CN109499627B - 一种四综合环境试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四综合环境试验装置，所述装置包括：内箱、外箱、振动台、温湿传感器、压力传感器、调温系统、调湿系统、调压系统、中央处理器；内箱置于外箱里面，将外箱分为内舱和外舱，内箱的里面为内舱，内箱和外箱之间为外舱，振动台包括台体和台面，台面安装于内舱，台体安装于外舱，温湿传感器设在内舱，压力传感器设在外舱；温湿传感器、压力传感器、调温系统、调湿系统、调压系统分别与中央处理器信号连接；调温系统和调湿系统分别通过管路与内舱连通；调压系统通过管路与外舱连通；本发明能够同时提供长时间精准控制的气压和湿度环境应力，从而实现真正的多种环境应力综合试验。

Description

一种四综合环境试验装置

技术领域

本发明涉及产品环境试验领域，更具体地，涉及一种四综合环境试验装置。

背景技术

各种材料、机电零配件、整机产品在其储存、运输和使用的过程中，都会受到各种环境应力(如温度、湿度、振动、气压、太阳辐射、风、雨、雪、霉菌、沙尘、盐雾等)的影响。环境试验箱(以下简称为试验箱)包括：恒温恒湿试验箱、交变湿热试验箱、快速温变试验箱、冷热冲击试验箱、盐雾试验箱、沙尘试验箱等，试验箱是进行各种环境应力试验，检测、验证产品的环境适应能力，评定产品的生产质量和可靠性的试验设备。

在产品的许多应用环境下，同时存在多种环境应力，需要对产品进行多种环境应力综合试验。例如：螺旋桨直升飞机机载设备、船用设备，需要做温度、湿度、正弦振动三综合环境试验；喷气式飞机机载设备，需要做温度、湿度、随机振动三综合环境试验；一般的航空机载设备，需要做温度、低气压、振动三综合环境试验。

在多种环境应力综合试验中，如果有气压环境应力，由于试验箱内外有压强差，出现两类技术难题，第一类是对振动台的影响，第二类是难以长时间精准测量和控制湿度。

第一类技术难题，对振动台的影响，目前已经有解决的方法。振动台放置在试验箱外，将振动台面放入试验箱内，振动台与试验箱之间有一个密封且绝热的接口装置，振动台采用全密封结构，通过控制台体内部的充气压力，可克服因试验箱内压力的变化而导致对振动台动圈和台体的抽吸力，从而能有效地控制振动台工作时的动圈中心位置，保证振动台正常工作。这种密封结构技术，可以应用到三综合环境试验，例如，温度、低气压、振动三综合环境试验，也可以应用到温度、湿度、振动、高度四综合环境试验，但效果欠佳。

第二类技术难题，是由于试验箱内外有压强差，难以长时间精准测量和控制试验箱内的湿度。目前，绝大多数的试验箱，采用如下技术手段测量和控制试验箱工作空间的湿度：用干湿球法测量相对湿度(也可以用电容式测湿法，但在高湿环境下，电容式湿度传感器探头容易结露，而且在高湿环境下其测量精度明显劣于干湿球法)，用加湿装置(一般是电热丝加热水，产生蒸汽)给试验箱工作空间加湿。湿球的浸泡棉纱容器，水面高度必须维持不变，用管道连通到试验箱外的大容积蓄水容器；加湿装置的水面高度也必须维持不变(加湿装置内仅有少量的水)，用管道连通到试验箱外的另一个大容积蓄水容器，足够长时间试验的用水要求。这种测量和控制湿度的方法简单实用，能够满足大多数的环境试验要求。但是，当环境试验需要同时施加气压和湿度两种环境应力时，就会出现问题：如果试验箱内的气压高于(或低于)外界气压，加湿装置以及浸泡棉纱容器的水面就会下降(或上升)，直接导致加湿装置和干湿球温湿度传感器无法正常工作。

如果把大容积蓄水容器安装在试验箱内，水面高度的问题可以解决，但是，水的热容量很大，在试验箱内储存大量的水，必然影响试验箱的温度变化速率，同时，占用试验箱有限的工作空间，更大的问题是，在快速温变试验中，经过长时间的冷浸阶段后，大容积蓄水容器内的水结成冰，快速升温后，冰来不及融化，导致加湿装置和干湿球温湿度传感器无法正常工作(在低温试验阶段，无需控制相对湿度，加湿装置和湿球传感器是不工作的)。

