CN113515157A - 一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备 - Google Patents

一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，包括干盐雾发生系统、空气调节系统、混合室、试验室和电控柜，所述环境试验装备根据混合前后含盐量和水分含量守恒的原理，获得所述试验室内环境参数、所述干盐雾发生系统内干盐雾环境参数、所述空气调节系统内调节空气的环境参数之间的盐雾浓度关系式和相对湿度关系式，确定所述试验室内所需的环境试验参数后，通过所述盐雾浓度关系式和所述相对湿度关系式获得所述干盐雾发生系统内所需设定的温度参数和相对湿度参数，以及所述空气调节系统内所需设定的温度参数和相对湿度参数；同时设备还可通过监测数据的偏差反馈调节干盐雾发生系统和空气调节系统，实现试验室环境达到动态平衡。

Description

一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备
技术领域
本发明涉及一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备。
背景技术
盐雾试验是常用的金属材料耐蚀性评价方法。现在的开展盐雾试验的盐雾箱是利用压缩空气将溶液打成细雾通入到试验箱中，生成的盐雾具有浓度高、相对湿度大的特点，对金属材料有很快的加速作用。利用盐雾试验针对电器设备开展环境适应性研究时，因为现有的试验设备和方法有很快的加速作用，造成电器设备不同零部件很快发生严重的腐蚀现象，引发设备的失效，但却无法复现电器设备在实际使用过程中可能出现的不同类型的故障。
再者，现有的盐雾箱进行盐雾试验时相对湿度很高，且盐雾和湿度两者无法协同控制，与被检测设备实际服役环境有较大差别，因为环境存在明显差别，故利用现有的盐雾箱得到的盐雾试验结果去评价设备的环境适应性，可能失去了参考意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，可以将盐雾浓度和相对湿度协同控制，使盐雾试验室可以模拟被测设备的实际服役环境，并可以模拟与实际服役环境相关联的合适的、科学的加速倍数，复现被测设备服役过程中可能出现的故障问题，使盐雾试验的数据更加具有理论指导和参考意义。
本发明的技术方案如下：
一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，所述环境试验装备包括干盐雾发生系统、空气调节系统、混合室、试验室和电控柜，所述干盐雾发生系统是一个腔室，包括干雾发生器、第一温度调节模组和第一湿度调节模组，所述干雾发生器将盐颗粒研磨成粒径为微米级的干盐气溶胶颗粒，通过所述第一温度调节模组和第一湿度调节模组调节至所述干盐雾发生系统设定的温度和相对湿度，然后将所述干盐气溶胶颗粒通入到所述混合室；所述空气调节系统也是一个腔室，包括第二温度调节模组和第二湿度调节模组，用于将所述空气调节系统内部的空气调节至设定的温度和相对湿度，然后通入所述混合室；所述混合室用于将内部的所述干盐气溶胶颗粒和通入的调节空气混合均匀后，通入所述的试验室；所述试验室用于开展环境试验，并且所述试验室内设置有监测盐雾浓度、相对湿度和温度的传感器；所述电控柜用于控制所述干盐雾发生系统、所述空气调节系统、所述混合室和所述试验室内器件的运行；
所述环境试验装备根据混合前后含盐量和水分含量守恒的原理，获得所述试验室内环境参数、所述干盐雾发生系统内干盐雾环境参数、所述空气调节系统内调节空气的环境参数之间的盐雾浓度关系式和相对湿度关系式，确定所述试验室内所需的环境试验参数后，通过所述盐雾浓度关系式和所述相对湿度关系式获得所述干盐雾发生系统内所需设定的温度参数和相对湿度参数，以及所述空气调节系统内所需设定的温度参数和相对湿度参数。
本发明还具有以下优选设计：
所述干盐雾发生系统与所述混合室之间通过可调节流量的第一送风装置连通，所述空气调节系统与所述混合室之间通过可调节流量的第二送风装置连通，所述混合室与所述试验室之间通过可调节流量的第三送风装置连通。
