CN117943139A - 一种恒温恒湿压力容器及其温湿控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温湿度控制的技术领域,公开了一种恒温恒湿压力容器及其温湿控制方法,设计包括测试容器、用于调节所述测试容器内部湿度的蒸汽发生容器以及用于控制所述测试容器内部温湿度的温湿控制系统,所述测试容器与所述蒸汽发生容器之间通过管道连通,所述温湿控制系统包括检测元件、加热元件以及PID控制器,所述检测元件包括第一温度传感器和第二温度传感器,所述加热元件包括第一加热器和第二加热器,所述第一温度传感器设于所述测试容器内,测试容器与蒸汽发生容器中均通过PID控制器进行单独控制,在测试容器内PID控制器能有效的控制测试容器内温度的稳定,实现饱和蒸汽的稳定生成,能进一步的确保湿度更加精准稳定的控制。
Description
技术领域
本发明涉及温湿度控制的技术领域,尤其涉及一种恒温恒湿压力容器及其温湿控制方法。
背景技术
据统计报告显示,环境应力导致的电子产品故障数据中,低气压占2%、盐雾占4%、沙尘占6%、振动占28%、而温湿度却占了高达60%,所以温湿度对于电子产品的影响特别显著,因此电子产品的测试中强加速稳态湿热试验是一种检测电子产品的强有力手段。
强加速稳态湿热试验(HAST)通过施加严酷的温度、湿度和偏置条件来加速潮气穿透外部保护材料或外部保护材料和金属导体的交接面,从而用于评价非气密封装半导体器件在潮湿环境下的可靠性。该实验需要一台连续保持规定的温度和相对湿度的压力容器,且在上升到规定的实验环境和从规定的试验环境下降过程中,压力容器能够提供受控的压力、温度和相对湿度条件。而目前的温湿控制设备存在升温时间长、湿度偏差大设备维护麻烦、成本高等缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种恒温恒湿压力容器及其温湿控制方法,以解决现有设备温湿控制效果差等问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种恒温恒湿压力容器及其温湿控制方法,包括测试容器、用于调节所述测试容器内部湿度的蒸汽发生容器以及用于控制所述测试容器内部温湿度的温湿控制系统,所述测试容器与所述蒸汽发生容器之间通过管道连通,所述温湿控制系统包括检测元件、加热元件以及PID控制器,所述检测元件包括第一温度传感器和第二温度传感器,所述加热元件包括第一加热器和第二加热器,所述第一温度传感器设于所述测试容器内,所述第二温度传感器设于所述蒸汽发生容器内,所述第一加热器设于所述测试容器内,所述第二加热器设于所述蒸汽发生容器内。
所述测试容器包括容器桶壁与容器内胆,所述容器内胆设于所述容器桶壁内,所述容器内胆与所述容器桶壁同轴设置并保持相对固定,通过容器内胆与容器桶壁的双层设计增强测试容器的保温效果,同时在进行电子产品检测试验时容器内胆还用于防止饱和蒸汽对被检测电子产品直接冲击。
所述蒸汽混合装置包括弹性桶卷与电磁铁,所述弹性桶卷为圆筒状,所述弹性桶卷置于所述容器内胆与所述容器桶壁之间,所述电磁铁设于所述容器桶壁外部与所述容器桶壁固定连接,所述容器桶壁的外部均匀环布有多个所述电磁铁。
在靠近所述管道与所述容器桶壁的连接位置处所述弹性桶卷通过底部连接条与所述容器桶壁固定连接。
具体的,所述容器内胆上开设有若干连通孔,若干所述连通孔在所述容器内胆上均匀环布。
所述容器内胆包括圆弧状的第一内胆壳体和直板状的第二内胆壳体,圆弧状的所述第一内胆壳体与所述容器桶壁同轴,直板状的所述第二内胆壳体与所述弹性桶卷之间形成加热腔室。
进一步的,所述的一种恒温恒湿压力容器的温湿控制方法,包括如下控制方法:
