动态温度控制加速风化试验设备制造技术

一种用来在试验样本上集中太阳辐照的加速风化实验设备，采用此设备动态控制试验样本的温度，以模拟材料最终使用应用的复杂温度循环，此设备包括： 目标板，用来支撑至少一个暴露于集中太阳辐照的实验样本； 反射器装置，用来反射太阳辐照，并把所反射太阳辐照集中在目标板上，以照射至少一个实验样本； 空气循环装置，用于在目标板上循环环境空气，以调节至少一个实验样本的温度，空气循环装置包括电动机和经电动机驱动的风扇，以产生环境空气流动； 反馈装置，它被安装至暴露于集中太阳辐照的目标板，并产生响应其温度的试验信号，代表实验样本的温度； 输入装置，用来连续产生动态参考信号，代表材料最终使用应用的复杂温度循环；和 控制器，它连接至输入装置，响应动态参考信号，产生温度设定点，并连接至反馈装置，响应试验信号选择性控制施加到电动机的电力，从而控制环境空气在目标板上的循环速率，当反馈装置的温度大于温度设定点时，此速率通常增加，当反馈装置的温度小于温度设定点时，此速率通常减小，当反馈装置的温度实际上等于温度设定点时，此速率通常保持不变。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及加速风化实验设备，它用来在加速的基础上，使涂料和罩面漆之类的表面涂料，以及织物和其它材料之类的实验样本，暴露于太阳辐照和其它风化作用，更具体地说，涉及一种用来动态控制实验样本温度的加速风化试验设备。
技术介绍
涂料和罩面漆之类的表面涂层，以及塑料和其它在受到太阳辐照和其它风化作用时易于退化的成分之类的表面涂层的制造商，经常想知道经过多年的暴露后这种产品的性能将如何。但是，这些制造商通常在相对正常条件下把这种材料暴露至风化作用所需的时间短得多的时间内需要这种信息。因此，已经开发了加速风化试验设备，它由于在短得多的时间内户外暴露而加速风化作用，因此制造商实际上不需要等五或十年，以确定它们的产品在五或十年的真正户外暴露后将如何表现。在Caryl等人发布的No.2,945,417美国专利中公开一种加速风化实验设备。上述试验设备包括菲涅耳反射太阳集光器，它具有一系列十个平面镜，把天然阳光聚焦在固定至目标板的一系列实验样本上，目标板的尺寸大约为五(5)英寸宽五十五(55)英寸长。菲涅耳反射太阳集光器把太阳辐照指引到目标板区域上，其强度大约为八个太阳(eightsuns)。支撑太阳集光器的镜子的底盘，和目标板，被可以随太阳日常运动而旋转的框架支撑。响应太阳位置的太阳跟踪装置，控制电动机的操作，电动机用来随太阳的运动旋转试验设备。试验机器的旋转轴定向于南-北方向，北仰角具有角距(altitude)调整能力，以解决一年中不同时间太阳角距的变化。这种已知的试验设备还包括安装在目标板上的空气管道。空气偏导器导致从空气管道中排出空气沿安装在目标板上的实验样本循环，以防止实验样本由于暴露至集中太阳辐照而引起的过热。通过偏导器和样本间的间隙尺寸控制空气数量。鼠笼式鼓风机与空气管道相连，用来喷吹冷却经过的环境空气。另外，靠近目标板提供喷水嘴，用来定期加湿实验样本，以模拟湿度，露，雨等风化作用。在Robins，III发布的No.4,807,247美国专利中公开另一种加速风化实验设备。上述试验设备包括前面所述的按照‘417专利的所有结构，还包括一种系统，用来在日照时数期间保持统一、固定的实验样本温度，尽管环境气温和太阳辐照强度发生变化。此系统包括安装于目标板上的温度传感器，它用来暴露至集中太阳辐照，产生指示安装在目标板上的实验样本温度的电信号。此系统还包括电连接至温度传感器的控制装置，它响应所产生的电信号，以选择控制对包含在空气循环系统中的电动机的电力供给。通过这种方法，控制装置起到改变电动机速率的作用，从而控制在目标板上循环的冷却环境气体的流速，以使实验样本的温度在所需的设定点保持不变。当实验样本的检测温度增加时，控制装置增加风机电动机的速率，以在目标板上循环更多的冷却环境空气，从而把实验样本的温度降低至所需的设定点。同样地，如果目标样本的检测温度降至所需标称温度之下，控制装置降低风机的速率，以允许实验样本升温至所需设定点。温度控制装置还包括用户可操作调整装置，其形式为控制钮，以允许用户设定静态的所需目标样本温度。并提供旁路开关，以允许用户以如上所述的控制温度模式操作实验设备，或以非控制模式，其中风机电动机以固定速率操作。