JP2006322933A - 耐候性試験装置用の非接触温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 正確で安定した耐候試験を目的として、試験室内の環境条件を制御する為に、試験片の実際の表面温度を求めることのできる促進耐候性試験装置の提供。
【解決手段】 試験室、暴露面が光源に向けられた試験片を支持する試験片取付台、光源への電力レベルを調整する制御装置、および暴露面の作業温度をリアルタイムで監視するように方向付けられた非接触温度センサを具備する種類の促進耐候性試験装置である。
【選択図】 図１

Description

本開示は、一般に、耐候性試験装置に関し、さらに詳細には、耐候性試験装置用の非接触温度センサに関する。

本明細書に開示した原理の推進および理解の目的のために、ここで、図示された好ましい実施例に言及し、その好ましい実施例について説明するために特定の専門用語が用いられる。しかしながら、それらは範囲を限定するものではない。図示装置のそのような改変およびさらなる変更、ならびに、そのようなさらなる応用は、そこに図示され、開示されるところの原理であり、通常、本開示に関連する当業者が思いつくであろうと想定される。

本開示の１つの原理態様に従って、促進耐候性試験装置は、試験室、暴露面が光源に向けられた試験片を支持する試験片取付台、光源への電力レベルを調整する制御装置、および暴露面の作業温度をリアルタイムで監視するように方向付けられた非接触温度センサを具備する。

本開示の他の原理態様に従って、促進耐候性試験装置の試験片の作業温度を制御する方法は、（ａ）各試験片の暴露面を光源に向け、（ｂ）試験片の暴露面の作業温度を監視するように方向付けられた、試験室の中の非接触温度センサを位置決めし、（ｃ）温度センサと電源に動作可能なように接続されている制御装置で、温度目標値および制御信号を生成し、（ｄ）電源で、制御信号に呼応する電力レベルを生成し、かつ光源に電力レベルを出力し、（ｅ）試験片の作業温度を表す温度センサから、試験信号を出力し、（ｆ）作業温度を温度目標値と比較し、（ｇ）比較ステップ（ｆ）に呼応して、制御信号を調整し、（ｈ）所望期間、所定間隔で、ステップ（ｄ）からステップ（ｈ）までを繰り返すステップを具備する。

図１および図２を参照すると、試験室１４を画成するハウジング１２を有する耐候性試験装置１０が示されており、その試験室１４の中にラック１６がある。ラック１６は、およそ球形をなすように配置されたステンレススチール支材からなり、この中に、試験片１８（図２に示す）を中心の光源２２から略等距離になるように取り付ける。光源２２は、キセノンランプ、蛍光灯、メタルハライドランプ、水銀灯、またはタングステンランプでもよい。この配置は、米国特許第５，５０３，０３２号、および５，８５４，４３３号に開示された配置と類似であり、各米国特許は、参照によって完全に本明細書の一部となっている。

試験室１４の底面には円環状に配置された複数の開口（図示せず）が設けられ、円錐状の調節板２４とともに、空気がその開口を通過しラック１６に取り付けられている試験片１８に沿って流れるのを助ける。従来の電気抵抗型の発熱素子３０が、開口および開口を支える隔壁の下部に配置されると、試験片１８の周囲の空気の温度を制御するのに助けになる。参照によって完全に本明細書の一部となり、電流および水流の導管の両方を有する米国特許第５，２２６，３１８号にしたがって、光源２２の接続部品は、光源２２に電流および水流の導管の両方を供してもよい。

ラック１６は、試験室１４の上壁３６を貫通するシャフト３４により支持される。したがって、ラック１６に取り付けられている各種電子デバイスの接続は、シャフト３４を介して上壁３６を制御装置３８まで貫通する（図４および図５に示す）。制御装置３８は、耐候性試験装置１０に隣接して設置され、光源２２に用いられている流水と、大電流および高電圧との両方から安全な距離を置いて取り付けられている。

モータ３９は、上壁３６の上方に配置され、シャフト３４およびラック１６を回転させる。ラック１６は、ブラックパネル温度センサ４０（図１に示す）を有することができ、このセンサは、特に光源からの輻射により直接的に伝達された温度を検知するようになされたセンサである。１つ以上の他の試験室温度センサ４１（図４に示す）を、試験室１４の温度を全体として測定するために、試験室１４に設置してもよい。温度センサ４１は、試験室１４の空気温度を監視する乾球センサでもよい。また、１つ以上の相対湿度センサ４３（図４に示す）を供してもよい。温度センサ４１と湿度センサ４３の両方が、制御装置３８にデータ信号を供する。

また、上壁３６は、空気を循環させる循環プレナム（図示せず）の入口に相当する壁面開口（図示せず）を画成し、空気は送風機５８により圧力をかけられ、試験室１４の上部から下部まで試験室の底面の開口を通して送風機５８により押し流される。送風機は制御装置３８により制御され、制御装置３８から信号を受信する。

