CN108181345B - 一种用于测试冷凝水形成的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测试冷凝水形成的装置及方法，该装置用于测试在给定的气氛(气氛包括气体的温度、湿度、成分、压强)环境下，通过逐步降低被测试的样品的温度，检测被测样品表面形成冷凝水时，被测样品表面的温度与给定的气体的温度的最小差值，以及在被测样品表面的温度以及给定的气氛条件确定的情况下，被测样品表面保持无冷凝水状态的最长时间；具体涉及材料及机械产品的应用验证及服役可靠性评价，具体为一种在可控温度、湿度、气氛、压强的模拟试验环境下材料或产品因与试验环境间存在温度差异导致裸露表面形成冷凝水的极限温差的测定和材料或产品服役可靠性的评价方法以及试验装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测试冷凝水形成的装置及方法，该装置用于测试在给定的气氛(气氛包括气体的温度、湿度、成分、压强)环境下，通过逐步降低被测试的样品的温度，检测被测样品表面形成冷凝水时，被测样品表面的温度与给定的气体的温度的最小差值，以及在被测样品表面的温度以及给定的气氛条件确定的情况下，被测样品表面保持无冷凝水状态的最长时间；具体涉及材料及机械产品的应用验证及服役可靠性评价，具体为一种在可控温度、湿度、气氛、压强的模拟试验环境下材料或产品因与试验环境间存在温度差异导致裸露表面形成冷凝水的极限温差的测定和材料或产品服役可靠性的评价方法以及试验装置。
背景技术
航天器研制过程中需要使用大量轻金属材料(例如铝合金、镁合金、钛合金等)作为结构材料，上述材料在使用过程中需要特别注意预防因电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、氢脆诱发产品失效，而使用过程中(地面装配、转运、发射场总装、塔架待命时)产品表面存在液态水是诱发电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、氢脆的重要因素之一，若不严格控制将导致严重后果。航天器研制过程中就曾出现在冬季转运时因包装箱与厂房存在较大温差，在转入厂房后未充分平衡温度就直接打开包装箱导致产品出现冷凝水(凝结在不易察觉的部位)诱发电化学腐蚀导致产品失效而无法使用的案例。
此外，我国载人航天工程将建设长期在轨运行的空间站，空间站乘员舱密闭舱室内的材料除了需要注意预防电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、氢脆等能够诱发产品失效的模式外，还需要额外关注微生物腐蚀(主要针对霉菌)诱发的失效问题。而微生物(霉菌)的生长繁殖需要有液态水参与，因此，如何防止空间站乘员舱密闭舱室内不易观察的位置产生冷凝水就成了空间站服役安全性和可靠性评价的重要领域。目前除了优化舱内循环风路、使用抗菌防霉材料外，控制舱内各部位的温差而避免出现冷凝水是最有效的防控手段之一。但是，空间站乘员舱密闭舱室的压力可变(有低气压工况)、舱内为配比混合气体气氛、气氛温度及湿度变化范围较宽、多种材料及产品的温度差异较大，而且是否能够在材料或产品表面产生冷凝水还与材料或产品的表面状态有关。因此，针对上述的特殊环境以及测试、评价目的，仅使用常用的露点仪监测露点已无法满足材料及机械产品的应用验证及服役可靠性评价需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种形成冷凝水的测试装置及测试方法。
本发明的技术解决方案是：
一种形成冷凝水的测试装置，该装置包括气氛控制分系统、气氛压强控制分系统、温湿度控制分系统、气密试验舱分系统、试验舱内风路循环分系统、样品温度监控及冷凝水监测分系统和供配电及控制分系统；
所述的气氛控制分系统用于控制气密试验舱内的气氛；
所述的气氛压强控制分系统用于控制气密试验舱内的压强；
