CN108254211A - 一种真空设备外部环境模拟装置及方法 - Google Patents

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郭子学
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Abstract

本发明公开了一种真空设备外部环境模拟装置及方法，包括用以安放所述的真空设备的金属罩、稳压罐、水蒸气发生器、干燥空气发生器和真空泵机组，该装置能够在真空设备外部制造出0至1.3个大气压的压力，0℃至90℃的环境温度，0％RH至100％RH的环境湿度，并保证环境条件的相对稳定。

Description

一种真空设备外部环境模拟装置及方法
技术领域
本发明属于外部环境模拟技术领域，具体涉及一种真空设备外部环境模拟装置及方法。
背景技术
真空设备处于大气环境下，大气环境中的温度、湿度、气压等参数是变量，这些变量会对真空设备产生一定影响。为研究周围环境中的温度、湿度、压力等参数对真空设备的影响，需要模拟真实的真空设备外部环境。虽然目前环境模拟装置已广泛应用于航空航天、船舶等工程领域，但这些领域所模拟环境，通常为真空环境或水压环境等，即将物体置于封闭容器中，利用真空泵抽空或利用水泵向内打水压，进行环境模拟。在现有技术中，无类似本装置的同时涉及真空设备外部压力、温度、湿度三个变量的模拟装置。
发明内容
为实现真空设备外部环境的模拟，本发明提供一种适用于真空设备外部环境模拟的装置，能够实现真空设备实际外部环境的模拟，包含环境压力，环境温度、环境湿度等。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种真空设备外部环境模拟装置，包括用以安放所述的真空设备的金属罩、稳压罐、水蒸气发生器、干燥空气发生器和真空泵机组，在金属罩上设置有第一薄膜压力计和第一温湿度计，金属罩与循环水系统连通，金属罩通过管路与稳压罐相连通，金属罩通过管路与水蒸气发生器连通，金属罩通过管路与真空泵机组连通。
在上述技术方案中，在所述金属罩表面设置有第一观察窗。
在上述技术方案中，在所述金属罩与稳压罐连通的管路上设置有第一进气阀。
在上述技术方案中，所述干燥空气发生器包括高纯氮气容器和第三进气阀，高纯氮气容器内的氮气纯度大于99.9％。
在上述技术方案中，在所述金属罩与水蒸气发生器连通的管路上设置有第二进气阀。
在上述技术方案中，所述水蒸气发生器包括水位计、盛水容器、加热器和排水阀，加热器设置于盛水容器的底部，盛水容器的一侧设置有水位计，在盛水容器的排水管路上设置有排水阀。
在上述技术方案中，所述稳压罐表面设置有第二观察窗。
在上述技术方案中，所述稳压罐上第二薄膜压力计和第二温湿度计，第二薄膜压力计的量程为1000torr，精度为0.5％，第二温湿度计的温度量程为-20℃～100℃，精度为± 0.5℃，湿度量程为0～100％RH，精度为±3％RH。
在上述技术方案中，所述第一薄膜压力计的量程为1000torr，精度为0.5％。
在上述技术方案中，所述第一温湿度计的温度量程为-20℃～100℃，精度为±0.5℃，湿度量程为0～100％RH，精度为±3％RH。
在上述技术方案中，所述真空泵机组的极限真空优于0.1Pa。
一种真空设备外部环境模拟方法，按照下列步骤进行：
步骤一、将真空设备放入金属罩内；
步骤二、通过真空泵机组对金属罩进行抽真空，使系统压力降至1Pa以下；
步骤三、通过循环水系统向金属罩外部通入循环水，通过第一温湿度计测定温度，使金属罩内温度保持环境模拟温度；
步骤四、通过高纯氮气容器向金属罩供入高纯氮气，通过薄膜压力计监测压力，使金属罩内压力环境达到环境模拟气压；
步骤五、通过加热器加热盛水容器，使其达到100℃，依次开启第二进气阀、第三阀门，并保证第四阀门开启，使水蒸气进入金属罩，使金属罩内达到环境模拟气压湿度。