循環プレナム内に、可動調整弁６０を有し、可変に開口可能な冷却空気サプライベント（図示せず）がある。調整弁６０は、制御装置３８から制御信号を受信し、それにより、所要に応じて調整弁６０の位置を変化させることができる。また、ラック散水または噴霧装置ユニット６２が、試験室１４に供され、同様に、付加的に試験片への限定的な散水が所望される時のために、試験片散水噴霧装置ユニット６３が供される。散水噴霧装置ユニット６２および６３の両方が、制御装置３８から制御信号を受信する。耐候性試験機械装置１０の詳細は、前掲の米国特許第５，５０３，０３２号および５，８５４，４３３号に開示されている。

図１および図２を参照すると、さらに、本開示の耐候性試験装置１０は、試験室１４に配設される、少なくとも１つの非接触温度センサ１００（図３および図４に示す）を具備する。非接触温度センサ１００は、試験室１４の下盤に取り付けられている軸１０４によって支持される、温度センサアセンブリ１０２に収容される。温度センサアセンブリ１０２は、わずか１つの温度センサ１００を有することができ、または所望の数の温度センサ１００を有することができる。図１に示す開示された具体例では、センサアセンブリ１０２は、試験室１４の試験片１８の列に向けられている３つの温度センサ１００を具備する。図２に示す開示具体例では、センサアセンブリ１０２は、試験片１８の単列に向けられた１つの温度センサ１００を具備する。

センサアセンブリ１０２は、試験室１４の下盤に固設され、ライトロッド１０６と光源２２との間に配設される。ライトロッド１０６は光源２２の発光を測定し、計測値を制御装置３８への入力信号として伝達する。センサアセンブリ１０２は、各非接触温度センサ１００用センサ円管１０８を具備し、センサ円管１０８の内部に非接触温度センサ１００を備える。一般に、センサ円管１０８は試験片１８の対応する列の方向を向く。上述したように、ラック１６は試験室１４の中で回転する。したがって、ラック１６が回転するとき、各列の各試験片１８は、ラック１６の回転の間のある時点において、センサアセンブリ１０２の対応するセンサ円管１０８に面する。したがって、温度センサ１００は、試験片１８の表面温度を検出できる。

図３は、センサ１００を支持するセンサ円管１０８に収容された構成部分の分解図を示し、センサ１００は、同時に、センサ円管１０８に収容されている。試験室１４で作動している間、センサ１００を冷却するために、各温度センサ１００は、温度センサ１００に空気を供するガスディストリビュータ１２０を具備する。空気は、送風機５８からディストリビュータ１２０に供される。ディストリビュータ１２０は、本明細書では一括して参照番号１２４で示される複数の輪、座金等を用いて、空気ホース１２２に連結される。断熱円管１２６が、空気ホース１２２を取り囲み、試験室１４で見込まれる極限温度から、空気ホース１２２を貫流する空気を断熱する。空気ホース１２２は、他の複数の輪、座金等１２４を用いて、センサハウジング１２８に連結される。センサ１００は、センサハウジング１２８に収容され、一般に、センサ円管１０８の正面にある試験片１８の温度を検出するように配置される。センサヘッド１３０は、センサハウジング１２８を被覆し、かつエアパージ１３２は、センサヘッド１３０を被覆し、センサハウジング１２８およびセンサヘッド１３０を冷却している空気が、センサ円管１０８を出ていくことを可能とする。センサヘッド１３０は、ナット１３４を用いてエアパージ１３２に取り付けられている。したがって、空気は、ディストリビュータ１２０に供されると、次に、ディストリビュータ１２０が、空気を空気ホース１２２およびセンサハウジング１２８へ供し、試験室１４で作動している間、センサハウジング１２８を冷却する。

センサ１００は、目標物に接触することなしに温度または相対的な温度変化を検出できる、任意の種類の非接触センサ１００でよい。例えば、温度センサ１００は、試験片１８の表面温度を示す試験片１８の赤外線放射を検出できる赤外線センサでもよい。また、センサ１００は光高温計でもよい。光高温計は、高温目標物の輝度を、測定器内の較正された電球フィラメントの輝度に一致させるために、人間の視覚を用いる原理に基づいて動作する。通常、光高温計は、白熱するほど、または輝くほど高温の目標物を測定するために用いることができる。したがって、光高温計が測定することができる最低温度は、約７００℃である。また、センサ１００は、光ファイバ温度センサでもよく、感知素子は、光ファイバの自由端の先端に配設される。光ファイバの他端は、主として赤外線である、所望の輻射を収集する測定システムに取り付けられている。その結果、輻射を処理して、温度値を得られる。