所述的温湿度控制分系统用于控制气密试验舱内的温度和湿度；
所述的气密试验舱分系统用于提供样品的试验环境；
所述的试验舱内风路循环分系统用于实现气密试验舱内的气流按照设定的方向流动；
所述的环境参数监控分系统用于测试样品的试验环境；
所述的样品温度监控及冷凝水监测分系统用于测试样品的温度及冷凝水是否形成；
所述的供配电及控制分系统用于提供供配电控制以及统一的人机交互界面，配有数据采集、控制软件、自动记录系统。
所述的气密试验舱为一能够实现气流按照规定方向循环流动的封闭的空间，其中间部分为直线段，两端部分为半圆形，即气密试验舱内表面包括圆滑过渡段、直线试验段、装样舱门开启及锁紧装置、样品台旋转控制装置，气密试验舱内表面包括圆滑过渡段及直线试验段的横截面均为圆形。
一种形成冷凝水的测试装置，该装置包括气密试验舱、四个可调速风扇、加热器、加湿器、冷凝器、栅格准直器、样品台、样品温度传感器、气氛温度传感器、气氛湿度传感器、气氛压强传感器、风速计、体视显微镜、水补加系统、真空泵系统和带独立控制流量阀的气体混合装置；四个可调速风扇分别为第一可调速风扇、第二可调速风扇、第三可调速风扇和第四可调速风扇；
所述的样品台放置于气密试验舱内的直线段；
气密试验舱内的直线段的一侧从左到右依次为第一可调速风扇、样品台、栅格准直器和第二可调速风扇；
所述的样品温度传感器用于测量样品的温度；
所述的气氛温度传感器用于测量气密试验舱内气氛的温度；
所述的气氛湿度传感器用于测量气密试验舱内气氛的湿度；
所述的气氛压强传感器用于测量气密试验舱内气氛的压强；
所述的风速计用于测量经过样品台位置的气流速度；
所述的体视显微镜用于观察样品表面冷凝水的产生情况；
气密试验舱内的直线段的另一侧从左到右依次为第三可调速风扇、加热器、第四可调速风扇、加湿器和冷凝器；
水补加系统通过供水管路给加湿器补充水分；
真空泵系统通过抽气管路为气密试验舱内提供低压环境；
带独立控制流量阀的气体混合装置用于向气密试验舱内提供成分可控的气氛及正压环境。
所述的气密试验舱为一种空腔结构，其横截面包括两端的半圆和中间的直线段，气密试验舱的纵截面均为圆形，气密试验舱带有舱门，用于将样品放置于气密试验舱内的样品台上；气密试验舱两端的半圆为气密试验舱的过渡段，气密试验舱中间的直线段为气密试验舱的试验段。
所述的带独立控制流量阀的气体混合装置包括氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶，氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶分别带有流量控制阀，氧气瓶内存放有高纯氧气，氮气瓶内存放有高纯氮气，二氧化碳气瓶内存放有高纯二氧化碳，氧气瓶内的高纯氧气、氮气瓶内的高纯氮气和二氧化碳气瓶内的高纯二氧化碳经过混合后通过供气管路向气密试验舱内提供成分可控的气氛及正压环境。
一种形成冷凝水的测试方法，该方法的步骤包括：
(1)对被测样品进行预处理；
(2)对气密试验舱内的气氛进行初始化；
(3)将步骤(1)预处理后的被测样品放置到步骤(2)初始化后的气密试验舱内的样品台上并安装样品温度传感器；给定气密试验舱试验条件，试验条件包括气密试验舱内气体的温度、湿度、成分、压强；
(4)调整气密试验舱内气氛至试验要求，且保持被测样品的温度高于气氛温度；
(5)对样品台上的被测样品进行程序降温；
(6)使用体视显微镜观察被测样品表面是否形成冷凝水以及形成冷凝水的时间。
所述的步骤(1)中，对被测样品进行预处理的方法为：使用无水乙醇对被测样品表面进行脱水处理或使用热风枪或鼓风干燥箱等彻底干燥样品，干燥后的样品若无法立即试验则应贮存在干燥器内。
所述的步骤(2)中，对气密试验舱内的气氛进行初始化的方法为：控制气密试验舱内的气体湿度不超过40％RH，温度与步骤(1)中预处理后被测样品所处的环境温度一致。
