记录仪11用于监测温度湿度的变化。

Claims (5)

1.一种模拟严重污染大气的环境试验箱，其特征在于，该环境试验箱包括模拟光化学烟雾污染环境系统及检测系统，

所述的模拟光化学烟雾污染环境系统包括二氧化碳发生器及氮氧化物发生器，

所述的检测系统包括试验箱体，设置在箱体内的冷板、紫外线灯管、样品架、散热板，红外气体分析仪、温度记录仪；

所述的散热板通过一套顶部热泵驱动制冷-底部放热系统使气体形成对流运动，并形成模拟自然上冷下热的温度梯度。

2.根据权利要求1所述的一种模拟严重污染大气的环境试验箱，其特征在于，所述的二氧化碳发生器包括二氧化碳钢瓶及皂膜流量计，经管道与试验箱体连接，向箱体中定量配入和定量补充二氧化碳成分。

3.根据权利要求1所述的一种模拟严重污染大气的环境试验箱，其特征在于，所述的氮氧化物发生器通过NaNO₂与FeSO₄的反应生成氮氧化物，用滴加NaNO₂溶液的量控制进入箱内的氮氧化物量。

4.根据权利要求1所述的一种模拟严重污染大气的环境试验箱，其特征在于，所述的紫外线灯管设有数个，均匀分布在试验箱体内，按不同强度均匀照射。

5.根据权利要求1所述的一种模拟严重污染大气的环境试验箱，其特征在于，还包括一湿度调节用外接针管，向散热板上滴加蒸发水滴控制湿度。