所述干雾发生器包括相连通的进盐管和研磨腔，所述研磨腔内安装由伺服电机驱动的研磨刀，且所述研磨腔设有一个与所述干盐雾发生系统的腔室连通的出口，所述出口处安装有过滤网和可调节流量的第四送风装置，通过所述第四送风装置将研磨形成的所述干盐气溶胶颗粒通入所述干盐雾发生系统的腔室内。
本发明的第一至第四送风装置可设置自动的开关和流量调节元器件，实现开关和流量的自动控制。干盐雾发生系统可以通过控制盐颗粒的添加量、伺服电机控制研磨刀的功率来调节盐雾浓度。
本发明所述混合室通入所述试验室内的气体流量＝所述干盐雾发生系统通入所述混合室的流量＋所述空气调节系统通入所述混合室的流量之和，保持所述混合室内的压力。
本发明的所述试验室内设置有保持所述试验室内压力的排气装置。
所述干盐雾发生系统内的设定温度和所述空气调节系统内的设定温度均等于所述试验室内所需的测试环境温度，当所述干盐雾发生系统内的温度和所述空气调节系统内的温度达到设定温度后，再通入所述混合室。
作为本发明一种可行的实施方式：所述试验室内环境参数、所述干盐雾发生系统内干盐雾环境参数、所述空气调节系统内调节空气的环境参数之间的盐雾浓度关系式和相对湿度关系式如下：
Figure 868711DEST_PATH_IMAGE001
其中：C为试验室内需要控制的盐雾浓度；
Figure 403598DEST_PATH_IMAGE002
为混合前盐雾气氛的NaCl浓度，g/m3；
Figure 251468DEST_PATH_IMAGE003
为混合前干盐雾气氛体积；
Figure 989748DEST_PATH_IMAGE004
为混合前调节空气的体积；RH为混合后的相对湿度，
Figure 276373DEST_PATH_IMAGE005
为混合前干盐雾气氛的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3；
Figure 915034DEST_PATH_IMAGE006
为混合前调节空气的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3；
Figure 261701DEST_PATH_IMAGE007
为混合前干盐雾气氛的相对湿度；
Figure 487277DEST_PATH_IMAGE008
为混合前调节空气的相对湿度；
Figure 623598DEST_PATH_IMAGE009
为混合前干盐雾气氛中NaCl液滴中NaCl的质量分数；
Figure 116765DEST_PATH_IMAGE010
为混合后盐雾气氛中NaCl液滴中NaCl的质量分数；
Figure 385067DEST_PATH_IMAGE011
为混合后混合空气的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3。
进一步地，所述试验室内通过盐雾激光监测传感器获得的盐雾浓度监测值与通过所述盐雾浓度关系式计算获得的盐雾浓度理论值对比，根据所述盐雾浓度监测值和所述盐雾浓度理论值的比值获得修正系数α，获得保持所述试验室内盐雾浓度的修正关系式：
Figure 658791DEST_PATH_IMAGE012
然后结合所述相对湿度关系式
Figure 287219DEST_PATH_IMAGE013
调节所述空气调节系统的相对湿度和通入所述混合室的空气流量，使试验室内的盐雾浓度和相对湿度达到动态平衡。
其中，所述试验室内盐雾浓度和相对湿度动态平衡的调节过程中，使通入所述混合室的干盐雾气氛的浓度和相对湿度不变，调节从所述干盐雾发生系统通入混合室的流量以及从所述空气调节系统通入所述混合室的流量二者的比值以及调节空气的相对湿度，获得所述试验室所需的测试环境参数。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明解决了现有的盐雾试验设备盐雾浓度和相对湿度无法协同控制的难题，使得试验箱内的环境更加接近实际的环境特点；同时控制试验箱内模拟环境的严酷度，获取合适的加速倍数，复现电器设备服役时可能出现的故障问题，以满足电器设备环境适应性试验的要求。