所述的步骤(4)中，保持被测样品的温度高于气氛温度5℃～10℃。
按试验要求进行更多次数的平行样品测试，每次使用同种类型的平行样品，从而根据给定置信度计算规定可靠度下的基准值。
有益效果
(1)本发明的装置建立了一种能够控制温度、湿度、气压、气氛的模拟试验环境，并将可控制温度的不同材料或产品(样品)浸入模拟试验环境，通过调整模拟试验环境的4个变量(温度、湿度、气压、气氛)以及样品(材料或产品)温度，针对每种参试样品，在5个变量(环境温度、环境湿度、环境气压、环境气氛、样品温度)的不同组合下，可测定出样品表面出现冷凝水时环境温度与样品温度的温差(极限温差)的测试方法以及材料或产品的服役可靠性评价方法及试验装置具有重要的工程意义。可为航天器用材料及产品提供极限温差作为设计参数并验证材料及产品的服役可靠性，保证材料及产品能够在服役期间安全、可靠的工作。
(2)本发明在于提供一种在湿度、湿度、气氛、压力可控的模拟环境下材料或产品表面形成冷凝水的极限温差的测定方法，上述方法通过控制模拟环境的湿度、湿度、气氛、压力，在可控的模拟环境下控制样品(材料或产品)温度(从略高于模拟环境温度的初始状态按给定降温速度逐步降低)，并对样品表面是否产生冷凝水进行持续观测，从而获得在不同的模拟环境下(湿度、湿度、气氛、压力共4个参数)样品表面产生冷凝水时样品温度与模拟环境温度间温差(极限温差)及关系曲线，为选用材料或产品(包括表面改性处理)提供有效的极限温差参数(给定环境条件下按给定降温速度降低样品温度而不产生冷凝水的极限温差)或关系曲线。
(3)本发明的在于提供一种在湿度、湿度、气氛、压力可控的模拟环境下材料或产品表面形成冷凝水的极限温差的测定和材料或产品的服役可靠性评价试验装置，采用该方法测定的在湿度、湿度、气氛、压力可控的模拟环境下样品(材料或产品)表面形成冷凝水的极限温差，是空间站乘员舱关键的选材及结构设计参数。明晰此参数可为预防电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、氢脆、微生物腐蚀(霉菌)提供必要的参考。
(4)本发明的装置提出极限温差作为给定乘员舱环境工况下的选材筛选指标，提出基于冷凝水产生概率或产生冷凝水最短时间为判据的乘员舱结构设计与选材、乘员舱环境工况综合条件下的系统可靠性评价方法。
(5)本发明的装置各部分技术成熟、可靠，其工作原理与实际服役过程非常贴近，其数据参数合理、可信，可通过测得的极限温差、冷凝水产生概率或产生冷凝水最短时间来指导合理设计乘员舱结构以及选材，适应乘员舱环境要求。提高系统可靠性。
(6)本发明的方法可为类似的密闭舱室(例如潜艇)内冷凝水防控(包括因控制冷凝水而可以有效避免的微生物腐蚀、电化学腐蚀失效问题)提供可量化、可检测的极限温差设计参数，以及在可模拟实际环境下进行的结构设计及选材等多因素相关的系统综合可靠性评价(冷凝水产生概率或产生冷凝水最短时间为可量化、可检测可靠性指标)提供了便捷的途径，有助于相关产品设计过程中开展检测和可靠性评价工作。该装置利于在材料及机械产品应用验证领域进行实际推广应用。
(7)通过该装置可测定给定模拟试验环境(温度、湿度、压力、气氛)下样品的极限温差参数；通过该装置可测定给定模拟试验环境(温度、湿度、压力、气氛)下样品的极限温差的基准值参数；通过上述测试结果可绘制模拟试验环境(温度、湿度、压力、气氛)-样品极限温度的关系曲线(或控制图)。
(8)本发明的另一个目的在于提供一种在湿度、湿度、气氛、压力可控的模拟环境下材料或产品温度受控时表面在给定时间内不形成冷凝水(或形成冷凝水的最短时间)的服役可靠性评价方法。上述方法通过控制模拟环境的湿度、湿度、气氛、压力，在可控的模拟环境下控制样品(材料或产品)温度(保持恒定至规定时间)，并对样品表面是否产生冷凝水进行持续观测，从而获得在预设的模拟环境(湿度、湿度、气氛、压力共4个参数)及样品温度条件下，样品表面在规定时间内不产生冷凝水(形成冷凝水的最短时间)的服役可靠性评价结果。