図４を参照すると、各試験片１８の表面温度を目標値温度に保持するために、各非接触温度センサ１００からの出力は、制御装置３８に伝達される。制御装置３８は、光源２２、調整弁６０、送風機５８、加熱器３０、および散水ジェット６２、６３の機能を直接に制御するために、制御信号を供することができ、これらのすべてが、試験室１４内の温度および/または試験片１８の温度を制御する。制御装置３８からの制御信号は、最初に、電源１４９に送信されると、それを受信した電源１４９が、試験室１４の指定された環境制御構成要素へ多少の電力を供し、環境制御構成要素の機能を制御する。しかしながら、通常、光源２２の発光は一定レベルに保たれ、かつ調整弁６０は、試験片１８の温度を、目標値または目標値近傍に保持するように制御される。

非接触温度センサ１００から出力信号を受信することに加えて、制御装置３８は、また、湿度センサ４３、ライトロッド１０６、および試験室１４で他の温度センサ４１が利用可能であるとき、それらからの信号を受信する。

試験片１８の表面温度が、目標値温度より低下するとき、制御装置３８は、耐候性試験装置１０の上述した構成要素を制御することによって、試験室１４または試験片１８の温度を上昇させることができる。例えば、試験片１８の表面温度が、目標値温度より低下するとき、制御装置３８は、電源１４９を介して調整弁６０を閉じ、試験室１４の温度を上昇させることができる。他の具体例では、試験片１８の表面温度が、特定の目標値温度を超えるとき、制御装置３８は、散水ジェット６２、６３を作動させ、試験片１８を冷却するために試験片１８に散水することができる。

図５を参照すると、制御装置３８は、制御装置３８を作動させるために相互に通信する処理装置１５０およびメモリ１５２を具備することができる。メモリ１５２は、揮発性メモリおよび不揮発性メモリのうちの任意の１つ、または両者の組合せでもよい。メモリ１５２は、１つまたは多数のアルゴリズムを具備することができ、このアルゴリズムは、上述した構成要素を含む、耐候性試験装置１０の各種構成要素の機能に対する基礎を供する。例えば、アルゴリズムは、制御ロジックを具備することができ、この制御ロジックは、非接触温度センサ１００からの温度入力に基づいて、調整弁６０、送風機５８、加熱器３０、散水ジェット６２、６３、および光源２２のうちの任意の１つを作動させる。また、制御装置３８は、入出力ポート１５４を具備してもよく、この入出力ポート１５４は、上述したような各種のセンサからの試験信号を受信し、その信号を処理装置１５０に伝達する。その後、処理装置１５０は、制御装置３８のメモリから適切なアルゴリズムを検索し、入力試験信号に基づく所要の出力を計算する。その後、処理装置１５０は、計算された出力を入出力ポート１５４に送信することができ、次にこの入出力ポート１５４は、その制御出力信号を、上述したような試験室環境制御装置へ伝達する。

当業者は、制御装置３８が、単純な制御論理回路、または耐候性試験システム１０の機能に関する各種データを保存できる機能的コンピュータシステムと同じくらい複雑な装置であってもよいことを理解するであろう。例えば、制御装置３８は、耐候性試験装置に隣接して実装されるか、または耐候性試験装置１０の各種機能を作動させることができ、かつ各テストセッションの間、データを収集できる耐候性試験装置１０内に実装されるコンピュータシステムの一部であってもよい。例えば、制御装置３８は、上述したセンサを含む各種センサからの試験信号を受信でき、後で解析するために、それらの信号をハードディスクドライブのような恒久的なデータ記憶装置に記録できる。メモリ１５２は、テストデータのログを保存するために、ハードディスク構成部分および機能を具備することができる。このようなデータは、試験片の特性に影響を及ぼす要素のうちの任意の１つに対して、全試験期間にわたる試験片１８の各種の応答特性が求められるとき、特に有用である。例えば、各種センサからの信号を保存することによって、オペレータは、耐候性試験の間の試験片１８の特性変化を描画することができ、それによって、試験パラメータをどのように設計するべきか、または再設計するべきかを判断することができ、試験片１８の耐候性試験が、試験片１８が暴露されるであろう実際の環境条件を、より厳密に模擬することができる。

さらに、特定の好ましい実施例を示して説明してきたが、本開示の教示するところを逸脱することなく変更および修正をすることができることは当業者にとって明らかであろう。前記の説明および添付図面で詳述した事柄はあくまで例を示したに過ぎず、限定するものではない。本開示の実際の範囲は、関連技術に基づいたクレームの適正な観点に照らして、クレームで定義される。また、特定の実施例が、図面で示されている。しかしながら、本開示は、添付図面で示された配置および手段に限定されない。