长期以来，国内外都有关于温度、湿度、振动、高度四综合环境试验系统的报道。但是，这些技术都有一个共同的特点，当气压和湿度两种环境应力同时出现的时候，模拟的是航空航天设备在快速降落过程中的高度以及温湿度变化情况，系统是在短时间内以最大的变化速率升压、同时以最大的变化速率加湿，而不是长时间精准地控制气压和湿度两种环境应力。例如，在国军标《GJB 150.24A-2009军用装备实验室环境试验方法第24部分：温度-湿度-振动-高度试验》的程序Ⅲ鉴定试验循环中，从“冷/干”阶段进入“热/湿”阶段，模拟的就是航空航天设备的快速降落过程。

如果要模拟长时间精准控制的气压和湿度环境应力，例如，高海拔地区的温湿环境(热气候模型的夏季高海拔地区)，高压湿热的特殊工业环境，常见的综合环境试验技术，将不再适用。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种四综合环境试验装置。

所述装置包括：内箱、外箱、振动台、温湿传感器、压力传感器、调温系统、调湿系统、调压系统、中央处理器；

内箱置于外箱里面，将外箱分为内舱和外舱，内箱的里面为内舱，内箱和外箱之间为外舱；

振动台包括台体和台面，台面安装于内舱，台体安装于外舱；

温湿传感器设在内舱，压力传感器设在外舱；

温湿传感器、压力传感器、调温系统、调湿系统、调压系统分别与中央处理器信号连接；

调温系统和调湿系统分别通过管路与内舱连通；调压系统通过管路与外舱连通。

本发明提出一种四综合环境试验装置，该装置采用内外箱结构，保持内箱和外箱的气压一致，可以同时且长时间精准控制气压和湿度，振动台安装在外舱，内舱不会对振动台动圈和台体产生抽吸力，振动台不需要采用密封结构，本发明的环境试验装置可同时提供温度(高温、低温)、湿度、低气压(海拔高度)、振动(正弦振动、随机振动)环境应力；温湿传感器、压力传感器、调温系统、调湿系统、调压系统分别与中央处理器信号连接；内舱温度和湿度变化，内舱和外舱的气压变化时，温湿传感器和压力传感器可将变化信号发送给中央处理器，中央处理器可发信号控制调湿系统、调压系统工作来调节内舱温度和湿度以及内舱外舱的气压，使之达到所需的温度、湿度和气压大小。

优选地，所述的调温系统包括低温气源和高温气源；低温气源和高温气源与中央处理器信号连接，低温气源通过带有第一电磁阀门的管路与内舱连通，高温气源通过带有第二电磁阀门的管路与内舱连通，第一电磁阀门和第二电磁阀门与中央处理器信号连接，装置通过调节电磁阀门的开关以及低温气源和高温气源的开关，来实现对内舱充入低温或高温气体，以实现内舱的温度调节。

优选地，所述的调湿系统包括抽湿装置和加湿装置；抽湿装置和加湿装置与中央处理器信号连接，抽湿装置通过带有第三电磁阀门的管路与内舱连通，第三电磁阀门与中央处理器信号连接；当内舱湿度过高时，温湿感应器发送信息给中央处理器，中央处理器发送信息打开第三电磁阀门，并启动除湿装置对内舱进行除湿，加湿装置置于内舱，并通过管路与置于外舱的储水装置连通，储水装置置于外舱从而不会影响内舱的湿度，当内舱湿度不够时通过加湿装置实现内舱加湿。

优选地，所述的调压系统包括通气口和真空设备；通气口和真空设备与中央处理器信号连接，通气口通过带有第四电磁阀门的管路与外舱连通；真空设备通过带有第五电磁阀门的管路与外舱连通，第四电磁阀门和第五电磁阀门与中央处理器信号连接；由于内舱与外舱没有密封，故当内舱气压不够时，打开通气口往舱内加气，当内舱气压过高时启动真空设备对外舱进行抽真空，以减小舱内气压。