2.本发明考虑到盐雾在传播过程中会发生一定损耗，使得试验箱实际环境与理论计算值有所偏差，通过试验室内传感器监测到的盐雾浓度数据与理论值对比分析，根据两者的比值得到修正系数，将修正系数加入到干盐雾、调节空气、混合空气参数的关联关系式中进行修正，进而通过新的关联关系式控制相关参数使试验室达到需要的环境特点，实现试验室内环境的动态平衡。
3.本发明的控制方法简单，易于实现自动化，控制干盐雾气氛的浓度和相对湿度不变，只用控制调节空气的相对湿度以及调节空气和干盐雾气氛的流量比即可得到试验室需要的环境参数。
附图说明
图1本发明一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备的工作原理图；
图2是图1中干雾发生器的原理图。
附图标记说明：
1-干盐雾发生系统，2-空气调节系统，3-混合室，4-试验室，51-第一温度调节模组，52-第二温度调节模组；61-第一湿度调节模组，62-第二湿度调节模组，7-盐雾激光监测传感器，8-电控柜，9-送风装置，91-第一送风装置，92-第二送风装置，93-第三送风装置，94-第四送风装置，10-干雾发生器，11-进盐管，12-研磨刀，13-伺服电机，14-过滤网。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细说明本发明的技术方案，以便本领域普通技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案。
如图1和图2所示，一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，环境试验装备包括干盐雾发生系统1、空气调节系统2、混合室3、试验室4和电控柜8，干盐雾发生系统1是一个腔室，包括干雾发生器10、第一温度调节模组51和第一湿度调节模组61，干雾发生器10将盐颗粒研磨成粒径为微米级的干盐气溶胶颗粒，通过第一温度调节模组51和第一湿度调节模组61调节至干盐雾发生系统1设定的温度和相对湿度，然后将干盐气溶胶颗粒通入到混合室3；空气调节系统2也是一个腔室，包括第二温度调节模组52和第二湿度调节模组62，用于将空气调节系统2内部的空气调节至设定的温度和相对湿度，然后通入混合室3；混合室3用于将内部的干盐气溶胶颗粒和通入的调节空气混合均匀后，通入试验室4；试验室4用于开展环境试验，并且试验室4内设置有监测盐雾浓度、相对湿度和温度的传感器，包括盐雾激光监测传感器7以及温湿度传感器；电控柜8用于控制干盐雾发生系统1、空气调节系统2、混合室3和试验室4内器件的运行；
环境试验装备根据混合前后含盐量和水分含量守恒的原理，获得试验室4内环境参数、干盐雾发生系统1内干盐雾环境参数、空气调节系统2内调节空气的环境参数之间的盐雾浓度关系式和相对湿度关系式，确定试验室4内所需的环境试验参数后，通过所述盐雾浓度关系式和所述相对湿度关系式获得所述干盐雾发生系统1内所需设定的温度参数和相对湿度参数，以及所述空气调节系统2内所需设定的温度参数和相对湿度参数。
作为优选实施例：
干盐雾发生系统1与混合室3之间通过可调节流量的第一送风装置91连通，空气调节系统2与混合室3之间通过可调节流量的第二送风装置92连通，混合室3与试验4室之间通过可调节流量的第三送风装置93连通。
如图2所示，干雾发生器10包括相连通的进盐管11和研磨腔，所述研磨腔内安装由伺服电机13驱动的研磨刀12，且所述研磨腔设有一个与干盐雾发生系统1的腔室连通的出口，所述出口处安装有过滤网14和可调节流量的第四送风装置94，通过第四送风装置94将研磨形成的所述干盐气溶胶颗粒通入干盐雾发生系统1的腔室内。
第一至第四送风装置是同种结构类型的送风装置9，可设置自动的开关和流量调节元器件，实现开关和流量的自动控制。干盐雾发生系统1可以通过控制盐颗粒的添加量、伺服电机13控制研磨刀12的功率来调节盐雾浓度。
混合室3通入试验室4内的气体流量＝干盐雾发生系统1通入混合室3的流量＋空气调节系统2通入混合室3的流量之和，保持所述混合室3内的压力。
试验室4内设置有保持所述试验室4内压力的排气装置。