S1、先设定测试容器内的干球温度和相对湿度,再生成饱和蒸汽,蒸汽发生容器内置第二加热器和第二温度传感器,通过第二加热器加热去离子水产生饱和蒸汽,饱和蒸汽温度通过PID控制器进行过程控温,控温后的饱和蒸汽顺着管道流入测试容器中对测试容器内进行加湿;
S2、测试容器中的第一加热器对饱和蒸汽二次加热,测试容器内置第一加热器和第一温度传感器,对流入测试容器中的饱和蒸汽加热到测试容器内设定的干球温度,干球温度通过PID过程控温;
S3、测试容器内相对湿度计算,根据测试容器内规定的温度和相对湿度通过计算可以得出蒸汽发生容器内饱和蒸汽的相应湿球温度值,通过对测试容器内的温度以及蒸汽发生容器内的饱和蒸汽温度进行控制从而控制测试容器内的相对湿度。
所述步骤S2具体包括如下步骤;
S21、进行区域加湿,过测试容器与管道的连接位置将测试容器分为相等的两个区域,控制测试容器一侧区域的电磁铁通电另一侧的电磁铁不通电,测试容器从一侧区域进行加湿,经过PID控制器控温的饱和蒸汽通过管道进入到第二内胆壳体与弹性桶卷之间形成加热腔室,在加热腔室内经过第一加热器进行升温,升温后的蒸汽从测试容器电磁铁通电一侧的连通孔位置进入到测试容器内部;
S22、对测试容器内两个区域的电磁铁通电状态进行定时切换,切换后对测试容器内的加湿区域改变,通过两个加湿区域的定时切换来完成测试容器内的均匀加湿;
S23、分区定时加湿与蒸汽定时混合相互配合,分区定时加湿进行5到8分钟后进行蒸汽定时混合2-3分钟,通过测试容器内的蒸汽混合装置的循环控制来实现蒸汽的进一步混合。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明采用蒸汽发生容器与测试容器分开设置,两容器之间用管道连接,蒸汽发生容器内产生饱和蒸汽后再将高湿度蒸汽通入到测试容器中对测试容器进行加湿,能有效避免高热饱和水蒸汽对被检测半导体元件造成的直接冲击。
2、本发明的测试容器与蒸汽发生容器中均通过PID控制器进行单独控制,在测试容器内PID控制器能有效的控制测试容器内温度的稳定,实现测试容器内的恒温,而在蒸汽发生器中,蒸汽的温度也通过饱和蒸汽控制实现饱和蒸汽的稳定生成,能进一步的确保湿度更加精准稳定的控制。
3、本发明的测试容器能在不影响湿度监测的条件下实现测试容器内温度和湿度的均匀分布从而实现恒温恒湿。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明图1中A-A处剖视图;
图3为本发明图1中B处放大图;
图4为本发明中测试容器中蒸汽混合装置的第一位置状态图;
图5为本发明中测试容器中蒸汽混合装置的第二位置状态图;
图6为本发明中测试容器中蒸汽混合装置的第三位置状态图;
图7为本发明中测试容器中蒸汽混合装置的第四位置状态图。
附图标记所代表的为:1-测试容器,101-容器桶壁,102-容器内胆,2-蒸汽发生容器,3-管道,4-第一加热器,5-第二加热器,6-第一温度传感器,7-第二温度传感器,8-电磁铁,9-弹性桶卷,10-底部连接条。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例,如图1至图7所示,本实施例包括测试容器1、用于调节所述测试容器1内部湿度的蒸汽发生容器2以及用于控制所述测试容器1内部温湿度的温湿控制系统,所述测试容器1与所述蒸汽发生容器2之间通过管道3连通;
