自制氫氣安全控制系統(tǒng)在高低溫實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
 
結(jié)合高低溫測(cè)試中所遇到的問題，設(shè)計(jì)工作主要包括整個(gè)系統(tǒng)的布局，各個(gè)部件的選擇，如何設(shè)定系統(tǒng)的參數(shù)，以及如何驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性等等。整個(gè)系統(tǒng)的布局上面盡量的能夠緊密結(jié)合在原有的實(shí)驗(yàn)條件上，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)本身的結(jié)果產(chǎn)生影響。
高低溫實(shí)驗(yàn)的重要性
    隨著科學(xué)技術(shù)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的迅猛發(fā)展,自然資源海洋宇宙開發(fā)與利用，各種產(chǎn)品在貯存、運(yùn)輸和使用過程中遇到的環(huán)境越來越復(fù)雜，越來越嚴(yán)酷。從熱帶到寒帶，從平原到高原，從海洋到太空等等，這就使得用戶和生產(chǎn)者雙方都關(guān)心產(chǎn)品在上述環(huán)境中的性能、可靠性和安全性，以保證產(chǎn)品能滿意地工作，這就必須要進(jìn)行環(huán)境實(shí)驗(yàn)。
所謂環(huán)境實(shí)驗(yàn)，就是將產(chǎn)品暴露在自然環(huán)境或人工模擬環(huán)境中，從而對(duì)它們實(shí)際上會(huì)遇到的貯存、運(yùn)輸和使用條件下的性能做出評(píng)價(jià)。通過環(huán)境實(shí)驗(yàn)，可以提供設(shè)計(jì)質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量方面的信息，是質(zhì)量保證的重要手段。高低溫實(shí)驗(yàn)是環(huán)境實(shí)驗(yàn)中最常見的一種實(shí)驗(yàn)。它主要模擬在不同的地域環(huán)境下，在使用或者運(yùn)輸時(shí)候，產(chǎn)品本身能否維持正常工作的性能。
高低溫實(shí)驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品的影響
    前面已經(jīng)說到高低溫實(shí)驗(yàn)主要模擬的是不同地域環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的影響。具體來說，高低溫實(shí)驗(yàn)中有三個(gè)效應(yīng)可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品的使用產(chǎn)生影響，為高溫效應(yīng)，低溫效應(yīng)，以及溫變效應(yīng)。
高溫效應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的影響主要有：
1. 不同材料的不同膨脹特性而使零件卡死。
2. 潤(rùn)滑劑失去粘性, 使?jié)櫥瑒┝魇Ф鴮?dǎo)致接點(diǎn)失去潤(rùn)滑。
3. 樣品全體或部分改變尺寸。
4. 由于包裝、墊圈、密封、軸承和主軸變得歪斜、卡死和失效而引起機(jī)械或全部的失效。
5. 墊圈變形 (膠狀)。
6. 氣密功能退化。
7. 電阻值改變。
8. 電路穩(wěn)定狀況隨溫度梯度和材料的不同膨脹特性而改變。
9. 變壓器和機(jī)電組件過熱。
10. 縮短操作壽命時(shí)限。
11. 固體材料內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分離。
12. 密閉試件內(nèi)部產(chǎn)生高壓。
 
    低溫效應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的影響主要為：
1． 使材料硬化及脆化。
2. 不同材料的不同收縮特性而使零件卡死。
3. 由于潤(rùn)滑劑增加粘性而失去潤(rùn)滑作用。
4. 電性改變 (如電阻, 電容等) 。
5. 變壓器和機(jī)電組件功能改變。
6. 沖擊基座變硬。
7. 使樣品產(chǎn)生裂痕、脆化并改變耐沖擊強(qiáng)度及減低強(qiáng)度。
8. 玻璃產(chǎn)生靜力疲勞。
9. 使水凝結(jié)和冰凍。
 
   溫變效應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的影響有：
1. 玻璃產(chǎn)品和光學(xué)裝備破裂。
2. 可動(dòng)零件卡死或松動(dòng)。
3. 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分離。
4. 電性改變。
5. 由于急速凝結(jié)水或結(jié)冰造成電子或機(jī)械失效。
6. 以顆粒狀或紋狀產(chǎn)生破裂。
7. 不同材料之不同收縮或膨脹特性。
8. 組件變形或破裂。
9. 表面涂料產(chǎn)生裂紋。
10.密封出之出現(xiàn)漏氣
 
