CN102539311B - 一种微量腐蚀性气体环境试验箱 - Google Patents
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Abstract
一种微量腐蚀性气体环境试验箱属于环保、材料腐蚀研究技术领域，包括洁净空气给气模块、微量腐蚀性气体发生模块、样品腐蚀试验反应模块、气体回收模块和原位图像采集系统。实现了一种可对样品表面状态进行原位观测的控温（25-80℃）、控湿（40-97%）、控制微量腐蚀性气体浓度（10-10000ppb）的多气路微量腐蚀性气体环境试验箱。优点在于：占地面积小，结构简单、操作方便、污染小、精度高、可实现温度、湿度和污染气体浓度的同时控制，可对试样状态进行实时图像采集，适于在科研和工程试验研究中应用。
Description
技术领域
本发明属于环保、材料腐蚀研究技术领域，特别是提供了一种可原位观测试样表面状态的控温、控湿、控制气体浓度的微量腐蚀性气体环境试验箱。
技术背景
随着科技的进步，电子元器件的集成化和微型化进一步提升，极微量的吸附液膜或腐蚀产物都会对电子元器件的性能产生严重的影响。电子元器件环境损伤的性质是其金属表面上一旦形成薄液膜则开始发生腐蚀电化学反应，特别当存在SO2、H2S、NOx等污染气体时，电子元器件会快速腐蚀，导致器件功能丧失殆尽，使整体系统崩溃。即使在大气环境中存在很少一点ppb级浓度的SO2、H2S、NOx等有害气体，也会对电子设备造成严重腐蚀，导致电子设备故障。例如，某金融企业价值2亿元的计算机主机房电路板中的镀银电子元器件在含硫空气中多次快速发生腐蚀故障，致使金融数据系统多次崩溃，后果十分严重。
目前关于微量（ppb量级）腐蚀性气体环境的腐蚀研究刚刚起步，这在很大程度上受制于环境试验设备的发展水平。传统的气瓶配气——多级稀释方式产生的污染气体浓度只能精确到ppm量级，远达不到ppb量级的精度，而且占地面积大，操作过程复杂；而少数利用渗透管载带并稀释方式产生腐蚀性气体的装置能达到ppb量级要求，但只能提供单一气源，并且不能控制温度和湿度，不能原位观测试样表面状态，这远不能满足微量腐蚀性气体环境试验的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微量腐蚀性气体环境试验箱，解决了以往设备使用过程中费用昂贵占地面积大、装置精度低、气源单一、温湿度不可控、不能原位观测的问题，实现一种结构简单、轻巧方便、多路气源、控温控湿、原位观测的高精度ppb量级（10-10000ppb）的微量腐蚀性气体环境试验箱。
本发明包括洁净空气给气模块、微量腐蚀性气体发生模块、样品腐蚀试验反应模块、气体回收模块和原位图像采集系统。
1. 洁净空气给气模块由空气压缩机、稳压阀、和由氢氧化钠、变色硅胶、碱石棉、分子筛、稳压阀和压力表组成的干燥净化管，用以形成稳压空气源，并将空气中的粉尘颗粒物和水汽过滤去除，为环境试验箱提供洁净空气。
2. 微量腐蚀性气体发生模块由一个或多个腐蚀性气体发生系统和洁净空气系统组成；所述的腐蚀性气体发生系统由第二针阀、第二质量流量计、第一自适应控温仪、第一恒温槽和渗透管组成；第一针阀、第二质量流量计与渗透管通过管线顺次连接，渗透管位于第一恒温槽中，第一自适应控温仪与第一恒温槽相连接，用以控制第一恒温槽中的温度；渗透管在恒定温度下，提供稳定的腐蚀性气体源，第二质量流量计用来控制载带气体的流速，可以将载带出的气体浓度控制在1-1000ppb；
所述的洁净空气系统由第一针阀、第一质量流量计、配气室组成；第二针阀、第一质量流量计与配气室顺次连接；
所述的压力表通过管线与腐蚀性气体发生系统和洁净空气系统中的针阀相连接；
