HAST老化试验箱详解(二):核心构造与控制系统解析,一台高性能的HAST试验箱是一个复杂的机电一体化系统,其核心在于实现温度、湿度、压力的独立、稳定和精确控制,并确保样品表面无冷凝。
一、主体结构系统:
压力容器:与PCT类似,主体是一个耐压不锈钢腔体,但设计压力通常低于PCT(典型值0.3-0.4MPa)。必须具备压力安全释放装置。
加热系统:
空气加热器:用于加热腔体内的空气(干球温度),通常采用铠装加热管,分布合理以保证卓越的温度均匀性(如±0.5℃)。
夹套加热/保温:腔体外部可能有保温层或加热夹套,以减少热损失,提高温度稳定性。
加湿系统(核心差异点):
蒸汽发生器:主流方式。在腔体外单独设置一个加热罐,将去离子水加热产生纯净蒸汽,然后通过管道注入主腔体。这种方式蒸汽干燥,易于控制,不易引起样品冷凝。
超声波加湿器:另一种方式,通过超声波高频振荡产生细密水雾。需要精细控制以防过湿。
关键:加湿系统必须能快速响应湿度控制信号,并与加热系统协调工作。
二、控制系统(“大脑”与“神经”):
传感器:
干球温度传感器(Pt100等):测量空气温度。
压力传感器:监测腔体绝对压力。
核心——湿度传感器:通常采用露点传感器或干湿球传感器。露点传感器直接测量露点温度,结合干球温度可精确计算出相对湿度(%RH),是目前高精度HAST的首选。
控制逻辑:
温度控制:通过PID算法调节空气加热器的功率。
湿度控制:这是难点。控制系统根据设定的目标湿度(%RH)和目标温度,计算出所需的露点温度。然后通过调节蒸汽注入量(或超声波功率),并同步微调空气温度,使实测露点逼近目标露点,同时确保干球温度始终高于露点温度(即不饱和),从而实现精确的非冷凝湿度控制。
压力控制:通常作为一个从属变量进行控制,通过进气或排气阀维持一个略高于环境大气压的稳定正压(如0.02-0.05MPa),以防止外界空气渗入干扰内部环境。
三、高压加速老化试验箱偏压加载系统(BHAST关键组件):
高压引入端子:穿过腔体壁的高压绝缘密封端子,将外部电源与内部测试区连接。其绝缘耐压等级必须远高于测试电压(如AC 5kV以上)。
内部测试区:配备绝缘良好的样品架和接线柱,用于固定样品和连接偏压线路。
安全保护:系统具备短路保护、漏电检测、与门锁联动的自动断电等功能,确保高压测试的绝对安全。
四、辅助系统:
水处理系统:提供持续的高纯度去离子水(电阻率>1MΩ·cm)。
数据记录系统:连续记录所有环境参数(温、湿、压)和偏压电流等。
安全系统:超温、超压、缺水、漏电等多重报警和自动停机保护。
总结:HAST试验箱的技术精髓在于其 “解耦控制” 能力——将自然界中常相关联的温度和湿度变量独立开来,并在此之上叠加压力与电应力,从而在实验室内精准复现或加速各种复杂的真实环境应力组合。其控制系统是数学、热力学和自动控制理论的工程结晶。
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