自制氫氣安全控制系統(tǒng)在高低溫實驗中的應(yīng)用
 
結(jié)合高低溫測試中所遇到的問題，設(shè)計工作主要包括整個系統(tǒng)的布局，各個部件的選擇，如何設(shè)定系統(tǒng)的參數(shù)，以及如何驗證系統(tǒng)的可靠性等等。整個系統(tǒng)的布局上面盡量的能夠緊密結(jié)合在原有的實驗條件上，不會對實驗本身的結(jié)果產(chǎn)生影響。
高低溫實驗的重要性
    隨著科學(xué)技術(shù)經(jīng)濟貿(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，這就必須要進行環(huán)境實驗。
所謂環(huán)境實驗，就是將產(chǎn)品暴露在自然環(huán)境或人工模擬環(huán)境中，從而對它們實際上會遇到的貯存、運輸和使用條件下的性能做出評價。通過環(huán)境實驗，可以提供設(shè)計質(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。高低溫實驗是環(huán)境實驗中最常見的一種實驗。它主要模擬在不同的地域環(huán)境下，在使用或者運輸時候，產(chǎn)品本身能否維持正常工作的性能。
高低溫實驗對產(chǎn)品的影響
    前面已經(jīng)說到高低溫實驗主要模擬的是不同地域環(huán)境對產(chǎn)品的影響。具體來說，高低溫實驗中有三個效應(yīng)可能會對產(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. 潤滑劑失去粘性, 使?jié)櫥瑒┝魇Ф鴮?dǎo)致接點失去潤滑。
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. 變壓器和機電組件過熱。
10. 縮短操作壽命時限。
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. 由于潤滑劑增加粘性而失去潤滑作用。
4. 電性改變 (如電阻, 電容等) 。
5. 變壓器和機電組件功能改變。
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度及減低強度。
8. 玻璃產(chǎn)生靜力疲勞。
9. 使水凝結(jié)和冰凍。
 
   溫變效應(yīng)對產(chǎn)品的影響有：
1. 玻璃產(chǎn)品和光學(xué)裝備破裂。
2. 可動零件卡死或松動。
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
 
高低溫實驗的設(shè)備
高低溫實驗最重要的設(shè)備就是高低溫實驗箱。選擇高低溫實驗箱時有幾個基本參考準(zhǔn)則
1．溫度條件能夠再現(xiàn)
  在實驗室內(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“實驗設(shè)備所創(chuàng)造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的溫度條件（含平臺環(huán)境）應(yīng)該滿足產(chǎn)品實驗規(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)品實驗的高低溫實驗箱不僅要滿足國軍標(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、低溫的實驗量值、實驗時間，同時也應(yīng)滿足實驗規(guī)范中對溫度
場的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣，才能保證實驗樣品在實驗環(huán)境中溫度條件能夠再現(xiàn)。
2. 溫度條件的可重復(fù)性
    一臺高低溫實驗箱/老化箱可能用于同一類型產(chǎn)品的多次實驗，而一臺被試的工程產(chǎn)品也可能在不同的高低溫實驗箱中進行實驗，為了保證同一臺產(chǎn)品在同一實驗規(guī)范所規(guī)定的溫度條件下所得實驗結(jié)果的可比較性，必然要求高低溫實驗箱所提供的溫度條件具有可重復(fù)性。這也就是說，高低溫實驗箱施用于被實驗產(chǎn)品的熱應(yīng)力水平對于同一實驗規(guī)范的要求是一致的。
高低溫實驗箱所提供溫度條件的可重復(fù)性是由國家計量檢定部門依據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督機構(gòu)所制定的檢定規(guī)程檢定合格后提供保證。為此，必須要求高低溫實驗箱能滿足檢定規(guī)程中的各項技術(shù)指標(biāo)及精度指標(biāo)的要求，并且在使用時間上不超過檢定周期所規(guī)定的時限。
3.溫度條件參數(shù)的可控性
   任何一臺高低溫實驗箱所提供的溫度條件必須是可觀測的和可控制的，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)，保證實驗條件的再現(xiàn)性和重復(fù)性要求，而且從產(chǎn)品實驗的安全出發(fā)也是必須的，以便防止因溫度條件失控導(dǎo)致被實驗產(chǎn)品的損壞，帶來不必要的損失。目前各種實驗規(guī)范中大體要求參數(shù)測試的精度不應(yīng)低于實驗條件允許誤差的三分之一。
4. 高低溫實驗箱/老化箱本身的安全可靠性
高低溫實驗，實驗周期長，實驗的對象有時是價值很高的產(chǎn)品，實驗過程中，實驗人員經(jīng)常要在現(xiàn)場周圍進行操作或測試工作，因此要求環(huán)境實驗設(shè)備必須具有運行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長等特點，以確保實驗本身的正常進行。實驗設(shè)備的各種保護、告警措施及安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)該完善可靠，以保證實驗人員、被試產(chǎn)品和實驗設(shè)備本身的安全可靠性。
5.高低溫實驗箱對于產(chǎn)品的適應(yīng)度
這一點最主要的就是要考慮測試產(chǎn)品的大小來決定最后選擇的高低溫實驗箱的容積大小。
    一般來說將被試產(chǎn)品（元器件、組件、部件或整機）置入高低溫實驗箱進行實驗時，為了保證被試產(chǎn)品周圍環(huán)境能滿足實驗規(guī)范所規(guī)定的溫度條件，高低溫實驗箱工作空間尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點規(guī)定：
A． 被試產(chǎn)品的體積（W×D×H）不得超過實驗箱有效工作空間的（20%-35%）（推薦選用 20%）。對于在實驗中發(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驗箱工作腔總面積之比不大于（35%-50%）（推薦選用 35%）。
C． 被試產(chǎn)品外廓表面距實驗箱壁的距離至少應(yīng)保持 100mm-150mm，（推薦選用 150mm）。
 