已经开发出操作上述类型的加速风化试验设备的标准使用方法。美国试验材料协会(ASTM)发布了G90，E838，D4141，D3105，D3841，D5105，E1596和D4364标准，覆盖执行这种户外加速风化试验的试验程序和操作参数。汽车工程师协会(SAE)，Ford，国际标准化组织(ISO)，美国国家标准化组织(ANSI)，日本工业标准(JIS)，也已经开发和指定了其它的标准和鉴定，即SAE J576，SAE J1961，FordEJB-M1J14-A，Ford EST-M5P11-A，ISO 877，ANSI/NSF 54，JIS Z 2381和MIL-T-22085D。除了上述类型的户外加速风化试验设备，人们还知道使用人工辐照源暴露试验样本的其它试验设备。Kockott发布的美国专利No.3,664,188中公开这种试验设备的例子之一。这种试验设备在具有允许精确控制辐照强度、温度和湿度的优点的同时，这种设备经常不能再现实验样本实际上将日常使用暴露其中的天然日光的实际光谱。本领域的技术人员已经认识到天然日光和人工日光试验设备的区别，并提供不同组的实验数据。按照美国专利No.2,945,417和4,807,247的上述类型户外加速风化实验设备，具有使用天然日光的优点，从而试验样本暴露至日光的实际光谱中。但是，已经发现户外风化实验设备的缺点。缺点之一是在不进行温度控制的情况下由户外加速风化实验设备获得的试验结果不可重复或再现。用来沿实验样本循环冷却空气的风机电动机以固定速率工作，并沿实验样本产生固定冷却流速。因此，实验样本的温度不能被控制，并受本地环境空气温度和太阳辐照强度随机常数变化的影响。另外，还发现实验样本的温度变化可以改变发生的风化速率。例如，由于平均环境温度更高和太阳辐照强度更大，夏天标称实验样本温度更高，实验样本趋向于在夏天比在冬天退化更快。因此，为了获得可重复和可再现的试验结果，必须控制实验样本的温度。另一缺点是由具有静态温度控制的户外加速风化实验设备获得的试验结果不可重复或再现。另外当设定点固定时不能控制实验样本以再现自然风化作用。这是一个关键的缺点，因为材料退化的方式由最终使用应用和环境限定。试验结果好于无控制设备。但是，最终使用应用中的材料遭遇最好以复变函数表示的温度波动。简单的昼夜材料温度循环是环境温度、太阳辐照、材料热容量、材料再辐照损失(re-radianceloss)、传导热损、对流热损等的复变函数。昼夜循环也强加于更长时间尺度循环(季度，年度等)，以及间歇性随机变量，例如间歇性云，雨，露等。不控制或维持实验样本于手动设定的静态温度的现有设备，没有考虑上述变量。相反地，现有技术加速风化实验设备的温度控制只是工作在所需的、并且是静态设定的温度下。因此，存在对动态控制加速风化实验设备的需求，以克服现有技术设备的缺点，并模拟材料在上述最终使用环境中遇到的复杂温度循环。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及一种用来在目标样本上集中太阳辐照的加速风化实验设备，其中采用设备动态控制目标样本的温度，以模拟材料最终使用应用的复杂温度循环。此设备包括目标板，用来支撑至少一个暴露于集中太阳辐照的实验样本。反射器装置反射太阳辐照，并把所反射太阳辐照集中在目标板上，以照射至少一个实验样本。空气循环装置在目标板上循环环境空气，以调节至少一个实验样本的温度。空气循环装置包括电动机和经电动机驱动的风扇，以产生环境空气流动。反馈装置被安装至暴露于集中太阳辐照的目标板，用来产生响应其温度的试验信号，代表实验样本的温度。输入装置产生动态参考信号，代表材料最终使用应用的复杂温度循环。控制器连接至输入装置，响应动态参考信号，产生温度设定点，并连接至反馈装置，响应试验信号选择性控制施加到电动机的电力，从而控制环境空气在目标板上的循环速率。当反馈装置的温度大于温度设定点时，此速率通常增加，当反馈装置的温度小于温度设定点时，此速率通常减小。当反馈装置的温度实际上等于温度设定点时，此速率通常保持不变。本专利技术的另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利·K·哈德卡斯特三世，
申请(专利权)人：阿特拉斯材料测试技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：