專利名稱：一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱的制作方法
一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)保、材料腐蝕研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種可原位觀測試樣表面狀態(tài)的控溫、控濕、控制氣體濃度的微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱。技術(shù)背景
隨著科技的進(jìn)步，電子元器件的集成化和微型化進(jìn)一步提升，極微量的吸附液膜或腐蝕產(chǎn)物都會對電子元器件的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。電子元器件環(huán)境損傷的性質(zhì)是其金屬表面上一旦形成薄液膜則開始發(fā)生腐蝕電化學(xué)反應(yīng)，特別當(dāng)存在so2、H2S、NOx等污染氣體時，電子元器件會快速腐蝕，導(dǎo)致器件功能喪失殆盡，使整體系統(tǒng)崩潰。即使在大氣環(huán)境中存在很少一點(diǎn)PPb級濃度的S02、H2S, NOx等有害氣體，也會對電子設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致電子設(shè)備故障。例如，某金融企業(yè)價值2億元的計(jì)算機(jī)主機(jī)房電路板中的鍍銀電子元器件在含硫空氣中多次快速發(fā)生腐蝕故障，致使金融數(shù)據(jù)系統(tǒng)多次崩潰，后果十分嚴(yán)重。
目前關(guān)于微量(ppb量級)腐蝕性氣體環(huán)境的腐蝕研究剛剛起步，這在很大程度上受制于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展水平。傳統(tǒng)的氣瓶配氣——多級稀釋方式產(chǎn)生的污染氣體濃度只能精確到PPm量級，遠(yuǎn)達(dá)不到ppb量級的精度，而且占地面積大，操作過程復(fù)雜；而少數(shù)利用滲透管載帶并稀釋方式產(chǎn)生腐蝕性氣體的裝置能達(dá)到PPb量級要求，但只能提供單一氣源，并且不能控制溫度和濕度，不能原位觀測試樣表面狀態(tài)，這遠(yuǎn)不能滿足微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)的需要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱，解決了以往設(shè)備使用過程中費(fèi)用昂貴占地面積大、裝置精度低、氣源單一、溫濕度不可控、不能原位觀測的問題，實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單、輕巧方便、多路氣源、控溫控濕、原位觀測的高精度PPb量級 (10-10000ppb)的微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱。
本發(fā)明包括潔凈空氣給氣模塊、微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊、樣品腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊、氣體回收模塊和原位圖像采集系統(tǒng)。
1.潔凈空氣給氣模塊由空氣壓縮機(jī)、穩(wěn)壓閥、和由氫氧化鈉、變色硅膠、堿石棉、分子篩、穩(wěn)壓閥和壓力表組成的干燥凈化管，用以形成穩(wěn)壓空氣源，并將空氣中的粉塵顆粒物和水汽過濾去除，為環(huán)境試驗(yàn)箱提供潔凈空氣。
2.微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊由一個或多個腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)和潔凈空氣系統(tǒng)組成；所述的腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)由第二針閥、第二質(zhì)量流量計(jì)、第一自適應(yīng)控溫儀、第一恒溫槽和滲透管組成；第一針閥、第二質(zhì)量流量計(jì)與滲透管通過管線順次連接，滲透管位于第一恒溫槽中，第一自適應(yīng)控溫儀與第一恒溫槽相連接，用以控制第一恒溫槽中的溫度；滲透管在恒定溫度下，提供穩(wěn)定的腐蝕性氣體源，第二質(zhì)量流量計(jì)用來控制載帶氣體的流速，可以將載帶出的氣體濃度控制在I-IOOOppb ；所述的潔凈空氣系統(tǒng)由第一針閥、第一質(zhì)量流量計(jì)、配氣室組成；第二針閥、第一質(zhì)量流量計(jì)與配氣室順次連接；所述的壓力表通過管線與腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)和潔凈空氣系統(tǒng)中的針閥相連接； 滲透管原理是由內(nèi)裝液態(tài)的污染氣體及與之緊密配合的滲透帽組成，可用于氣體標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生源。其濃度計(jì)算可按下式計(jì)算P、-(7 =石 χ 10img/m3)式中，C 微量腐蝕氣體濃度(jng/m3或ppm)；I:腐蝕氣體的摩爾質(zhì)量乃；^ 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)(/ );V0 腐蝕氣體的摩爾體積乃；G 標(biāo)準(zhǔn)溫度GO;P 環(huán)境大氣壓強(qiáng)(/ );r 恒溫槽溫度on;R 滲透管的滲透率(U g/min )；Q 載帶氣體流量QnL/min )。
當(dāng)一個滲透管給定后，其參透率R為定值，不同濃度微量氣體，主要通過調(diào)節(jié)載帶氣體流量及恒溫槽溫度來確定。