火焰離子檢測器
     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)量型檢測器，是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源當(dāng)有機化合物進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)生比基流高幾個數(shù)量級的離子，在高壓電場的定向作用下，形成離子流，微弱的離子流（10-12～10-8A）經(jīng)過高阻（106～1011Ω）放大，成為與進入火焰的有機化合物量成正比的電信號，因此可以根據(jù)信號的大小對有機物進行定量分析?；鹧骐x子檢測器由于結(jié)構(gòu)簡單、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)仍無實質(zhì)性的變化
火焰離子檢測器的構(gòu)造 
 
火焰離子檢測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)，上端有一個金屬圓簡(收集極)。兩者間加90～300V 的直流電壓，形成電離電場加速電離的離子。收集極捕集的離子硫經(jīng)放大器的高組產(chǎn)生信號、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、空氣的流量和相對比值有關(guān)。現(xiàn)在我們公司通常將火焰離子檢測器的操作條件設(shè)定為：（見圖 9，圖 10）氫氣流量：30 ml/min, 空氣流量：400 ml/min, 氮氣流量：25 ml/min.檢測器溫度設(shè)為 300 攝氏度。
 
 
 
 
 
氫氣流量的影響：氫氣作為燃燒氣與氮氣(載氣)預(yù)混合后進入噴嘴當(dāng)?shù)獨饬魉俟潭〞r，隨著氫氣流速的蹭加，輸出信號也隨之增加，并達到一個值后迅速下降。如下圖 12 所示。由圖可見：通常氫氣的流量為 30～60mL/min。有時是氫氣作為載氣，氮氣作為補充氣，其效果是一樣的。
 
氫氣安全控制系統(tǒng)的重要性
 當(dāng)進行高低溫實驗的搭建時，我們通常先將測試的氣相色譜儀先置于高低溫實驗箱中，然后再進行電路，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驗箱側(cè)面的小孔連接到實腔體內(nèi)部的測試儀器
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.防護等級：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， 低報警 10，高報警為 20.
所有的技術(shù)參數(shù)均符合實驗室里工作環(huán)境。此氫氣探測器本身具有個 3 個繼電器，分別為故障報警，低濃度報警，以及高濃度報警，我們可以利用了這 3 個繼電器，將系統(tǒng)分為了：故障報警，疑似泄漏報警，以及泄漏報警
  氫氣安全控制系統(tǒng)的驗證 
  氫氣安全控制系統(tǒng)的驗證，主要是通過向高低溫實驗箱/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，我們無法將整個高低溫實驗箱通入大量氫氣，因此為了讓進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驗箱。
 
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