所述温湿控制系统包括检测元件、加热元件以及PID控制器,所述检测元件包括第一温度传感器6和第二温度传感器7,所述加热元件包括第一加热器4和第二加热器5,所述第一温度传感器6设于所述测试容器1内,所述第二温度传感器7设于所述蒸汽发生容器2内,所述第一温度传感器6用于检测所述测试容器1内的干球温度,所述第二温度传感器7用于检测所述蒸汽发生容器2内的饱和蒸汽温度,所述第一加热器4设于所述测试容器1内,所述第二加热器5设于所述蒸汽发生容器2内,所述第一加热器4用于对所述测试容器1内部加热,所述第二加热器5用于所述蒸汽发生容器2的饱和蒸汽生成,所述PID控制器通过所述第一加热器4与所述第一温度传感器6完成对测试容器1内的恒温控制,所述PID控制器通过所述第二加热器5与所述第二温度传感器7完成对蒸汽发生容器2内的恒温控制。
在本实施例中,所述测试容器1包括容器桶壁101与容器内胆102,所述容器内胆102设于所述容器桶壁101内,所述容器内胆102与所述容器桶壁101同轴设置并保持相对固定,所述容器内胆102用于增强所述测试容器1的保温性,同时所述容器内胆102还能用于防止所述饱和蒸汽对被测元件的直接冲击。
有益地,本实施例还包括蒸汽混合装置,所述蒸汽混合装置包括弹性桶卷9与电磁铁8,所述弹性桶卷9为圆筒状,所述弹性桶卷9置于所述容器内胆102与所述容器桶壁101之间,在靠近所述管道3与所述容器桶壁101的连接位置处所述弹性桶卷9通过底部连接条10与所述容器桶壁101固定连接,所述弹性桶卷9采用能被磁铁吸引且具有高弹性的材料,例如,所述弹性桶卷9可采用厚度低于0.5毫米的钢卷制成,所述电磁铁8设于所述容器桶壁101外部与所述容器桶壁101固定连接,所述容器桶壁101的外部均匀环布有多个所述电磁铁8,通过多个电磁铁8的联合控制实现弹性桶卷9的形变控制,所述弹性桶卷9的形变能改变所述弹性桶卷9与所述容器内胆102在局部位置处的间隙大小,通过间隙大小的突然改变引起测试容器1的气体流动从而加快测试容器1内饱和蒸汽的均匀分散,并且该方式还能降低第一加热器4造成的温度梯度实现测试容器1内各处的温度恒定。
进一步地,所述容器内胆102上开设有若干连通孔,所述连通孔用于将所述容器内胆102内部腔室与所述容器内胆102和所述弹性桶卷9之间的间隙隙进行连通,若干所述连通孔在所述内胆上均匀环布。
有益地,所述容器内胆102包括圆弧状的第一内胆壳体和直板状的第二内胆壳体,圆弧状的所述第一内胆壳体与所述容器桶壁101同轴,直板状的所述第二内胆壳体与所述弹性桶卷9之间形成加热腔室,所述第一加热器4位于加热腔室处,饱和蒸汽在加热腔室处升温从而变为高湿度不饱和蒸汽,该高湿度不饱和蒸汽携带热量继续对测试容器1内加热。
参考图4-图7,如图4所示,该实施例图中右下角的电磁铁8通电其余电磁铁8断电,在该通电的电磁铁8处弹性桶卷9与容器内胆102之间的间隙增大,在改间隙增大的过程中容器内胆102内的气体通过连通孔向该间隙内流入,如图5所示,右下方的电磁铁8断电,右上方的电磁铁8通电其余电磁铁8同样不通电,从图4状态切换到图5状态的过程中,在右上方的电磁铁8处容器内胆102与弹性桶卷9之间的间隙增大,而在右下方的电磁铁8处容器内胆102与弹性桶卷9之间的间隙减小,在右上方间隙增大位置处的气体流动与右下方电磁铁8处间隙减小位置的连通孔处的气体流动方向相反从而形成循环气流,该循环气流加速容器内胆102内的气体流动,而该循环气流发生在靠近容器桶壁101的位置以大范围小流速的特性完成内部的气体混合使容器内的温湿度梯度降低保持容器内的恒温恒湿。