步骤六、模拟过程中，当压力降低时通过高纯氮气容器、第三进气阀、第四阀门进行补压，当压力升高时，通过真空泵机组、第四阀门进行抽空降压，使环境压力满足要求，配合第二进气阀、第三阀门，向金属罩内补充水蒸气，实现湿度的微调，使得金属罩内保持压力环境模拟压力、温度及湿度。
在上述技术方案中，所述环境模拟压力为0至1.3个大气压。
在上述技术方案中，所述环境模拟温度为0℃至90℃。
在上述技术方案中，所述环境模拟湿度为0％RH至100％RH。
本发明的有益效果如下所述：该装置能够在真空设备外部制造出0至1.3个大气压的压力，0℃至90℃的环境温度，0％RH至100％RH的环境湿度，并保证环境条件的相对稳定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1为第一阀门，2为第一薄膜压力计，3为第一观察窗，4为第一温湿度计，5 为真空设备，6为金属罩，7为第一进气阀，8为循环水系统，9为稳压罐，10为第二观察窗，11为第二温湿度计，12为第二阀门，13为第三阀门，14为第二进气阀，15为水位计，16为盛水容器，17为加热器，18为排水阀，19为真空泵机组，20为第三进气阀， 21为高纯氮气容器，22为第二薄膜压力计，23为第四阀门。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
本发明所述的外部环境模拟装置，由水蒸气发生器(能够提供100％湿度的水蒸气)、干燥空气(高纯氮气)发生器(纯度大于99.9％)、第一薄膜压力计(量程1000torr，精度0.5％)、第二薄膜压力计(量程1000torr，精度0.5％)、第一温湿度计(温度量程-20℃～100℃，精度±0.5℃，湿度量程0～100％RH，精度±3％RH)、第二温湿度计(温度量程-20℃～100℃，精度±0.5℃，湿度量程0～100％RH，精度±3％RH)、循环水系统(可控温度0℃至100℃)、金属罩、稳压罐、真空泵机组(极限真空优于0.1Pa)及连接管路、阀门组成。
其中，水蒸气发生器由第二进气阀14，水位计15，盛水容器16，加热器17，排水阀18组成。干燥空气高纯氮气发生器由第三进气阀20，高纯氮气容器21组成。
金属罩6内部用于安放真空设备5，在金属罩6上设有第一观察窗3，第一观察窗3内安放温湿度计4，用于检测金属罩6内的温度、湿度。金属罩6上安放有第一薄膜压力计2，用于检测压力。金属罩6连接循环水系统8，通过循环水系统8在金属罩6外部通入温度0℃至100℃的循环水，使得金属罩6内的温度可控可调。通过第一阀门1及真空泵机组19对真空设备5抽空，实现真空设备5内压力控制。
稳压罐9上设有第二观察窗10，第二观察窗10内安放第二温湿度计11，用于检测稳压罐9内的温度、湿度。
实际环境模拟时，先将盛水容器16中注入纯净水，再通过真空泵机组19对整个装置进行抽空。待系统压力降至1Pa以下，此时停止抽空，封闭装置即可进行真空设备外部环境模拟。环境温度的模拟：根据需要的温度，通过循环水系统8在金属罩外部通入温度0℃至100℃的循环水，使得金属罩6内的温度达到所需温度。此时维持循环水系统 8温度的稳定实现温度环境的模拟。压力环境的模拟：依次通过高纯氮气容器21、第三进气阀20、第四阀门23向金属罩6供入指定压力，通过薄膜压力计2监测压力。待压力环境满足要求后，关闭第三进气阀20。压力控制过程中，当压力高于指定压力时，通过真空泵机组19进行抽空降压。环境湿度的模拟：使用加热器17加热盛水容器16，使其达到100℃，依次开启第二进气阀14、第三阀门13，并保证第四阀门23开启，使水蒸气进入金属罩6，当达到所需湿度环境后，关闭第二进气阀14、第三阀门13。
压力、湿度的微调：模拟过程中，当压力降低时，通过高纯氮气容器21、第三进气阀20、第四阀门23进行补压，当压力升高时，通过真空泵机组19、第四阀门23进行抽空降压，使压力环境满足要求。配合第二进气阀14、第三阀门13，向金属罩6内补充水蒸气，实现湿度的微调。