优选地，所述的高温气源设有两个进气口，第一进气口通过带有第六电磁阀门的管路与高温气源相连；第二进气口通过管路与除湿装置相连，除湿装置通过带有第七电磁阀门的管路与高温气源相连，除湿装置、第六电磁阀门、第七电磁阀门与中央处理器信号连接，气体通过除湿装置除湿后再经过高温气源可为装置提供高温干燥的气体。

优选地，温湿传感器为干湿球温湿度传感器，可更好的完成高湿环境下的测量。

优选地，内箱为绝热材料，可避免内舱与外舱之间的热传递，从而更好的保证内舱温度的稳定性。

优选地，内箱上开有气压平衡小孔，开有小孔可使内舱和外舱的气压保持一致，气体能够从气压较高的一侧泄漏到气压较低的一侧，避免内内舱和外舱之间存在压强差。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明针对多种环境应力综合试验中，由于试验箱内外存在压强差，造成对振动台动圈和台体的抽吸力，以及难以长时间精准测量和控制湿度的技术难题，提出一种四综合环境试验装置；本发明采用内外箱结构，内箱与外箱之间，采用绝热材料隔离，但不是完全密封，留有气压平衡小孔，气体能够从气压较高的一侧泄漏到气压较低的一侧，避免内外箱之间存在压强差；外箱安装压力传感器，外箱通过带有电磁阀门的管道与真空设备连接，可按要求抽气，使得气压达到环境试验要求；振动台面安装在内箱，振动台安装在外箱，由于内箱和外箱的气压一致，内箱不会对振动台动圈和台体产生抽吸力，振动台不需要采用密封结构；本发明能够同时提供长时间精准控制的气压和湿度环境应力，从而实现真正的多种环境应力综合试验。

附图说明

图1为四综合环境试验装置示意图。

图中：1-内箱，2-外箱，3-振动台，4-温湿传感器，5-压力传感器，6-调温系统，7-调湿系统，8-调压系统，9-中央处理器，101-内舱，102-外舱，301-台体，302-台面，601-低温气源，602-高温气源，603-第一电磁阀门，604-第二电磁阀门，605-第一进气口，606-第六电磁阀门，607-除湿装置，608-第七电磁阀门，609-第二进气口，701-抽湿装置，702-加湿装置，703-第三电磁阀门，704-储水装置，801-通气口，802-真空设备，803-第四电磁阀门，804-第五电磁阀门。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

本实施例提供一种四综合环境试验装置。

如图1所示，所述装置包括：内箱1、外箱2、振动台3、温湿传感器4、压力传感器5、调温系统6、调湿系统7、调压系统8、中央处理器9；

内箱1置于外箱2里面，将外箱2分为内舱101和外舱102，内箱1的里面为内舱101，内箱1和外箱2之间为外舱102；

振动台3包括台体301和台面302，台面302安装于内舱101，台体301安装于外舱102；

温湿传感器4设在内舱101，压力传感器5设在外舱102；

温湿传感器4、压力传感器5、调温系统6、调湿系统7、调压系统8分别与中央处理器9信号连接；

调温系统6和调湿系统7分别通过管路与内舱101连通；调压系统8通过管路与外舱102连通。

所述的调温系统6包括低温气源601和高温气源602；低温气源601和高温气源602与中央处理器9信号连接，低温气源601通过带有第一电磁阀门603的管路与内舱101连通，高温气源602通过带有第二电磁阀门604的管路与内舱101连通，第一电磁阀门603和第二电磁阀门604与中央处理器9信号连接，装置通过调节电磁阀门的开关以及低温气源601和高温气源602的开关，来实现对内舱101充入低温或高温气体，以实现内舱的温度调节。

所述的调湿系统7包括抽湿装置701和加湿装置702；抽湿装置701和加湿装置702与中央处理器9信号连接，抽湿装置701通过带有第三电磁阀门703的管路与内舱101连通，第三电磁阀门703与中央处理器9信号连接；当内舱101湿度过高时，温湿感应器4发送信息给中央处理器9，中央处理器9发送信息打开第三电磁阀门703，并启动抽湿装置701对内舱进行除湿，加湿装置702置于内舱101，并通过管路与置于外舱102的储水装置704连通，储水装置704置于外舱102从而不会影响内舱101的湿度，当内舱湿度不够时通过加湿装置702实现内舱101的加湿。