附图说明
图1为本发明涉及的试验系统构成示意图；
图2为本发明涉及的试验装置结构示意图。
具体实施方式
选取铝合金试片(经过干燥预处理)，安装在样品台的卡簧卡扣上，设置温湿度、压强、气氛试验参数，设置样品初始温度(略高于环境温度)，启动试验系统，控制风速，达到设定条件完成初始化。选择进行极限温差测定或冷凝水产生概率(或产生冷凝水最短时间)试验。若进行极限温差测定，则将控制模式改为按设定的降温速率连续给样品降温，通过体视显微镜观察铝合金试片表面有无冷凝水出现，记录出现冷凝水时样品表面温度与环境温度之间的差值，作为该样品在设定的环境下的极限温差，更换平行样品，完成至少3个样品的测试，取最小值作为该类样品的极限温差检测结果。若进行冷凝水产生概率(或产生冷凝水最短时间)，则控制样品温度至试验条件要求，并在此温度下保持只规定时间或保持至出现冷凝水，期间通过体视显微镜观察(必要时，如长期试验时使用自动记录功能)，重复多个样品的平行测试，之后计算冷凝水产生概率、或产生冷凝水最短时间(可按统计方法计算给定置信度和可靠度时的产生冷凝水最短时间的置信下限)。每次更换样品后均重复初始化过程。
实施例1(极限温差的测定)
一种形成冷凝水的测试装置，该装置包括气氛控制分系统、气氛压强控制分系统、温湿度控制分系统、气密试验舱分系统、试验舱内风路循环分系统、环境参数监控分系统、样品温度监控及冷凝水监测分系统、供配电及控制分系统；
所述的气氛控制分系统包括带有独立控制流量阀的气体混合装置、氧气瓶、氮气瓶、二氧化碳气瓶和供气管路，带有独立控制流量阀的气体混合装置包括减压阀、流量计和四通(三进一出)，氧气瓶、氮气瓶、二氧化碳气瓶分别配有一个减压阀和一个流量计，氧气瓶、氮气瓶、二氧化碳气瓶分别与四通的三个进气口通过供气管路连接，四通道出气口配有一个减压阀，四通出气口通过供气管路与气密试验舱连通，达到实现气密试验舱内气氛的控制；可根据试验需要控制上述3种气体的配比(流量法控制)，进而通过供气管路将混合气输入气密试验舱内，进而实现试验气氛成分配比可控的目的(可模拟空间站乘员舱气氛配比)。必要时需开启抽气管路甚至真空泵系统辅助平衡压力；
所述的气氛压强控制分系统包括抽气管路和真空泵系统，抽气管路的一端与气密试验舱连通，抽气管路的另一端与真空泵系统连接(需要时开启真空泵系统，一般情况下仅维持气密试验舱所在室内的大气压强)；气氛压强控制分系统与气氛控制分系统以及环境参数监控分系统中的气氛压强传感器协同工作实现气密试验舱内气氛压强的闭环控制，使气密试验舱内气氛压强满足试验需求(可模拟空间站乘员舱气氛压强)；
所述的温湿度控制分系统包括加热器(例如PTC热管等)、加湿器(例如热管加热蒸发式等)、冷凝器、水补加系统(自动控制蒸发器液面防止过烧)、供水管路及温度控制系统，加热器用于对气密试验舱内的气体进行加热，加湿器用于对气密试验舱内的气体进行加湿，水补加系统用于加湿器的液位控制，冷凝器用于对气密试验舱内的气体进行除湿，冷凝器与加湿器协同工作来控制气密试验舱内的气体的湿度，水补加系统通过供水管路与加湿器连通，温度控制系统用于控制加热器、加湿器、冷凝器的温度；温度控制系统与环境参数监控分系统中的气氛湿度传感器、气氛温度传感器协同工作实现气密试验舱内气氛温湿度的闭环控制，使气密试验舱内气氛温湿度满足试验需求(可模拟空间站乘员舱气氛温湿度)；
所述的气密试验舱分系统提供样品的试验环境，为一能够实现气流按照规定方向循环流动的封闭的空间，其中间部分为直线段，两端部分为半圆形，即气密试验舱内表面包括圆滑过渡段(实现试验舱内气体无阻滞环流)、直线试验段(实现试验段稳定气流场)、装样舱门开启及锁紧装置(实现样品更换、试验期间气密功能)、样品台旋转控制装置(可控制样品试验面与入射气流夹角)。气密试验舱内表面包括圆滑过渡段及直线试验段的横截面均为圆形；