常温条件下，当金属罩6内压力、湿度环境无法保持稳定时，此时可以按以上金属罩内压力、湿度的调节方法，调节稳压罐9内压力、湿度与金属罩6内一致，开启第一进气阀7，使金属罩6与稳压罐9连通，使用稳压罐9稳定金属罩6内部环境。
实施例2：
1.按图1连接装置，将真空设备5放入金属罩6。
2.通过真空泵机组19对金属罩6进行抽真空，待系统压力降至1Pa以下，此时停止抽空，封闭装置开始进行环境模拟，具体环境为模拟压力为1.1个大气压，环境温度 40℃，湿度60％。
3.通过循环水系统8在金属罩外部通入温度40℃的循环水，通过第一温湿度计4观察金属罩6内温度，当金属罩6内的温度接近40℃并稳定后。此时略微向上调节循环水系统的温度，直至第一温湿度计4显示的温度稳定且为40℃，实现环境温度模拟。
4.打开第三进气阀20和第四阀门23，通过高纯氮气容器21向金属罩6供入1.1个大气压，通过薄膜压力计2监测压力。待压力环境达到1.1个大气压后，关闭第三进气阀 20。
5.使用加热器17加热盛水容器16，使其达到100℃，依次开启第二进气阀14、第三阀门13，并保证第四阀门23开启，使水蒸气进入金属罩6，当达到所需湿度达到50％后，轻微调节第四阀门23使水蒸气进入速率下降，直至第一温湿度计4湿度显示60％，关闭第二进气阀14、第三阀门13。
6.模拟过程中，当压力降低时通过高纯氮气容器21、第三进气阀20、第四阀门23进行补压，当压力升高时，通过真空泵机组19、第四阀门23进行抽空降压，使环境压力满足要求。配合第二进气阀14、第三阀门13，向金属罩6内补充水蒸气，实现湿度的微调，使得压力保持1.1个大气压，温度保持40℃、湿度保持60％。
实施例3：
1.按图1连接装置，将真空设备放入金属罩。
2.通过真空泵机组19对金属罩6进行抽空，待系统压力降至1Pa以下，此时停止抽空，封闭装置开始进行环境模拟，具体环境为模拟压力为0.9个大气压，环境温度20 ℃，湿度30％。
3.通过循环水系统8在金属罩外部通入温度20℃的循环水，通过第一温湿度计4观察金属罩6内温度，当金属罩6内的温度接稳定后。此时略微向调节循环水系统的温度，直至第一温湿度计4显示的温度稳定且为20℃，实现环境温度模拟。
4.依次通过高纯氮气容器21、第三进气阀20、第四阀门23向金属罩6供入0.9个大气压，通过薄膜压力计2监测压力。待压力环境达到0.9个大气压后，关闭第三进气阀 20。
5.使用加热器17加热盛水容器16，使其达到100℃，依次开启第二进气阀14、第三阀门13，并保证第四阀门23开启，使水蒸气进入金属罩6，当达到所需湿度达到10％后，轻微调节第四阀门23使水蒸气进入速率下降，直至第一温湿度计4湿度显示30％，关闭第二进气阀14、第三阀门13。
6.模拟过程中，当压力高于0.9个大气压时，通过真空泵机组19、第四阀门23进行抽空降压，当压力低于0.9个大气压时，通过高纯氮气容器21、第三进气阀20、第四阀门23进行补压，使环境压力满足要求。配合第二进气阀14、第三阀门13，向金属罩6 内补充水蒸气，实现湿度的微调，使得压力保持0.9个大气压，温度保持20℃、湿度保持30％。
7.观察第一温湿度计4，金属罩6内压力下降速度为100Pa/h，下降幅度较快，此时通过打开第二阀门12调节稳压罐9使其与金属罩6内(气体管路内)环境压力、环境湿度一致，此时关闭第二阀门12，开启第一进气阀7，使金属罩6与稳压罐9连通。连通后压力降幅降至20Pa/h，起到稳定真空设备外部环境的作用。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：包括用以安放所述的真空设备的金属罩、稳压罐、水蒸气发生器、干燥空气发生器和真空泵机组，在金属罩上设置有第一薄膜压力计和第一温湿度计，金属罩与循环水系统连通，金属罩通过管路与稳压罐相连通，金属罩通过管路与水蒸气发生器连通，金属罩通过管路与真空泵机组连通。