所述的调压系统8包括通气口801和真空设备802；通气口801和真空设备802与中央处理器9信号连接，通气口801通过带有第四电磁阀门803的管路与外舱102连通；真空设备802通过带有第五电磁阀门804的管路与外舱102连通，第四电磁阀门803和第五电磁阀门804与中央处理器9信号连接；由于内舱101与外舱102没有密封，故当内舱101气压不够时，打开通气口801往舱内加气，当内舱101气压过高时启动真空设备802对外舱102进行抽真空，以减小舱内气压。

所述的高温气源602设有两个进气口，第一进气口605通过带有第六电磁阀门606的管路与高温气源602相连；第二进气口609通过管路与除湿装置607相连，除湿装置607通过带有第七电磁阀门608的管路与高温气源602相连，除湿装置607、第六电磁阀门606、第七电磁阀门608与中央处理器9信号连接，气体通过除湿装置607除湿后再经过高温气源602可为装置提供高温干燥的气体。

温湿传感器4为干湿球温湿度传感器，可更好的完成高湿环境下的测量。

内箱1为绝热材料，可避免内舱与外舱之间的热传递，从而更好的保证内舱101温度的稳定性。

内箱1上开有气压平衡小孔，开有小孔可使内舱和外舱的气压保持一致，气体能够从气压较高的一侧泄漏到气压较低的一侧，避免内内舱101和外舱102之间存在压强差。

在具体实施过程为：在环境试验中，将样品安放在内舱101，内舱101与外舱102之间，采用绝热材料隔离，但不是完全密封，气体能够从气压较高的一侧泄漏到气压较低的一侧，避免内外舱之间存在压强差；内箱1、外箱2的尺寸，根据试验箱的功能需求、环境应力的组合方式以及环境应力的变化范围确定；外箱2壁的机械强度能够承受试验箱与外界气压差造成的机械形变力。

根据环境试验要求，控制内舱101的温湿度环境，干湿球温湿度传感器实时监测内舱101的温湿度；当需要提供低气压环境应力时，真空设备802对外舱102抽气，根据压力传感器的实时测量值，通过中央处理器9控制第五电磁阀门804的开启度以及真空设备802抽气速率，使得环境试验工作空间的气压满足试验要求；在环境试验进行中，低温(高温)气源连续送气，外舱102与外界之间也可能有少量的漏气，真空设备802需要不断抽气，维持气压动态平衡。

振动台3的台面302安装在内舱101，台架302安装在外舱102，由于内舱101和外舱102的气压一致，内舱101不会对振动台动圈和台架302产生抽吸力，振动台3不需要采用密封结构；如需进行振动试验，样品安放在内舱101的振动台面301上。

选择调节低温气源601或高温气源602送气，使环境试验工作空间降温或升温；选择调节调温系统6、调湿系统7，使环境试验工作空间维持符合要求的湿度(常温高温环境下才需要控制湿度)。

在降温及维持低温试验阶段，开启第一电磁阀门603，关闭第二电磁阀门604，低温气源601送冷气到环境试验工作区(低温试验阶段一般不需要控制湿度)；在升温及维持高温试验阶段，开启第二电磁阀门604，关闭第一电磁阀门603，高温气源602送气到环境试验工作区，根据温湿度实时测量值，开启或关闭调温系统6和调湿系统7，给环境试验工作区提供湿热、干热空气。

在低压试验阶段，由于外界气压高于箱体内部，只要开启第一电磁阀门603(或第二电磁阀门604)，低温(高温)气体自动流入环境试验工作区；在常压试验阶段，开启第一电磁阀门603(或第二电磁阀门604)，开启送风，将低温气源601(高温气源602)气体送入环境试验工作区，同时开启第四电磁阀门803，使箱体内部与外界相通，保持箱体内部处于常压状态。

在温湿常压试验阶段，相对湿度需要控制在95％，如果环境试验工作区湿度太高，开启第三电磁阀门703，使用抽湿装置701快速抽湿；在热干低压试验阶段，关闭第三电磁阀门703，抽湿装置701不工作，此阶段不需要精准控制相对湿度，仅要求控制相对湿度在30％以下，开启第七电磁阀门608，关闭第六电磁阀门607，对进入高温气源602的气体预先除湿，保障给环境试验工作区提供相对湿度在30％以下的热干空气。