3.樣品腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊由溫度控制部分、濕度控制部分、風(fēng)機(jī)、樣品臺和氣體混合室組成；第二自適應(yīng)控溫儀與第二恒溫槽相連接，構(gòu)成溫度控制部分；濕度控制部分包括加濕源、第三質(zhì)量流量計(jì)和自適應(yīng)控濕儀，第三質(zhì)量流量計(jì)和加濕源通過管道與氣體混合室M相連接，自適應(yīng)控濕儀與氣體混合室、第三質(zhì)量流量計(jì)相連接，第三質(zhì)量流量計(jì)通過自適應(yīng)控濕儀的反饋信號控制加濕源的流量，實(shí)現(xiàn)濕度控制；風(fēng)機(jī)和試樣架位于氣體混合室中；待測試樣位于試樣架上；所述的腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)所產(chǎn)生的腐蝕氣體在管線中混合后進(jìn)入氣體混合室中；所述的潔凈空氣系統(tǒng)中的配氣室與氣體混合室相連接，所有混合氣體由風(fēng)機(jī)攪拌均勻。
4.氣體回收模塊對試驗(yàn)后的尾氣進(jìn)行過濾回收，清除其中的有害性氣體，如H2S、 SO2 ο
5.原位圖像采集系統(tǒng)由長焦數(shù)碼攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)組成，可以透過氣體混合室的玻璃觀察窗對試樣表面狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時觀測。
本發(fā)明是一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)的專用設(shè)備，能夠替代現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、NACE標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的污染氣體環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。與傳統(tǒng)的氣瓶配氣——多級稀釋方式的裝置相比具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單、小巧、造價低、污染小、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)；與其他利用滲透管載帶并稀釋方式的裝置相比，具有氣路多、可控溫、可控濕、可原位觀測試樣表面狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本發(fā)明具體構(gòu)成總圖及部分部件透視圖。
圖中1.空氣壓縮機(jī)、2.穩(wěn)壓閥、3..氫氧化鈉、.4.變色硅膠、5.堿石棉、6.分子篩、7.穩(wěn)壓閥、8.壓力表、9.第一針閥、10.第二針閥、11.第一質(zhì)量流量計(jì)、12.第二質(zhì)量流量計(jì)、 13.第一自適應(yīng)控溫儀、14.第一恒溫槽、15.滲透管、16.配氣室、17.第二自適應(yīng)控溫儀、 18.第三質(zhì)量流量計(jì)、19.加濕源、20.自適應(yīng)控濕儀、21.風(fēng)機(jī)、22.第二恒溫槽，23.試樣架、24.氣體混合室、25.尾氣回收、26.長焦攝像機(jī)、27.計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式。
潔凈空氣給氣模塊由空氣壓縮機(jī)1、穩(wěn)壓閥2和由氫氧化鈉3、變色硅膠4、堿石棉 5、分子篩6、穩(wěn)壓閥7和壓力表8組成干燥凈化管。稀釋和載帶空氣由空氣壓縮機(jī)1生成， 流經(jīng)穩(wěn)壓閥2、干燥凈化管后被分成四路進(jìn)入微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊。
其中一路經(jīng)過帶第一針閥9的第一流量計(jì)11進(jìn)入配氣室16組成潔凈空氣系統(tǒng)， 作為二次稀釋氣體源。其它三路進(jìn)入一個或多個腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)，經(jīng)過帶第一針閥10 的第二流量計(jì)12進(jìn)入第一恒溫槽14，將槽內(nèi)裝有一定物質(zhì)的滲透管15中的滲出物或擴(kuò)散物稀釋載帶至樣品腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊，第一自適應(yīng)控溫儀13對第一恒溫槽14進(jìn)行溫度控制，從而控制滲透管15的擴(kuò)散速率。
在腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊中，第二自適應(yīng)控溫儀17對反應(yīng)室內(nèi)溫度進(jìn)行控制、自適應(yīng)控濕儀20對第三質(zhì)量流量計(jì)18和加濕器19進(jìn)行控制，從而控制反應(yīng)室內(nèi)的濕度。風(fēng)機(jī)21 的運(yùn)轉(zhuǎn)可以保證反應(yīng)室內(nèi)溫度、濕度和污染氣體濃度的均勻，試驗(yàn)后的氣體經(jīng)氣體回收模塊25處理后放空。原位圖像采集系統(tǒng)的長焦攝像機(jī)沈透過腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊的玻璃窗口對樣品表面狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時原位觀測，并通過計(jì)算機(jī)27對圖像進(jìn)行記錄。