干盐雾发生系统1内的设定温度和空气调节系统2内的设定温度均等于试验室4内所需的测试环境温度，当干盐雾发生系统1内的温度和空气调节系统2内的温度达到设定温度后，再通入混合室3。
试验室4内环境参数、干盐雾发生系统1内干盐雾环境参数、空气调节系统2内调节空气的环境参数之间的盐雾浓度关系式和相对湿度关系式如下：
Figure 136357DEST_PATH_IMAGE014
其中：C为试验室内需要控制的盐雾浓度；
Figure 762510DEST_PATH_IMAGE015
为混合前盐雾气氛的NaCl浓度，g/m3；
Figure 211946DEST_PATH_IMAGE016
为混合前干盐雾气氛体积；
Figure 627753DEST_PATH_IMAGE017
为混合前调节空气的体积；RH为混合后的相对湿度，
Figure 846245DEST_PATH_IMAGE018
为混合前干盐雾气氛的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3；
Figure 643299DEST_PATH_IMAGE019
为混合前调节空气的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3；
Figure 65185DEST_PATH_IMAGE020
为混合前干盐雾气氛的相对湿度；
Figure 300994DEST_PATH_IMAGE021
为混合前调节空气的相对湿度；
Figure 311675DEST_PATH_IMAGE022
为混合前干盐雾气氛中NaCl液滴中NaCl的质量分数；
Figure 591216DEST_PATH_IMAGE023
为混合后盐雾气氛中NaCl液滴中NaCl的质量分数；
Figure 749665DEST_PATH_IMAGE024
为混合后混合空气的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3。
考虑到盐雾在传播过程中会发生一定损耗，使得试验室4实际环境与理论计算值有所偏差，试验室4内通过盐雾激光监测传感器7获得的盐雾浓度监测值与通过所述盐雾浓度关系式计算获得的盐雾浓度理论值对比，根据所述盐雾浓度监测值和所述盐雾浓度理论值的比值获得修正系数α，获得保持所述试验室内盐雾浓度的修正关系式：
Figure 8739DEST_PATH_IMAGE025
然后结合所述相对湿度关系式
Figure 139506DEST_PATH_IMAGE026
调节所述空气调节系统的相对湿度和通入所述混合室的空气流量，使试验室内的盐雾浓度和相对湿度达到动态平衡。
试验室4内盐雾浓度和相对湿度动态平衡的调节过程中，使通入混合室3的干盐雾气氛的浓度和相对湿度不变，调节从干盐雾发生系统1通入混合室3的流量以及从空气调节系统2通入混合室3的流量二者的比值，获得试验室4所需的测试环境参数。
试验案例1：
环境试验设备工作时，固定干盐雾浓度为3000mg/m3，相对湿度为40%。设定试验室要求环境参数:温度为35℃，相对湿度为80%，盐雾浓度为500mg/m3。利用公式1和公式2计算可得，调节空气的相对湿度应设置为88%，干盐雾气氛和调节空气体积比为1：5。启动环境试验设备时，设备首先利用干盐雾发生系统1产生固定浓度为4000mg/m3的干盐雾气氛，干盐雾发生系统1内，利用第一温度调节模组51将温度控制为35℃，利用第一湿度调节模组61调节相对湿度为40%；同时利用空气调节系统2的第二温度控制模组52将调节空气的温度设置为35℃，利用第二湿度调节模组62调节空气的相对湿度应设置为88%。利用第一送风装置91和第二送风装置92控制干盐雾气氛和调节空气的流量比为1：5，并通入到混合室3中，混合室3混合均匀后利用第三送风装置93将混合气体通入到试验室4。利用盐雾激光监测传感器7，以及温度和湿度传感器等，实时监测试验室内的盐雾浓度、温度和相对湿度，10min内试验室4的盐雾浓度已经达到稳定值，为450mg/m3；相对湿度稳定在80%±1%；盐雾浓度偏离试验要求的浓度，利用设备系统的反馈调节功能，根据盐雾浓度监测结果，计算得到修正系数为0.9，根据公式3和公式2，改变调节空气的相对湿度和流量，通过不断迭代进行反馈调整，最终使得试验室内的环境达到动态平衡。
