一种用于测试冷凝水形成的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于测试冷凝水形成的装置及方法，该装置用于测试在给定的气氛(气氛包括气体的温度、湿度、成分、压强)环境下，通过逐步降低被测试的样品的温度，检测被测样品表面形成冷凝水时，被测样品表面的温度与给定的气体的温度的最小差值，以及在被测样品表面的温度以及给定的气氛条件确定的情况下，被测样品表面保持无冷凝水状态的最长时间；具体涉及材料及机械产品的应用验证及服役可靠性评价，具体为一种在可控温度、湿度、气氛、压强的模拟试验环境下材料或产品因与试验环境间存在温度差异导致裸露表面形成冷凝水的极限温差的测定和材料或产品服役可靠性的评价方法以及试验装置。

Device and method for testing condensation water formation

The invention relates to a device and method for testing the formation of condensate. The device is used to test the temperature of the surface of the sample when the temperature of the given atmosphere, including the temperature, humidity, composition, pressure, and the temperature of the tested sample is gradually reduced, and the temperature of the surface of the sample is measured when the surface of the sample is formed into condensate. The minimum difference in the temperature of a given gas, as well as the temperature of the surface of the sample and the given atmosphere conditions, the longest time in which the surface of the sample is kept without condensate; the application verification of materials and mechanical products and the evaluation of service reliability, specifically for a controlled temperature and humidity. The measurement of the limit temperature difference of the condensate formed on the exposed surface and the evaluation method of the reliability of the material or product and the test device of the material or product in the simulated test environment of degree, atmosphere and pressure.

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试冷凝水形成的装置及方法
本专利技术涉及一种用于测试冷凝水形成的装置及方法，该装置用于测试在给定的气氛(气氛包括气体的温度、湿度、成分、压强)环境下，通过逐步降低被测试的样品的温度，检测被测样品表面形成冷凝水时，被测样品表面的温度与给定的气体的温度的最小差值，以及在被测样品表面的温度以及给定的气氛条件确定的情况下，被测样品表面保持无冷凝水状态的最长时间；具体涉及材料及机械产品的应用验证及服役可靠性评价，具体为一种在可控温度、湿度、气氛、压强的模拟试验环境下材料或产品因与试验环境间存在温度差异导致裸露表面形成冷凝水的极限温差的测定和材料或产品服役可靠性的评价方法以及试验装置。
技术介绍