在低压维持温度试验阶段，外界气压高于箱体内部，自动流入箱体内部的气体因自由膨胀，温度有所下降，根据外界气压与箱体内部压差，估算因气体自由膨胀所导致的温度下降值，适当调整高温气源(或低温气源)的温度，使得有利于稳定维持环境试验工作区温度。

本发明不仅可以应用到常见的低气压多种环境应力综合试验(高海拔地区的自然环境都是低气压，航空航天环境接近真空)，只要将外箱壁的承压力学结构按内部高压外部低压设计，把抽气的真空设备802改为充气设备，把常压高温气源602改为高压高温气源，常压低温气源601改为高压低温气源，就可以应用到高气压多种环境应力综合试验(例如，高压湿热的某些特殊工业环境)。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四综合环境试验装置，其特征在于，所述装置包括：内箱(1)、外箱(2)、振动台(3)、温湿传感器(4)、压力传感器(5)、调温系统(6)、调湿系统(7)、调压系统(8)、中央处理器(9)；

内箱(1)置于外箱(2)里面，将外箱(2)分为内舱(101)和外舱(102)，内箱(1)的里面为内舱(101)，内箱(1)和外箱(2)之间为外舱(102)；

振动台(3)包括台体(301)以及设置于台体(301)上的台面(302)，台面(302)安装于内舱(101)，台体(301)安装于外舱(102)；

温湿传感器(4)设在内舱(101)，压力传感器(5)设在外舱(102)；

温湿传感器(4)、压力传感器(5)、调温系统(6)、调湿系统(7)、调压系统(8)分别与中央处理器(9)信号连接；

调温系统(6)和调湿系统(7)分别通过管路与内舱(101)连通；调压系统(8)通过管路与外舱(102)连通。

2.根据权利要求1所述的四综合环境试验装置，其特征在于，所述的调温系统(6)包括低温气源(601)和高温气源(602)；低温气源(601)和高温气源(602)与中央处理器(9)信号连接，低温气源(601)通过带有第一电磁阀门(603)的管路与内舱(101)连通，高温气源(602)通过带有第二电磁阀门(604)的管路与内舱(101)连通，第一电磁阀门(603)和第二电磁阀门(604)与中央处理器(9)信号连接。

3.根据权利要求2所述的四综合环境试验装置，其特征在于，所述的高温气源(602)设有两个进气口，第一进气口(605)通过带有第六电磁阀门(606)的管路与高温气源(602)相连；第二进气口(609)通过管路与除湿装置(607)相连，除湿装置(607)通过带有第七电磁阀门(608)的管路与高温气源(602)相连，除湿装置(607)、第六电磁阀门(606)、第七电磁阀门(608)与中央处理器(9)信号连接。

4.根据权利要求1所述的四综合环境试验装置，其特征在于，所述的调湿系统(7)包括抽湿装置(701)和加湿装置(702)；抽湿装置(701)和加湿装置(702)与中央处理器(9)信号连接，抽湿装置(701)通过带有第三电磁阀门(703)的管路与内舱(101)连通；加湿装置(702)置于内舱(101)，并通过管路与置于外舱(102)的储水装置(704)连通，第三电磁阀门(703)与中央处理器(9)信号连接。

5.根据权利要求1所述的四综合环境试验装置，其特征在于，所述的调压系统(8)包括通气口(801)和真空设备(802)；通气口(801)和真空设备(802)均与中央处理器(9)信号连接，通气口(801)通过带有第四电磁阀门(803)的管路与外舱(102)连通；真空设备(802)通过带有第五电磁阀门(804)的管路与外舱(102)连通，第四电磁阀门(803)和第五电磁阀门(804)与中央处理器(9)信号连接。

6.根据权利要求1所述的四综合环境试验装置，其特征在于，温湿传感器(4)为干湿球温湿度传感器。

7.根据权利要求1所述的四综合环境试验装置，其特征在于，内箱(1)的箱壁为绝热材料结构。

8.根据权利要求1所述的四综合环境试验装置，其特征在于，内箱(1)上开有气压平衡小孔。

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