高低溫實(shí)驗(yàn)的設(shè)備
高低溫實(shí)驗(yàn)最重要的設(shè)備就是高低溫實(shí)驗(yàn)箱。選擇高低溫實(shí)驗(yàn)箱時(shí)有幾個(gè)基本參考準(zhǔn)則
1．溫度條件能夠再現(xiàn)
  在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完整而地再現(xiàn)自然界存在的溫度條件是可望而不可及的事情。但是，在一定的容差范圍之內(nèi)，人們完全可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存、運(yùn)輸?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界溫度條件，這段話用工程的語言概括，就是“實(shí)驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的溫度條件（含平臺(tái)環(huán)境）應(yīng)該滿足產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的溫度條件及其容差的要求”。如用于軍工產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)的高低溫實(shí)驗(yàn)箱不僅要滿足國(guó)軍標(biāo) GJB150.3-86、GJB150.4-86中根據(jù)不同類型產(chǎn)品所規(guī)定的高溫、低溫的實(shí)驗(yàn)量值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)也應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)規(guī)范中對(duì)溫度
場(chǎng)的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣，才能保證實(shí)驗(yàn)樣品在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中溫度條件能夠再現(xiàn)。
2. 溫度條件的可重復(fù)性
    一臺(tái)高低溫實(shí)驗(yàn)箱/老化箱可能用于同一類型產(chǎn)品的多次實(shí)驗(yàn)，而一臺(tái)被試的工程產(chǎn)品也可能在不同的高低溫實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為了保證同一臺(tái)產(chǎn)品在同一實(shí)驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的溫度條件下所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比較性，必然要求高低溫實(shí)驗(yàn)箱所提供的溫度條件具有可重復(fù)性。這也就是說，高低溫實(shí)驗(yàn)箱施用于被實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的熱應(yīng)力水平對(duì)于同一實(shí)驗(yàn)規(guī)范的要求是一致的。
高低溫實(shí)驗(yàn)箱所提供溫度條件的可重復(fù)性是由國(guó)家計(jì)量檢定部門依據(jù)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)所制定的檢定規(guī)程檢定合格后提供保證。為此，必須要求高低溫實(shí)驗(yàn)箱能滿足檢定規(guī)程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及精度指標(biāo)的要求，并且在使用時(shí)間上不超過檢定周期所規(guī)定的時(shí)限。
3.溫度條件參數(shù)的可控性
   任何一臺(tái)高低溫實(shí)驗(yàn)箱所提供的溫度條件必須是可觀測(cè)的和可控制的，這不僅是為了使溫度參數(shù)限制在一定的容差范圍之內(nèi)，保證實(shí)驗(yàn)條件的再現(xiàn)性和重復(fù)性要求，而且從產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)的安全出發(fā)也是必須的，以便防止因溫度條件失控導(dǎo)致被實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的損壞，帶來不必要的損失。目前各種實(shí)驗(yàn)規(guī)范中大體要求參數(shù)測(cè)試的精度不應(yīng)低于實(shí)驗(yàn)條件允許誤差的三分之一。
4. 高低溫實(shí)驗(yàn)箱/老化箱本身的安全可靠性
高低溫實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)的對(duì)象有時(shí)是價(jià)值很高的產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)人員經(jīng)常要在現(xiàn)場(chǎng)周圍進(jìn)行操作或測(cè)試工作，因此要求環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備必須具有運(yùn)行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，以確保實(shí)驗(yàn)本身的正常進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的各種保護(hù)、告警措施及安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)該完善可靠，以保證實(shí)驗(yàn)人員、被試產(chǎn)品和實(shí)驗(yàn)設(shè)備本身的安全可靠性。
5.高低溫實(shí)驗(yàn)箱對(duì)于產(chǎn)品的適應(yīng)度
這一點(diǎn)最主要的就是要考慮測(cè)試產(chǎn)品的大小來決定最后選擇的高低溫實(shí)驗(yàn)箱的容積大小。
    一般來說將被試產(chǎn)品（元器件、組件、部件或整機(jī)）置入高低溫實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了保證被試產(chǎn)品周圍環(huán)境能滿足實(shí)驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的溫度條件，高低溫實(shí)驗(yàn)箱工作空間尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)規(guī)定：
A． 被試產(chǎn)品的體積（W×D×H）不得超過實(shí)驗(yàn)箱有效工作空間的（20%-35%）（推薦選用 20%）。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)中發(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于 30% 。
B． 被試產(chǎn)品的迎風(fēng)斷面積與該斷面上實(shí)驗(yàn)箱工作腔總面積之比不大于（35%-50%）（推薦選用 35%）。
C． 被試產(chǎn)品外廓表面距實(shí)驗(yàn)箱壁的距離至少應(yīng)保持 100mm-150mm，（推薦選用 150mm）。
 