试验案例2：
采用和试验案例1相同的环境试验设备，同样固定干盐雾浓度为3000mg/m3，相对湿度为40%。当试验要求的环境为温度40℃，相对湿度为85%，盐雾浓度为600mg/m3。根据公式1和公式2计算得到调节空气的相对湿度应控制为96%，干盐雾气氛流量和调节空气流量的比例为1：4。
启动环境试验设备时，设备首先利用干盐雾发生系统1产生固定浓度为4000mg/m3的干盐雾气氛，干盐雾发生系统内，利用第一温度调节模组51将温度控制为40℃，利用第一湿度调节模组61调节相对湿度为40%；同时利用空气调节系统2的第二温度控制模组52将内部的调节空气的温度设置为40℃，利用第二湿度控制模组将调节空气的相对湿度应设置为96%。利用第一送风装置91和第二送风装置92控制干盐雾气氛和调节空气的流量比为1：4，并通入到混合室3中，混合室3混合均匀后利用第三送风装置93将混合气体通入到试验室4。利用盐雾激光监测传感器7以及温湿度监测探头实时监测试验室内的盐雾浓度、温度和相对湿度，10min内试验室的盐雾浓度已经达到稳定值，为530mg/m3；相对湿度稳定在85%±1%；盐雾浓度偏离试验要求的浓度，利用设备系统的反馈调节功能，根据盐雾浓度监测结果，计算得到修正系数为0.88，根据公式3和公式2，改变调节空气的相对湿度和流量，通过不断迭代地反馈调整，最终使得试验室内的环境达到动态平衡。
上述实施例仅是本发明较优实施例，但并不能作为对发明的限制，任何基于本发明构思基础上作出的变型和改进，均应落入到本发明保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载为准。

Claims (9)

1.一种盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于，所述环境试验装备包括干盐雾发生系统、空气调节系统、混合室、试验室和电控柜，所述干盐雾发生系统是一个腔室，包括干雾发生器、第一温度调节模组和第一湿度调节模组，所述干雾发生器将盐颗粒研磨成粒径为微米级的干盐气溶胶颗粒，通过所述第一温度调节模组和第一湿度调节模组调节至所述干盐雾发生系统设定的温度和相对湿度，然后将所述干盐气溶胶颗粒通入到所述混合室；所述空气调节系统也是一个腔室，包括第二温度调节模组和第二湿度调节模组，用于将所述空气调节系统内部的空气调节至设定的温度和相对湿度，然后通入所述混合室；所述混合室用于将内部的所述干盐气溶胶颗粒和通入的调节空气混合均匀后，通入所述的试验室；所述试验室用于开展环境试验，并且所述试验室内设置有监测盐雾浓度、相对湿度和温度的传感器；所述电控柜用于控制所述干盐雾发生系统、所述空气调节系统、所述混合室和所述试验室内器件的运行；
所述环境试验装备根据混合前后含盐量和水分含量守恒的原理，获得所述试验室内环境参数、所述干盐雾发生系统内干盐雾环境参数、所述空气调节系统内调节空气的环境参数之间的盐雾浓度关系式和相对湿度关系式，确定所述试验室内所需的环境试验参数后，通过所述盐雾浓度关系式和所述相对湿度关系式获得所述干盐雾发生系统内所需设定的温度参数和相对湿度参数，以及所述空气调节系统内所需设定的温度参数和相对湿度参数。
2.根据权利要求1所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于，所述干盐雾发生系统与所述混合室之间通过可调节流量的第一送风装置连通，所述空气调节系统与所述混合室之间通过可调节流量的第二送风装置连通，所述混合室与所述试验室之间通过可调节流量的第三送风装置连通。
3.根据权利要求2所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于：所述干雾发生器包括相连通的进盐管和研磨腔，所述研磨腔内安装由伺服电机驱动的研磨刀，且所述研磨腔设有一个与所述干盐雾发生系统的腔室连通的出口，所述出口处安装有过滤网和可调节流量的第四送风装置，通过所述第四送风装置将研磨形成的所述干盐气溶胶颗粒通入所述干盐雾发生系统的腔室内。