2.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：在所述金属罩表面设置有第一观察窗。
3.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：在所述金属罩与稳压罐连通的管路上设置有第一进气阀。
4.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：所述干燥空气发生器包括高纯氮气容器和第三进气阀，高纯氮气容器内的氮气纯度大于99.9％。
5.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：在所述金属罩与水蒸气发生器连通的管路上设置有第二进气阀。
6.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：所述水蒸气发生器包括水位计、盛水容器、加热器和排水阀，加热器设置于盛水容器的底部，盛水容器的一侧设置有水位计，在盛水容器的排水管路上设置有排水阀。
7.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：所述稳压罐表面设置有第二观察窗。
8.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：所述稳压罐上第二薄膜压力计和第二温湿度计，第二薄膜压力计的量程为1000torr，精度为0.5％，第二温湿度计的温度量程为-20℃～100℃，精度为±0.5℃，湿度量程为0～100％RH，精度为±3％RH。
9.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：所述第一薄膜压力计的量程为1000torr，精度为0.5％。
10.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：所述第一温湿度计的温度量程为-20℃～100℃，精度为±0.5℃，湿度量程为0～100％RH，精度为±3％RH。
11.根据权利要求1所述的一种真空设备外部环境模拟装置，其特征在于：所述真空泵机组的极限真空优于0.1Pa。
12.一种真空设备外部环境模拟方法，其特征在于，按照下列步骤进行：
步骤一、将真空设备放入金属罩内；
步骤二、通过真空泵机组对金属罩进行抽真空，使系统压力降至1Pa以下；
步骤三、通过循环水系统向金属罩外部通入循环水，通过第一温湿度计测定温度，使金属罩内温度保持环境模拟温度；
步骤四、通过高纯氮气容器向金属罩供入高纯氮气，通过薄膜压力计监测压力，使金属罩内压力环境达到环境模拟气压；
步骤五、通过加热器加热盛水容器，使其达到100℃，依次开启第二进气阀、第三阀门，并保证第四阀门开启，使水蒸气进入金属罩，使金属罩内达到环境模拟气压湿度。
步骤六、模拟过程中，当压力降低时通过高纯氮气容器、第三进气阀、第四阀门进行补压，当压力升高时，通过真空泵机组、第四阀门进行抽空降压，使环境压力满足要求，配合第二进气阀、第三阀门，向金属罩内补充水蒸气，实现湿度的微调，使得金属罩内保持压力环境模拟压力、温度及湿度。
13.根据权利要求12所述的一种真空设备外部环境模拟方法，其特征在于：所述环境模拟压力为0至1.3个大气压。
14.根据权利要求12所述的一种真空设备外部环境模拟方法，其特征在于：所述环境模拟温度为0℃至90℃。
15.根据权利要求12所述的一种真空设备外部环境模拟方法，其特征在于：所述环境模拟湿度为0％RH至100％RH。
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