所述的试验舱内风路循环分系统包括多台独立控制的可调速风扇(与环境参数监控分系统的风速计协同工作实现试验风速的闭环控制)以及位于气密试验舱直线试验段的栅格准直器(保持试验区稳定气流场)；试验舱内风路循环分系统将试验区与环境气氛控制区联通，实现试验舱内循环风路；
所述的环境参数监控分系统包括气氛温度传感器、气氛湿度传感器、风速计、气氛压强传感器，环境参数监控分系统为其他相关分系统提供实时监测数据(采样率可调)，实现相应环境参数的闭环控制；
所述的样品温度监控及冷凝水监测分系统包括样品温度传感器(压紧在样品试验面表面)、样品台控温系统(带有与样品尺寸配合的热管式加热装置及制冷装置，通过热传导以及与样品温度传感器构成闭环控制系统实现对样品的温度控制)、体视显微镜(直接观察样品表面有无冷凝水生成，可录制视频或定时拍照，有自动图像识别判定能力)、计时系统(记录出现冷凝水的时间)、样品卡紧机构(卡簧式结构，可快速安装、拆卸样品)；
所述的供配电及控制分系统为上述各分系统提供供配电控制以及统一的人机交互界面，配有数据采集、控制软件、自动记录系统。
气密试验舱内表面呈中部为圆柱状直线段、两端为半圆环状的圆滑过渡的空间，临近样品台部分有装样舱门便于取放样品。气氛控制分系统、气氛压强控制分系统位于气密试验舱外部，分别通过供气管路、抽气管路与气密试验舱连通。温湿度控制分系统中的加热器、加湿器、冷凝器位于气密试验舱内部与直线试验段对应的另一侧的直线段，其中加湿器通过供水管路与位于气密试验舱外部的水补加系统连接；气密试验舱分系统的样品台旋转控制装置(包括安装样品的样品台和样品温度传感器)安装在气密试验舱内部直线试验段中部位置，来流端有试验舱内风路循环分系统的栅格准直器以及可调速风扇保持相对稳定的气氛流场。环境参数监控分系统、样品温度监控及冷凝水监测分系统、供配电及控制分系统均位于气密试验舱外部，通过分布在舱内不同位置的温度、湿度、风速传感器获取控制信号并于相关系统联动形成闭环控制，体视显微镜用于监测样品表面状态(有无冷凝水)。
一种形成冷凝水的测试装置，该装置包括气密试验舱、四个可调速风扇、加热器、加湿器、冷凝器、栅格准直器、样品台、样品温度传感器、气氛温度传感器、气氛湿度传感器、气氛压强传感器、风速计、体视显微镜、水补加系统、真空泵系统和带独立控制流量阀的气体混合装置；四个可调速风扇分别为第一可调速风扇、第二可调速风扇、第三可调速风扇和第四可调速风扇；
所述的气密试验舱为一种空腔结构，其横截面包括两端的半圆和中间的直线段，气密试验舱的纵截面均为圆形，该结构的目的是为了能够在气密试验舱内形成流速和方向均匀可控的气流场；气密试验舱带有舱门，用于将样品放置于气密试验舱内的样品台上；气密试验舱两端的半圆为气密试验舱的过渡段，气密试验舱中间的直线段为气密试验舱的试验段；
所述的样品台放置于气密试验舱内的直线段；
气密试验舱内的直线段的一侧从左到右依次为第一可调速风扇、样品台、栅格准直器和第二可调速风扇；
所述的样品温度传感器用于测量样品的温度；
所述的气氛温度传感器用于测量气密试验舱内气氛的温度；
所述的气氛湿度传感器用于测量气密试验舱内气氛的湿度；
所述的气氛压强传感器用于测量气密试验舱内气氛的压强；
所述的风速计用于测量经过样品台位置的气流速度；
所述的体视显微镜用于观察样品表面冷凝水的产生情况，比如冷凝水是否产生；
气密试验舱内的直线段的另一侧从左到右依次为第三可调速风扇、加热器、第四可调速风扇、加湿器和冷凝器；
水补加系统通过供水管路给加湿器补充水分；
真空泵系统通过抽气管路为气密试验舱内提供低压环境；
带独立控制流量阀的气体混合装置包括氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶，氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶分别带有流量控制阀，氧气瓶内存放有高纯氧气，氮气瓶内存放有高纯氮气，二氧化碳气瓶内存放有高纯二氧化碳，氧气瓶内地高纯氧气、氮气瓶内地高纯氮气和二氧化碳气瓶内的高纯二氧化碳经过混合后通过供气管路向气密试验舱内提供成分可控的气氛及正压环境。