航天器研制过程中需要使用大量轻金属材料(例如铝合金、镁合金、钛合金等)作为结构材料，上述材料在使用过程中需要特别注意预防因电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、氢脆诱发产品失效，而使用过程中(地面装配、转运、发射场总装、塔架待命时)产品表面存在液态水是诱发电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、氢脆的重要因素之一，若不严格控制将导致严重后果。航天器研制过程中就曾出现在冬季转运时因包装箱与厂房存在较大温差，在转入厂房后未充分平衡温度就直接打开包装箱导致产品出现冷凝水(凝结在不易察觉的部位)诱发电化学腐蚀导致产品失效而无法使用的案例。此外，我国载人航天工程将建设长期在轨运行的空间站，空间站乘员舱密闭舱室内的材料除了需要注意预防电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、氢脆等能够诱发产品失效的模式外，还需要额外关注微生物腐蚀(主要针对霉菌)诱发的失效问题。而微生物(霉菌)的生长繁殖需要有液态水参与，因此，如何防止空间站乘员舱密闭舱室内不易观察的位置产生冷凝水就成了空间站服役安全性和可靠性评价的重要领域。目前除了优化舱内循环风路、使用抗菌防霉材料外，控制舱内各部位的温差而避免出现冷凝水是最有效的防控手段之一。但是，空间站乘员舱密闭舱室的压力可变(有低气压工况)、舱内为配比混合气体气氛、气氛温度及湿度变化范围较宽、多种材料及产品的温度差异较大，而且是否能够在材料或产品表面产生冷凝水还与材料或产品的表面状态有关。因此，针对上述的特殊环境以及测试、评价目的，仅使用常用的露点仪监测露点已无法满足材料及机械产品的应用验证及服役可靠性评价需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种形成冷凝水的测试装置及测试方法。本专利技术的技术解决方案是：一种形成冷凝水的测试装置，该装置包括气氛控制分系统、气氛压强控制分系统、温湿度控制分系统、气密试验舱分系统、试验舱内风路循环分系统、样品温度监控及冷凝水监测分系统和供配电及控制分系统；所述的气氛控制分系统用于控制气密试验舱内的气氛；所述的气氛压强控制分系统用于控制气密试验舱内的压强；所述的温湿度控制分系统用于控制气密试验舱内的温度和湿度；所述的气密试验舱分系统用于提供样品的试验环境；所述的试验舱内风路循环分系统用于实现气密试验舱内的气流按照设定的方向流动；所述的环境参数监控分系统用于测试样品的试验环境；所述的样品温度监控及冷凝水监测分系统用于测试样品的温度及冷凝水是否形成；所述的供配电及控制分系统用于提供供配电控制以及统一的人机交互界面，配有数据采集、控制软件、自动记录系统。所述的气密试验舱为一能够实现气流按照规定方向循环流动的封闭的空间，其中间部分为直线段，两端部分为半圆形，即气密试验舱内表面包括圆滑过渡段、直线试验段、装样舱门开启及锁紧装置、样品台旋转控制装置，气密试验舱内表面包括圆滑过渡段及直线试验段的横截面均为圆形。一种形成冷凝水的测试装置，该装置包括气密试验舱、四个可调速风扇、加热器、加湿器、冷凝器、栅格准直器、样品台、样品温度传感器、气氛温度传感器、气氛湿度传感器、气氛压强传感器、风速计、体视显微镜、水补加系统、真空泵系统和带独立控制流量阀的气体混合装置；四个可调速风扇分别为第一可调速风扇、第二可调速风扇、第三可调速风扇和第四可调速风扇；所述的样品台放置于气密试验舱内的直线段；气密试验舱内的直线段的一侧从左到右依次为第一可调速风扇、样品台、栅格准直器和第二可调速风扇；所述的样品温度传感器用于测量样品的温度；所述的气氛温度传感器用于测量气密试验舱内气氛的温度；所述的气氛湿度传感器用于测量气密试验舱内气氛的湿度；所述的气氛压强传感器用于测量气密试验舱内气氛的压强；所述的风速计用于测量经过样品台位置的气流速度；所述的体视显微镜用于观察样品表面冷凝水的产生情况；气密试验舱内的直线段的另一侧从左到右依次为第三可调速风扇、加热器、第四可调速风扇、加湿器和冷凝器；水补加系统通过供水管路给加湿器补充水分；真空泵系统通过抽气管路为气密试验舱内提供低压环境；带独立控制流量阀的气体混合装置用于向气密试验舱内提供成分可控的气氛及正压环境。所述的气密试验舱为一种空腔结构，其横截面包括两端的半圆和中间的直线段，气密试验舱的纵截面均为圆形，气密试验舱带有舱门，用于将样品放置于气密试验舱内的样品台上；气密试验舱两端的半圆为气密试验舱的过渡段，气密试验舱中间的直线段为气密试验舱的试验段。所述的带独立控制流量阀的气体混合装置包括氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶，氧气瓶、氮气瓶和二氧化碳气瓶分别带有流量控制阀，氧气瓶内存放有高纯氧气，氮气瓶内存放有高纯氮气，二氧化碳气瓶内存放有高纯二氧化碳，氧气瓶内的高纯氧气、氮气瓶内的高纯氮气和二氧化碳气瓶内的高纯二氧化碳经过混合后通过供气管路向气密试验舱内提供成分可控的气氛及正压环境。一种形成冷凝水的测试方法，该方法的步骤包括：(1)对被测样品进行预处理；(2)对气密试验舱内的气氛进行初始化；(3)将步骤(1)预处理后的被测样品放置到步骤(2)初始化后的气密试验舱内的样品台上并安装样品温度传感器；给定气密试验舱试验条件，试验条件包括气密试验舱内气体的温度、湿度、成分、压强；(4)调整气密试验舱内气氛至试验要求，且保持被测样品的温度高于气氛温度；(5)对样品台上的被测样品进行程序降温；(6)使用体视显微镜观察被测样品表面是否形成冷凝水以及形成冷凝水的时间。