渗透管原理是由内装液态的污染气体及与之紧密配合的渗透帽组成，可用于气体标准发生源。其浓度计算可按下式计算：
式中，
C：微量腐蚀气体浓度（mg/m 3 或ppm）；
M：腐蚀气体的摩尔质量（g/mol）；
P 0 ：标准大气压强（Pa）；
V 0 ：腐蚀气体的摩尔体积（L/mol）；
T 0 ：标准温度（K）；
P：环境大气压强（Pa）；
T：恒温槽温度（K）；
R：渗透管的渗透率（μg/min）；
Q：载带气体流量（mL/min）。
当一个渗透管给定后，其参透率R为定值，不同浓度微量气体，主要通过调节载带气体流量及恒温槽温度来确定。
3. 样品腐蚀试验反应模块由温度控制部分、湿度控制部分、风机、样品台和气体混合室组成；第二自适应控温仪与第二恒温槽相连接，构成温度控制部分；湿度控制部分包括加湿源、第三质量流量计和自适应控湿仪，第三质量流量计和加湿源通过管道与气体混合室24相连接，自适应控湿仪与气体混合室、第三质量流量计相连接，第三质量流量计通过自适应控湿仪的反馈信号控制加湿源的流量，实现湿度控制；风机和试样架位于气体混合室中；待测试样位于试样架上；所述的腐蚀性气体发生系统所产生的腐蚀气体在管线中混合后进入气体混合室中；所述的洁净空气系统中的配气室与气体混合室相连接，所有混合气体由风机搅拌均匀。
4.气体回收模块对试验后的尾气进行过滤回收，清除其中的有害性气体，如H2S、SO2等。
5. 原位图像采集系统由长焦数码摄像机和计算机组成，可以透过气体混合室的玻璃观察窗对试样表面状态进行实时观测。
本发明是一种微量腐蚀性气体环境试验的专用设备，能够替代现有试验设备，达到国家标准（GB）、NACE标准和ISO标准中的污染气体环境试验标准要求。与传统的气瓶配气——多级稀释方式的装置相比具有精度高、结构简单、小巧、造价低、污染小、操作简单等优点；与其他利用渗透管载带并稀释方式的装置相比，具有气路多、可控温、可控湿、可原位观测试样表面状态等优点。
附图说明
图1是本发明具体构成总图及部分部件透视图。
图中：
1．空气压缩机、2.稳压阀、3..氢氧化钠、.4.变色硅胶、5.碱石棉、6.分子筛、7.稳压阀、8.压力表、9.第一针阀、10.第二针阀、11.第一质量流量计、12.第二质量流量计、13.第一自适应控温仪、14.第一恒温槽、15.渗透管、16.配气室、17.第二自适应控温仪、18.第三质量流量计、19.加湿源、20.自适应控湿仪、21.风机、22.第二恒温槽, 23.试样架、24.气体混合室、25.尾气回收、26.长焦摄像机、27.计算机。
具体实施方式
图1为本发明的一种实施方式。
洁净空气给气模块由空气压缩机1、稳压阀2和由氢氧化钠3、变色硅胶4、碱石棉5、分子筛6、稳压阀7和压力表8组成干燥净化管。稀释和载带空气由空气压缩机1生成，流经稳压阀2、干燥净化管后被分成四路进入微量腐蚀性气体发生模块。
其中一路经过带第一针阀9的第一流量计11进入配气室16组成洁净空气系统，作为二次稀释气体源。其它三路进入一个或多个腐蚀性气体发生系统，经过带第一针阀10的第二流量计12进入第一恒温槽14，将槽内装有一定物质的渗透管15中的渗出物或扩散物稀释载带至样品腐蚀试验反应模块，第一自适应控温仪13对第一恒温槽14进行温度控制，从而控制渗透管15的扩散速率。
在腐蚀试验反应模块中，第二自适应控温仪17对反应室内温度进行控制、自适应控湿仪20对第三质量流量计18和加湿器19进行控制，从而控制反应室内的湿度。风机21的运转可以保证反应室内温度、湿度和污染气体浓度的均匀，试验后的气体经气体回收模块25处理后放空。原位图像采集系统的长焦摄像机26透过腐蚀试验反应模块的玻璃窗口对样品表面状态进行实时原位观测，并通过计算机27对图像进行记录。