一种形成冷凝水的测试方法，该方法的步骤包括：
(1)对被测样品进行预处理；
(2)对气密试验舱内的气氛进行初始化；
(3)将步骤(1)预处理后的被测样品放置到步骤(2)初始化后的气密试验舱内的样品台上并安装样品温度传感器；给定气密试验舱试验条件，试验条件包括气密试验舱内气体的温度、湿度、成分、压强；考虑重力影响时被测样品表面应与水平面垂直；
(4)调整气密试验舱内气氛至试验要求，且保持被测样品的温度高于气氛温度5℃～10℃；
(5)对样品台上的被测样品进行程序降温；
(6)使用体视显微镜观察被测样品表面是否形成冷凝水以及形成冷凝水的时间。
所述的步骤(1)中对被测样品进行预处理的方法为：使用无水乙醇对被测样品表面进行脱水处理(前提是证实无水乙醇不会损伤样品，例如导致溶胀或溶解等)或使用热风枪或鼓风干燥箱等彻底干燥样品(前提是保证干燥过程中的温升不会破坏样品)，干燥后的样品若无法立即试验则应贮存在干燥器内(推荐使用真空干燥器)；
所述的步骤(2)中对气密试验舱内的气氛进行初始化的方法为：控制气密试验舱内的气体湿度不超过40％RH，温度与步骤(1)中预处理后被测样品所处的环境温度一致；
必要时，可按试验要求进行更多次数的平行样品测试(例如15次、30次等，需视具体测试时极限温度数据的离散程度而定)，每次使用同种类型的平行样品(允许使用已测试过的样品，但应重新做清理和干燥处理)，从而根据给定置信度(一般为95％)计算规定可靠度(存活率，通常可取99％或90％)下的基准值(A、B基准值)。
该方法的详细步骤为：
(1)被测样品预处理，即对尺寸为40mm×40mm×2mm(厚度)的2A12-T4铝合金表面硫酸阳极化铬酸封闭的15件样品首先使用无水乙醇对被测样品表面进行冲洗，之后用鼓风干燥箱于(105±2)℃烘干30min，取出后置于干燥器内冷却至室温备用。
(2)用温湿度计测得实验室环境为23℃、55％RH、1atm。
(3)初始化试验装置，通过供配电及控制分系统设置初始环境条件(温度、湿度、压力)参数分别为：气氛23℃、30％RH、1atm，样品台28℃，并运行系统使温湿度控制系统的加热器、加湿器、冷凝器以及样品台旋转控制装置的温控系统启动。调整气氛控制分系统的气瓶减压阀及流量阀获得氮气、氧气配比为79：21的1atm气体并通过供气管路输送至气密试验舱内。启动试验舱内风路循环分系统的可调速风扇并调节转速至环境参数监控分系统的风速计显示为0.5m/s。运行试验装置至密试验舱内气氛及样品台初始状态符合设定值(气氛：23℃、30％RH、1atm氮气79：氧气21、风速0.5m/s，样品台28℃)要求。
(4)打开实验舱门，从干燥器内取出一个样品，安装在样品台上的固定位置，之后将样品温度传感器安装在样品表面，通过气密试验舱分系统中的样品台旋转控制装置调整样品角度使样品平行于气流方向(即夹角为0°。
(5)等待样品温度达到28℃。
(6)通过供配电及控制分系统设置设定试验条件即气氛：20℃、60％RH、0.8atm氮气79：氧气21，样品台维持28℃，运行设备至达到设定值。
(7)通过供配电及控制分系统设置样品的程序降温速度为3℃/min，通过气密试验舱分系统中的样品台旋转控制装置开始实施程序控温。同时使用体视显微镜(放大×10～×80倍)观察样品表面冷凝水产生情况，并从样品表面温度达到20℃时开始计时。
(8)使用体视显微镜(放大×10～×80倍)观察到样品表面产生冷凝水时样品表面的温度为5℃，时间为5min。记录所用降温速度3℃/min、起始试验温度20℃、极限温差(即冷凝水产生时样品表面温度对试验温度的温差)15.0℃。
(9)重复(2)至(8)完成15个样品的检测，数据如下：