4.根据权利要求3所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于：所述混合室通入所述试验室内的气体流量＝所述干盐雾发生系统通入所述混合室的流量＋所述空气调节系统通入所述混合室的流量之和，保持所述混合室内的压力。
5.根据权利要求4所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于：所述试验室内设置有保持所述试验室内压力的排气装置。
6.根据权利要求5所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于：所述干盐雾发生系统内的设定温度和所述空气调节系统内的设定温度均等于所述试验室内所需的测试环境温度，当所述干盐雾发生系统内的温度和所述空气调节系统内的温度达到设定温度后，再通入所述混合室。
7.根据权利要求6所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于：所述试验室内环境参数、所述干盐雾发生系统内干盐雾环境参数、所述空气调节系统内调节空气的环境参数之间的盐雾浓度关系式和相对湿度关系式如下：
Figure 940831DEST_PATH_IMAGE001
其中：C为试验室内需要控制的盐雾浓度；
Figure 481534DEST_PATH_IMAGE002
为混合前盐雾气氛的NaCl浓度，g/m3；
Figure 272527DEST_PATH_IMAGE003
为混合前干盐雾气氛体积；
Figure 670010DEST_PATH_IMAGE004
为混合前调节空气的体积；RH为混合后的相对湿度，
Figure 211981DEST_PATH_IMAGE005
为混合前干盐雾气氛的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3；
Figure 353112DEST_PATH_IMAGE006
为混合前调节空气的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3；
Figure 162674DEST_PATH_IMAGE007
为混合前干盐雾气氛的相对湿度；
Figure 668742DEST_PATH_IMAGE008
为混合前调节空气的相对湿度；
Figure 947277DEST_PATH_IMAGE009
为混合前干盐雾气氛中NaCl液滴中NaCl的质量分数；
Figure 642831DEST_PATH_IMAGE010
为混合后盐雾气氛中NaCl液滴中NaCl的质量分数；
Figure 57632DEST_PATH_IMAGE011
为混合后混合空气的饱和绝对湿度，与温度有关，单位为g/m3。
8.根据权利要求7所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于：所述试验室内通过盐雾激光监测传感器获得的盐雾浓度监测值与通过所述盐雾浓度关系式计算获得的盐雾浓度理论值对比，根据所述盐雾浓度监测值和所述盐雾浓度理论值的比值获得修正系数α，获得保持所述试验室内盐雾浓度的修正关系式：
Figure 311765DEST_PATH_IMAGE012
然后结合所述相对湿度关系式
Figure 749699DEST_PATH_IMAGE013
调节所述空气调节系统的相对湿度和通入所述混合室的空气流量，使试验室内的盐雾浓度和相对湿度达到动态平衡。
9.根据权利要求8所述的盐雾浓度和相对湿度协同控制的环境试验装备，其特征在于：所述试验室内盐雾浓度和相对湿度动态平衡的调节过程中，使通入所述混合室的干盐雾气氛的浓度和相对湿度不变，调节从所述干盐雾发生系统通入混合室的流量以及从所述空气调节系统通入所述混合室的流量二者的比值以及调节空气的相对湿度，获得所述试验室所需的测试环境参数。
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