需要说明的是,在现有的强加速稳态湿热试验容器内,为了使容器内部的湿热在各处均匀通常会在容器内部设置循环风扇,该方法是通过循环风扇使内部容器的温湿度分布均匀以便降低容器内部的湿度和温度梯度,然而循环风扇的设置不仅有风扇工作的热量来影响容器内的温度控制还会使容器内部造成较大的局部风压,该局部风压不仅会影响被测元件的测试还会影响传感器对内部温湿度的检测,例如,在本实施例中测试容器1中利用的双温控制来实现测试容器1内的相对湿度控制,局部风压会对测试容器1内的相对湿度计算造成影响使得测试容器1内的相对湿度出现误差从而影响测试容器1内的湿度控制,而本实施例采用的蒸汽混合装置与测试容器1相互配合能形成的大范围小流速的空气流动控制,利用弹性卷材与外置电磁铁8相互配合,能在测试容器1内的多个位置处引起空气流动,蒸汽混合装置的发热几乎是忽略不计的,同时蒸汽混合装置又不会造成较大的局部风压,能加强测试容器1内的气体流动降低容器内的温度梯度和湿度梯度也不会对测试容器1内的检测造成影响,更容易实现容器内部的恒温恒湿。
在本实施例中,所述测试容器1内的温湿控制方法如下:
S1、先设定测试容器1内所需的干球温度和相对湿度,再控制生成饱和蒸汽,饱和蒸汽生成采用一台罐状的蒸汽发生容器2,蒸汽发生容器2内置第二加热器5和第二温度传感器7,通过第二加热器5加热去离子水产生饱和蒸汽,饱和蒸汽温度通过PID控制器进行过程控温,控温后的饱和蒸汽顺着管道3流入测试容器1中对测试容器1内进行加湿。
S2、测试容器1中的第一加热器4对饱和蒸汽二次加热,测试容器1内置第一加热器4和第一温度传感器6,对流入测试容器1中的饱和蒸汽加热到测试容器1内设定的干球温度,该干球温度通过PID过程控温,进入到测试容器1内的饱和蒸汽被稀释,饱和蒸汽的相对湿度降低,但测试容器1内的湿度逐渐升高到规定湿度。
S3、测试容器1内相对湿度计算,根据测试容器1内设定的温度和相对湿度通过计算可以得出蒸汽发生容器2内饱和蒸汽的相应湿球温度值,饱和蒸汽的相应温度值由第二温度传感器7检测,测试容器1内的温度值由第一温度传感器6检测,通过对测试容器1内的温度以及蒸汽发生容器2内的饱和蒸汽温度进行控制从而控制测试容器1内的相对湿度。
进一步地,在加湿过程中,为保证测试容器1内加湿均匀,步骤S2的具体加湿过程如下:
S21、进行区域加湿,过测试容器1与管道3的连接位置将测试容器1分为相等的两个区域,控制测试容器1一侧区域的电磁铁8通电另一侧的电磁铁8不通电,测试容器1从一侧区域进行加湿,经过PID控制器控温的饱和蒸汽通过管道3进入到第二内胆壳体与弹性桶卷9之间形成的加热腔室内,该蒸汽在加热腔室内经过第一加热器4进行升温,升温后的蒸汽从测试容器1中电磁铁8通电一侧的连通孔位置进入到测试容器1的容器内胆102内部。
S22、进行分区定时加湿,对测试容器1两个区域的电磁铁8通电状态进行切换,切换后对测试容器1内的加湿区域改变,通过两个加湿区域的定时切换来完成测试容器1内的均匀加湿,实现多位置加湿能进一步的实现测试容器1内的湿度恒定,也能进一步的防止测试容器1内局部的水汽凝结。
S23、分区定时加湿与蒸汽定时混合相互配合,分区定时加湿进行5到8分钟后进行蒸汽定时混合2-3分钟,通过测试容器1内的蒸汽混合装置的循环控制来实现蒸汽的进一步混合,气体混合时采用单个电磁铁8通电,参考图4到图7,从图4到图7的过程可视为一个循环控制完成。
在本实施例中,所述蒸汽发生容器2内还可通过降温设备来实现饱和蒸汽的快速温度控制,对蒸汽发生器内的饱和蒸汽进行PID控制时,在饱和蒸汽过热时通过降温设备能实现快速的调整饱和蒸汽温度的效果。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种恒温恒湿压力容器,包括测试容器(1)、用于调节所述测试容器(1)内部湿度的蒸汽发生容器(2)以及用于控制所述测试容器(1)内部温湿度的温湿控制系统,其特征在于:所述测试容器(1)与所述蒸汽发生容器(2)之间通过管道(3)连通;