(10)经Shapiro-Wilk、Lilliefors、Kolmogorov Smirnov正态分布检验，15个数据符合正态分布，计算15个样品极限温度的平均值为16.1℃，标准偏差为0.89℃，离散系数5.5％。
(11)查GB/T 4885-2009(正态分布完全样本可靠度置信下限)γ＝0.95、n＝15、RL＝0.99对应K系数为3.52013，计算95％置信度，99％可靠度(存活率)的极限温差下限为16.1℃-3.52013×0.89℃＝13.0℃。
(12)报告2A12-T4铝合金表面硫酸阳极化铬酸封闭处理试样在20℃、60％RH、0.8atm氮气79：氧气21环境气氛以及风速0.5m/s，夹角为0°状态下，实测极限温差为16.1℃，离散系数5.5％。
(13)额外报告在95％置信度下，将2A12-T4铝合金表面硫酸阳极化铬酸封闭材料用于20℃、60％RH、0.8atm氮气79：氧气21环境气氛以及风速0.5m/s，夹角为0°状态下使用时，当材料表面温度低于环境温度13.0℃时，材料表面不产生液态冷凝水(可安全使用)的可靠度是0.99(即99％)。
实施例2(产品验证试验)
(1)被测样品预处理，即对外轮廓尺寸为40mm×50mm×10mm(厚度)的电路板样品用洗耳球吹除表面附着的灰尘，之后置于干燥器内备用。
(2)用温湿度计测得实验室环境为22℃、45％RH、0.9atm。
(3)初始化试验装置，通过供配电及控制分系统设置初始环境条件(温度、湿度、压力)参数分别为：气氛22℃、30％RH、0.9atm，样品台32℃，并运行系统使温湿度控制系统的加热器、加湿器、冷凝器以及样品台旋转控制装置的温控系统启动。调整气氛控制分系统的气瓶减压阀及流量阀获得氮气、氧气配比为79：21的0.9atm气体并通过供气管路输送至气密试验舱内。启动试验舱内风路循环分系统的可调速风扇并调节转速至环境参数监控分系统的风速计显示为0.2m/s。运行试验装置至密试验舱内气氛及样品台初始状态符合设定值(气氛：22℃、30％RH、0.9atm氮气79：氧气21、风速0.2m/s，样品台32℃)要求。
(4)打开实验舱门，从干燥器内取出电路板样品，安装在样品台上的固定位置，之后将样品温度传感器安装在样品表面(可在关注位置多点设置温度监测点)，通过气密试验舱分系统中的样品台旋转控制装置调整样品角度使样品倾斜于气流方向(即夹角为30°)。必要时可对电路板加电以模拟实际使用状态。
(5)等待电路板样品上规定温度监测点的温度达到32℃。
(6)通过供配电及控制分系统设置设定试验条件即气氛：15℃、70％RH、1atm氮气82：氧气18，样品台维持25℃，运行设备至达到设定值。
(7)通过供配电及控制分系统设置样品的程序降温速度为1℃/min，达到3℃时停止降温(并在3℃保持)，通过气密试验舱分系统中的样品台旋转控制装置开始实施程序控温。同时使用体视显微镜(放大×10～×80倍)观察电路板样品不同区域表面冷凝水产生情况，并从电路板样品上规定温度监测点的温度达到3℃时开始计时。
(8)使用体视显微镜(放大×10～×80倍)观察样品表面至试验截止时间2h之前有无冷凝水产生。
(9)至试验截止时间2h时，未观察到冷凝水，故报告冷凝水产生时间为>2h(2h内未观察到冷凝水)。记录所用降温速度1℃/min、样品保持温度3℃、起始试验温度15℃、样品与试验温度温差12℃。
(10)报告电路板样品在15℃、70％RH、1atm氮气82：氧气18、风速0.2m/s、夹角为30°情况下，样品温度比试验温度低12℃时，可保持2h不在表面产生冷凝水。
Claims (8)
1.一种形成冷凝水的测试装置，其特征在于：该装置包括气密试验舱、四个可调速风扇、加热器、加湿器、冷凝器、栅格准直器、样品台、样品温度传感器、气氛温度传感器、气氛湿度传感器、气氛压强传感器、风速计、体视显微镜、水补加系统、真空泵系统和带独立控制流量阀的气体混合装置；四个可调速风扇分别为第一可调速风扇、第二可调速风扇、第三可调速风扇和第四可调速风扇；