火焰離子檢測(cè)器
     1958 年 Mewillan 和 Harley 等分別研制成功火焰離子檢側(cè)器，它是典型的破壞性、質(zhì)量型檢測(cè)器，是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源當(dāng)有機(jī)化合物進(jìn)入以氫氣和氧氣燃燒的火焰，在高溫下產(chǎn)生化學(xué)電離，電離產(chǎn)生比基流高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的離子，在高壓電場(chǎng)的定向作用下，形成離子流，微弱的離子流（10-12～10-8A）經(jīng)過高阻（106～1011Ω）放大，成為與進(jìn)入火焰的有機(jī)化合物量成正比的電信號(hào)，因此可以根據(jù)信號(hào)的大小對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定量分析。火焰離子檢測(cè)器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、操作方便，所以經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，今天的主要結(jié)構(gòu)仍無實(shí)質(zhì)性的變化
火焰離子檢測(cè)器的構(gòu)造 
 
火焰離子檢測(cè)器的電離室由金屬圓筒作外罩，底座中心有噴嘴;噴嘴附近有環(huán)狀金屬圈(極化極，又稱發(fā)射極)，上端有一個(gè)金屬圓簡(jiǎn)(收集極)。兩者間加90～300V 的直流電壓，形成電離電場(chǎng)加速電離的離子。收集極捕集的離子硫經(jīng)放大器的高組產(chǎn)生信號(hào)、放大后物送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；燃燒氣、輔助氣和色譜柱由底座引入；燃燒氣及水蒸氣由外罩上方小孔逸出。
 
 
火焰離子檢測(cè)器的操作條件
火焰溫度，離子化程度和收集效率都與載氣、氫氣、空氣的流量和相對(duì)比值有關(guān)?，F(xiàn)在我們公司通常將火焰離子檢測(cè)器的操作條件設(shè)定為：（見圖 9，圖 10）氫氣流量：30 ml/min, 空氣流量：400 ml/min, 氮?dú)饬髁浚?5 ml/min.檢測(cè)器溫度設(shè)為 300 攝氏度。
 
 
 
 
 
氫氣流量的影響：氫氣作為燃燒氣與氮?dú)?載氣)預(yù)混合后進(jìn)入噴嘴當(dāng)?shù)獨(dú)饬魉俟潭〞r(shí)，隨著氫氣流速的蹭加，輸出信號(hào)也隨之增加，并達(dá)到一個(gè)值后迅速下降。如下圖 12 所示。由圖可見：通常氫氣的流量為 30～60mL/min。有時(shí)是氫氣作為載氣，氮?dú)庾鳛檠a(bǔ)充氣，其效果是一樣的。
 
氫氣安全控制系統(tǒng)的重要性
 當(dāng)進(jìn)行高低溫實(shí)驗(yàn)的搭建時(shí)，我們通常先將測(cè)試的氣相色譜儀先置于高低溫實(shí)驗(yàn)箱中，然后再進(jìn)行電路，氣路以及通訊的連接 
所有的氣管，電源線，以及通訊線均通過高低溫實(shí)驗(yàn)箱側(cè)面的小孔連接到實(shí)腔體內(nèi)部的測(cè)試儀器
氫氣安全控制系統(tǒng)的組成
它的主要技術(shù)參數(shù)如下
1.工作溫度濕度范圍為：（-20C）--（+50C）
2.工作濕度范圍為：10%--90%
3.工作電源：24VDC（12-28VDC），250mA
4.防護(hù)等級(jí)：IP66
5.氫氣傳感器（單位是 ppm）： 顯示代碼為 H2， 量程 0-999， 分辨率 1標(biāo)樣氣濃度 100，標(biāo)氣范圍 0-300， 低報(bào)警 10，高報(bào)警為 20.
所有的技術(shù)參數(shù)均符合實(shí)驗(yàn)室里工作環(huán)境。此氫氣探測(cè)器本身具有個(gè) 3 個(gè)繼電器，分別為故障報(bào)警，低濃度報(bào)警，以及高濃度報(bào)警，我們可以利用了這 3 個(gè)繼電器，將系統(tǒng)分為了：故障報(bào)警，疑似泄漏報(bào)警，以及泄漏報(bào)警
  氫氣安全控制系統(tǒng)的驗(yàn)證 
  氫氣安全控制系統(tǒng)的驗(yàn)證，主要是通過向高低溫實(shí)驗(yàn)箱/老化箱中的通入未知濃度的氫氣和空氣的混合樣品氣，然后通過我們預(yù)先設(shè)定的參數(shù)和系統(tǒng)的反應(yīng)，可以估算出混合樣品氣中氫氣的含量，然后我們采集這些混合樣品氣，通過專門的方法，送入我們的氣相色譜儀進(jìn)行定量分析，從而可以的得出混合樣品氣中氫氣的含量，如果兩者的結(jié)果吻合，那么就可以證明此氫氣安全系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
     由于考慮到安全因素，我們無法將整個(gè)高低溫實(shí)驗(yàn)箱通入大量氫氣，因此為了讓進(jìn)樣口能夠采集到我們調(diào)配的樣品氣，我們將樣品氣直接通入氣球中，將密閉狀態(tài)的氣球模擬成為有氫氣泄漏的高低溫實(shí)驗(yàn)箱。
 
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