这里尽力提醒注意的是上述说明中涉及的实例中的各个部件只是首选实例的一种设计，设计主要考虑了便于加工和降低成本。本发明实现了一种控温（25-80℃）、控湿（40-97%）、控制微量腐蚀性气体浓度（10-10000ppb）的多气路微量腐蚀性气体环境试验箱，适合于环保、材料腐蚀研究等相关技术领域。
Claims (4)
1.一种微量腐蚀性气体环境试验箱，其特征在于：试验箱由洁净空气给气模块、微量腐蚀性气体发生模块、样品腐蚀试验反应模块、气体回收模块和原位图像采集系统组成；
所述的洁净空气给气模块由空气压缩机（1）、稳压阀（2）、干燥净化管、稳压阀（7）和压力表（8）依次连接组成，洁净空气给气模块用以形成稳压空气源，并将空气中的粉尘颗粒物和水汽过滤去除，为环境试验箱提供洁净空气；
所述的微量腐蚀性气体发生模块由一个或多个腐蚀性气体发生系统和一套洁净空气系统组成；所述的腐蚀性气体发生系统由第二针阀（10）、第二质量流量计（12）、第一自适应控温仪（13）、第一恒温槽（14）和渗透管（15）组成；第二针阀（10）、第二质量流量计（12）与渗透管（15）通过管线顺次连接，渗透管（15）位于第一恒温槽（14）中，第一自适应控温仪（13）与恒温槽（14）相连接，用以控制第一恒温槽（14）中的温度；渗透管（15）在恒定温度下，提供稳定的腐蚀性气体源，第二质量流量计（12）用来控制载带气体的流速，可以将载带出的气体浓度控制在1-1000ppb；
所述的洁净空气系统由第一针阀（9）、第一质量流量计（11）、配气室（16）组成；针阀（9）、第一质量流量计（11）与配气室（16）顺次连接；
所述的压力表（8）通过管线与腐蚀性气体发生系统和洁净空气系统中的针阀相连接；
所述的样品腐蚀试验反应模块由温度控制部分、湿度控制部分、风机（21）、试样架（23）和气体混合室（24）组成；温度控制部分与气体混合室（24）相连接，对气体混合室（24）进行温度控制；湿度控制部分与气体混合室（24）相连接，对气体混合室（24）进行湿度控制；，风机（21）和试样架（23）位于气体混合室（24）中；待测试样位于试样架（23）上；所述的腐蚀性气体发生系统所产生的腐蚀气体在管线中混合后进入气体混合室（24）中；所述的洁净空气系统中的配气室（16）与气体混合室（24）相连接，所有混合气体由风机（21）搅拌均匀；
所述的原位图像采集系统由长焦数码摄像机（26）和计算机（27）组成，原位图像采集系统透过气体混合室（24）的玻璃观察窗对试样表面状态进行实时观测；
所述的气体回收模块（25）与气体混合室（24）相连接，用来对试验后的尾气进行过滤回收，清除其中的有害性气体。
2.如权利要求1所述的一种微量腐蚀性气体环境试验箱，其特征在于：所述的干燥净化管由氢氧化钠（3）、变色硅胶（4）、碱石棉（5）和分子筛（6）依次连接组成。
3.如权利要求1所述的一种微量腐蚀性气体环境试验箱，其特征在于：所述的温度控制部分为第二自适应控温仪（17）与第二恒温槽（22）相连接，第二恒温槽（22）包在气体混合室（24）外。
4.如权利要求1所述的一种微量腐蚀性气体环境试验箱，其特征在于：所述的湿度控制部分包括加湿源（19）、第三质量流量计（18）和自适应控湿仪（20），第三质量流量计（18）和加湿源（19）通过管道与气体混合室（24）相连接，自适应控湿仪（20）与气体混合室（24）、第三质量流量计（18）相连接，第三质量流量计（18）通过自适应控湿仪（20）的反馈信号控制加湿源（19）的流量。
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