所述温湿控制系统包括检测元件、加热元件以及PID控制器,所述检测元件包括第一温度传感器(6)和第二温度传感器(7),所述加热元件包括第一加热器(4)和第二加热器(5),所述第一温度传感器(6)设于所述测试容器(1)内,所述第二温度传感器(7)设于所述蒸汽发生容器(2)内,所述第一加热器(4)设于所述测试容器(1)内,所述第二加热器(5)设于所述蒸汽发生容器(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿压力容器,其特征在于:所述测试容器(1)包括容器桶壁(101)与容器内胆(102),所述容器内胆(102)设于所述容器桶壁(101)内,所述容器内胆(102)与所述容器桶壁(101)同轴设置并保持相对固定。
3.根据权利要求2所述的一种恒温恒湿压力容器,还包括蒸汽混合装置,其特征在于:所述蒸汽混合装置包括弹性桶卷(9)与电磁铁(8),所述弹性桶卷(9)为圆筒状,所述弹性桶卷(9)置于所述容器内胆(102)与所述容器桶壁(101)之间,所述电磁铁(8)设于所述容器桶壁(101)外部与所述容器桶壁(101)固定连接,所述容器桶壁(101)的外部均匀环布有多个所述电磁铁(8)。
4.根据权利要求3所述的一种恒温恒湿压力容器,其特征在于:在靠近所述管道(3)与所述容器桶壁(101)的连接位置处,所述弹性桶卷(9)通过底部连接条(10)与所述容器桶壁(101)固定连接。
5.根据权利要求2所述的一种恒温恒湿压力容器,其特征在于:所述容器内胆(102)上开设有若干连通孔,若干所述连通孔在所述容器内胆(102)上均匀环布。
6.根据权利要求3所述的一种恒温恒湿压力容器,其特征在于:所述容器内胆(102)包括圆弧状的第一内胆壳体和直板状的第二内胆壳体,圆弧状的所述第一内胆壳体与所述容器桶壁(101)同轴,直板状的所述第二内胆壳体与所述弹性桶卷(9)之间形成加热腔室。
7.根据权利要求1~6任一项所述的一种恒温恒湿压力容器的温湿控制方法,其特征在于:包括如下控制方法:
S1、先设定测试容器(1)内的干球温度和相对湿度,再生成饱和蒸汽,蒸汽发生容器(2)内置第二加热器(5)和第二温度传感器(7),通过第二加热器(5)加热去离子水产生饱和蒸汽,饱和蒸汽温度通过PID控制器进行过程控温,控温后的饱和蒸汽顺着管道(3)流入测试容器(1)中对测试容器(1)内进行加湿;
S2、测试容器(1)中的第一加热器(4)对饱和蒸汽二次加热,测试容器(1)内置第一加热器(4)和第一温度传感器(6),对流入测试容器(1)中的饱和蒸汽加热到测试容器(1)内设定的干球温度,该干球温度通过PID过程控温;
S3、测试容器(1)内相对湿度计算,根据测试容器(1)内规定的温度和相对湿度通过计算可以得出蒸汽发生容器(2)内饱和蒸汽的相应湿球温度值,通过对测试容器(1)内的干球温度以及蒸汽发生容器(2)内的饱和蒸汽温度进行控制从而控制测试容器(1)内的相对湿度。
8.根据权利要求7所述的一种恒温恒湿压力容器的温湿控制方法,其特征在于:方法步骤S2具体包括如下步骤;
S21、进行区域加湿,过测试容器(1)与管道(3)的连接位置将测试容器(1)分为相等的两个区域,控制测试容器(1)一侧区域的电磁铁(8)通电另一侧的电磁铁(8)不通电,测试容器(1)从一侧区域进行加湿;
S22、进行分区定时加湿,对测试容器(1)内两个区域的电磁铁(8)通电状态进行定时切换,切换后对测试容器(1)内的加湿区域改变,通过两个加湿区域的定时切换来完成测试容器(1)内的均匀加湿;
S23、分区定时加湿与蒸汽定时混合相互配合,分区定时加湿进行5到8分钟后进行蒸汽定时混合2到3分钟,通过测试容器(1)内的蒸汽混合装置的循环控制来实现蒸汽的进一步混合。
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