所述的步骤(1)中，对被测样品进行预处理的方法为：使用无水乙醇对被测样品表面进行脱水处理或使用热风枪或鼓风干燥箱等彻底干燥样品，干燥后的样品若无法立即试验则应贮存在干燥器内。所述的步骤(2)中，对气密试验舱内的气氛进行初始化的方法为：控制气密试验舱内的气体湿度不超过40％RH，温度与步骤(1)中预处理后被测样品所处的环境温度一致。所述的步骤(4)中，保持被测样品的温度高于气氛温度5℃～10℃。按试验要求进行更多次数的平行样品测试，每次使用同种类型的平行样品，从而根据给定置信度计算规定可靠度下的基准值。有益效果(1)本专利技术的装置建立了一种能够控制温度、湿度、气压、气氛的模拟试验环境，并将可控制温度的不同材料或产品(样品)浸入模拟试验环境，通过调整模拟试验环境的4个变量(温度、湿度、气压、气氛)以及样品(材料或产品)温度，针对每种参试样品，在5个变量(环境温度、环境湿度、环境气压、环境气氛、样品温度)的不同组合下，可测定出样品表面出现冷凝水时环境温度与样品温度的温差(极限温差)的测试方法以及材料或产品的服役可靠性评价方法及试验装置具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成冷凝水的测试系统，其特征在于：该装置包括气氛控制分系统、气氛压强控制分系统、温湿度控制分系统、气密试验舱分系统、试验舱内风路循环分系统、样品温度监控及冷凝水监测分系统和供配电及控制分系统；所述的气氛控制分系统用于控制气密试验舱内的气氛；所述的气氛压强控制分系统用于控制气密试验舱内的压强；所述的温湿度控制分系统用于控制气密试验舱内的温度和湿度；所述的气密试验舱分系统用于提供样品的试验环境；所述的试验舱内风路循环分系统用于实现气密试验舱内的气流按照设定的方向流动；所述的环境参数监控分系统用于测试样品的试验环境；所述的样品温度监控及冷凝水监测分系统用于测试样品的温度及冷凝水是否形成；所述的供配电及控制分系统用于提供供配电控制以及统一的人机交互界面，配有数据采集、控制软件、自动记录系统。

【技术特征摘要】
1.一种形成冷凝水的测试系统，其特征在于：该装置包括气氛控制分系统、气氛压强控制分系统、温湿度控制分系统、气密试验舱分系统、试验舱内风路循环分系统、样品温度监控及冷凝水监测分系统和供配电及控制分系统；所述的气氛控制分系统用于控制气密试验舱内的气氛；所述的气氛压强控制分系统用于控制气密试验舱内的压强；所述的温湿度控制分系统用于控制气密试验舱内的温度和湿度；所述的气密试验舱分系统用于提供样品的试验环境；所述的试验舱内风路循环分系统用于实现气密试验舱内的气流按照设定的方向流动；所述的环境参数监控分系统用于测试样品的试验环境；所述的样品温度监控及冷凝水监测分系统用于测试样品的温度及冷凝水是否形成；所述的供配电及控制分系统用于提供供配电控制以及统一的人机交互界面，配有数据采集、控制软件、自动记录系统。2.根据权利要求1所述的一种形成冷凝水的测试系统，其特征在于：所述的气密试验舱为一能够实现气流按照规定方向循环流动的封闭的空间，其中间部分为直线段，两端部分为半圆形，即气密试验舱内表面包括圆滑过渡段、直线试验段、装样舱门开启及锁紧装置、样品台旋转控制装置，气密试验舱内表面包括圆滑过渡段及直线试验段的横截面均为圆形。3.一种形成冷凝水的测试装置，其特征在于：该装置包括气密试验舱、四个可调速风扇、加热器、加湿器、冷凝器、栅格准直器、样品台、样品温度传感器、气氛温度传感器、气氛湿度传感器、气氛压强传感器、风速计、体视显微镜、水补加系统、真空泵系统和带独立控制流量阀的气体混合装置；四个可调速风扇分别为第一可调速风扇、第二可调速风扇、第三可调速风扇和第四可调速风扇；所述的样品台放置于气密试验舱内的直线段；气密试验舱内的直线段的一侧从左到右依次为第一可调速风扇、样品台、栅格准直器和第二可调速风扇；所述的样品温度传感器用于测量样品的温度；所述的气氛温度传感器用于测量气密试验舱内气氛的温度；所述的气氛湿度传感器用于测量气密试验舱内气氛的湿度；所述的气氛压强传感器用于测量气密试验舱内气氛的压强；所述的风速计用于测量经过样品台位置的气流速度；所述的体视显微镜用于观察样品表面冷凝水的产生情况；气密试验舱内的直线段的另一侧从左到右依次为第三可调速风扇、加热器、第四可调速风扇、加湿器和冷凝器；水补加系统通过供水管路给加湿器补充水分；真空泵系统通过抽气管路为气密试验舱内提供低压环境；带独立控制流量阀的气体混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：于翔天，秦怀德，汪洋，吴冰，何端鹏，李旭然，李岩，王向轲，高鸿，邢焰，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11