所述的样品台放置于气密试验舱内的直线段；
气密试验舱内的直线段的一侧从左到右依次为第一可调速风扇、样品台、栅格准直器和第二可调速风扇；
所述的样品温度传感器用于测量样品的温度；
所述的气氛温度传感器用于测量气密试验舱内气氛的温度；
所述的气氛湿度传感器用于测量气密试验舱内气氛的湿度；
所述的气氛压强传感器用于测量气密试验舱内气氛的压强；
所述的风速计用于测量经过样品台位置的气流速度；
所述的体视显微镜用于观察样品表面冷凝水的产生情况；
气密试验舱内的直线段的另一侧从左到右依次为第三可调速风扇、加热器、第四可调速风扇、加湿器和冷凝器；
水补加系统通过供水管路给加湿器补充水分；
真空泵系统通过抽气管路为气密试验舱内提供低压环境；
带独立控制流量阀的气体混合装置用于向气密试验舱内提供成分可控的气氛及正压环境。
2.根据权利要求1所述的一种形成冷凝水的测试装置，其特征在于：所述的气密试验舱为一种空腔结构，其横截面包括两端的半圆和中间的直线段，气密试验舱的纵截面均为圆形，气密试验舱带有舱门，用于将样品放置于气密试验舱内的样品台上；气密试验舱两端的半圆为气密试验舱的过渡段，气密试验舱中间的直线段为气密试验舱的试验段。
3.根据权利要求1所述的一种形成冷凝水的测试装置，其特征在于：所述的带独立控制流量阀的气体混合装置包括氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶，氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶分别带有流量控制阀，氧气瓶内存放有高纯氧气，氮气瓶内存放有高纯氮气，二氧化碳气瓶内存放有高纯二氧化碳，氧气瓶内的高纯氧气、氮气瓶内的高纯氮气和二氧化碳气瓶内的高纯二氧化碳经过混合后通过供气管路向气密试验舱内提供成分可控的气氛及正压环境。
4.一种使用权利要求1-3任一所述的测试装置形成冷凝水的测试方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)对被测样品进行预处理；
(2)对气密试验舱内的气氛进行初始化；
(3)将步骤(1)预处理后的被测样品放置到步骤(2)初始化后的气密试验舱内的样品台上并安装样品温度传感器；给定气密试验舱试验条件，试验条件包括气密试验舱内气体的温度、湿度、成分、压强；
(4)调整气密试验舱内气氛至试验要求，且保持被测样品的温度高于气氛温度；
(5)对样品台上的被测样品进行程序降温；
(6)使用体视显微镜观察被测样品表面是否形成冷凝水以及形成冷凝水的时间。
5.根据权利要求4所述的一种形成冷凝水的测试方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，对被测样品进行预处理的方法为：使用无水乙醇对被测样品表面进行脱水处理或使用热风枪或鼓风干燥箱等彻底干燥样品，干燥后的样品若无法立即试验则应贮存在干燥器内。
6.根据权利要求4所述的一种形成冷凝水的测试方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，对气密试验舱内的气氛进行初始化的方法为：控制气密试验舱内的气体湿度不超过40％RH，温度与步骤(1)中预处理后被测样品所处的环境温度一致。
7.根据权利要求4所述的一种形成冷凝水的测试方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，保持被测样品的温度高于气氛温度5℃～10℃。
8.根据权利要求4所述的一种形成冷凝水的测试方法，其特征在于：按试验要求进行更多次数的平行样品测试，每次使用同种类型的平行样品，从而根据给定置信度计算规定可靠度下的基准值。
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