本開示に従って構成された非接触温度センサアセンブリを有する耐候性試験装置の概略横断面図である。 １つの非接触温度センサを備えた非接触温度センサアセンブリを有する、図１の耐候性試験装置の部分斜視図である。 本開示の教示するところに従って構成された非接触温度センサの分解斜視図である。 図１の耐候性試験装置用制御システムのブロック図である。 図４の制御システムの制御装置のブロック図である。

Claims (17)

1. 試験室と、
   前記試験室で複数の試験片を支持する試験片取付台と、
   前記試験室内に配設され、前記試験室で発光する光源と、
   前記光源に向けて向けられた暴露面を有する前記各試験片と、
   少なくとも１つの入力に基づく制御信号を生成する制御装置と、
   前記制御信号に呼応して前記光源に電力レベルを出力する電源と、
   前記試験室に配設され、前記試験片の前記暴露面の作業温度を監視するように方向付けされた非接触温度センサと
   を有することを特徴とする促進耐候性試験装置。
2. 前記温度センサが、前記試験片から放射された赤外線を検出することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記温度センサが、前記試験片の前記動作温度を表す試験信号を出力し、かつその試験信号は、前記複数の入力のうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記制御装置が、前記試験片の前記動作温度を表す、前記温度センサから出力されたリアルタイムの試験信号を記録することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記温度センサが、前記試験片取付台によって規定された範囲内に設置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記温度センサが、前記光源と前記試験片との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記温度センサの縦軸が、前記試験片の前記暴露面に対して斜めに方向付けされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記制御装置が、温度目標値を生成し、前記温度センサに接続され、前記温度センサから出力された前記試験片の前記作業温度を表す試験信号に呼応して、前記試験片の前記作業温度を制御するために、前記光源への前記電力レベルを選択的に制御し、前記試験片の前記作業温度が、前記温度目標値を上回るとき、一般に、前記電力レベルは低下させられ、前記試験片の前記温度が、前記温度目標値を下回るとき、一般に、前記電力レベルは増大させられ、前記試験片の前記温度が、前記温度目標値と略同等のとき、一般に、前記電力レベルは一定に保持されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記制御装置が、処理装置およびプログラム命令を記憶するメモリを具備し、このプログラム命令は、前記処理装置によって使用されるとき、前記制御装置に、前記生成された温度目標値を監視し、前記温度目標値に比例して、前記電力レベルを光源に印加し、前記試験信号から前記試験片の前記作業温度を判断し、前記作業温度を前記温度目標値と比較し、前記光源への前記電力レベルを調整し、所望期間、所定間隔で、上述のステップを繰り返すよう機能させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記制御装置が、前記試験片の各々の前記作業温度を表す、前記温度センサから出力されたリアルタイムの試験信号を記録することを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 試験室と、前記試験室で前記試験片を支持する試験片取付台と、前記試験室内に配設され、前記試験室で発光する光源と、前記光源に電力レベルを出力する電源とを具備する促進耐候性試験装置の試験片の作業温度を制御する方法であって、
    （ａ）前記各試験片を前記光源に向け、
    （ｂ）前記試験片の前記暴露面の前記作業温度を監視するように方向付けられた、前記試験室の中の非接触温度センサを位置決めし、
    （ｃ）前記温度センサおよび前記電源に動作可能に接続されている制御装置で、温度目標値および制御信号を生成し、
    （ｄ）前記電源で、前記制御信号に呼応する前記電力レベルを生成し、かつ前記光源に前記電力レベルを出力し、
    （ｅ）前記試験片の前記動作温度を表す前記温度センサから、試験信号を出力し、
    （ｆ）前記動作温度を前記温度目標値と比較し、
    （ｇ）前記比較ステップ（ｆ）に呼応して、前記制御信号を調整し、
    （ｈ）所望期間、所定間隔で、ステップ（ｄ）からステップ（ｈ）までを繰り返すステップを有することを特徴とする方法。
12. 前記制御装置が、前記試験片の各々の前記動作温度を表す、前記温度センサから出力されたリアルタイムの試験信号を記録することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記調整ステップ（ｇ）が、さらに、前記試験片の前記動作温度が、前記温度目標値を上回るとき、一般に、前記電力レベルは低下させられ、前記試験片の前記温度が、前記温度目標値より小さいとき、一般に、前記電力レベルは上昇させられ、前記試験片の前記温度が、前記温度目標値と略同等のとき、一般に、前記電力レベルは一定に保持されることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記温度センサが、前記試験片から放射された赤外線を検出することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記温度センサが、前記試験片取付台によって規定された範囲内に設置されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 前記温度センサが、前記光源と前記試験片との間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
17. 前記温度センサの縦軸が、前記試験片の前記暴露面に対して斜めに方向付けされることを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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