這里盡力提醒注意的是上述說明中涉及的實(shí)例中的各個部件只是首選實(shí)例的一種設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要考慮了便于加工和降低成本。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種控溫(25-80°C)、控濕 (40-97%)、控制微量腐蝕性氣體濃度(10-10000ppb)的多氣路微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱， 適合于環(huán)保、材料腐蝕研究等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱，其特征在于試驗(yàn)箱由潔凈空氣給氣模塊、微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊、樣品腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊、氣體回收模塊和原位圖像采集系統(tǒng)組成；所述的潔凈空氣給氣模塊由空氣壓縮機(jī)(1)、穩(wěn)壓閥(2)、干燥凈化管、穩(wěn)壓閥(7)和壓力表(8)依次連接組成，潔凈空氣給氣模塊用以形成穩(wěn)壓空氣源，并將空氣中的粉塵顆粒物和水汽過濾去除，為環(huán)境試驗(yàn)箱提供潔凈空氣；所述的微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊由一個或多個腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)和潔凈空氣系統(tǒng)組成；所述的腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)由第二針閥(10)、第二質(zhì)量流量計(jì)(12)、第一自適應(yīng)控溫儀(13)、第一恒溫槽(14)和滲透管(15)組成；第二針閥(10)、第二質(zhì)量流量計(jì)(12)與滲透管(15)通過管線順次連接，滲透管(15)位于第一恒溫槽(14)中，第一自適應(yīng)控溫儀(13) 與恒溫槽(14)相連接，用以控制第一恒溫槽(14)中的溫度；滲透管(15)在恒定溫度下，提供穩(wěn)定的腐蝕性氣體源，第二質(zhì)量流量計(jì)(12)用來控制載帶氣體的流速，可以將載帶出的氣體濃度控制在I-IOOOppb ；所述的潔凈空氣系統(tǒng)由第一針閥(9)、第一質(zhì)量流量計(jì)(11)、配氣室(16)組成；針閥 (9)、第一質(zhì)量流量計(jì)(11)與配氣室(16)順次連接；所述的壓力表(8)通過管線與腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)和潔凈空氣系統(tǒng)中的針閥相連接； 所述的樣品腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊由溫度控制部分、濕度控制部分、風(fēng)機(jī)(21)、試樣架 (23)和氣體混合室(24)組成；溫度控制部分與氣體混合室(24)相連接，對氣體混合室(24) 進(jìn)行溫度控制；濕度控制部分與氣體混合室(24)相連接，對氣體混合室(24)進(jìn)行濕度控制；，風(fēng)機(jī)(21)和試樣架(23)位于氣體混合室(24)中；待測試樣位于試樣架(23)上；所述的腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)所產(chǎn)生的腐蝕氣體在管線中混合后進(jìn)入氣體混合室(24)中；所述的潔凈空氣系統(tǒng)中的配氣室(16)與氣體混合室(24)相連接，所有混合氣體由風(fēng)機(jī)(21)攪拌均勻；所述的原位圖像采集系統(tǒng)由長焦數(shù)碼攝像機(jī)(26)和計(jì)算機(jī)(27)組成，原位圖像采集系統(tǒng)透過氣體混合室(24)的玻璃觀察窗對試樣表面狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時觀測；所述的氣體回收模塊(25)與氣體混合室(24)相連接，用來對試驗(yàn)后的尾氣進(jìn)行過濾回收，清除其中的有害性氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱，其特征在于所述的干燥凈化管由氫氧化鈉(3)、變色硅膠(4)、堿石棉(5)和分子篩(6)依次連接組成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱，其特征在于所述的溫度控制部分為第二自適應(yīng)控溫儀(17)與第二恒溫槽(22)相連接，第二恒溫槽(22)包在氣體混合室(24)外。
4.如權(quán)利要求1所述的一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱，其特征在于所述的濕度控制部分包括加濕源(19 )、第三質(zhì)量流量計(jì)(18 )和自適應(yīng)控濕儀(20 )，第三質(zhì)量流量計(jì)(18 ) 和加濕源(19)通過管道與氣體混合室(24)相連接，自適應(yīng)控濕儀(20)與氣體混合室(24)、 第三質(zhì)量流量計(jì)(18 )相連接，第三質(zhì)量流量計(jì)(18 )通過自適應(yīng)控濕儀(20 )的反饋信號控制加濕源(19)的流量。
全文摘要
一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱屬于環(huán)保、材料腐蝕研究技術(shù)領(lǐng)域，包括潔凈空氣給氣模塊、微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊、樣品腐蝕試驗(yàn)反應(yīng)模塊、氣體回收模塊和原位圖像采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了一種可對樣品表面狀態(tài)進(jìn)行原位觀測的控溫(25-80℃)、控濕(40-97%)、控制微量腐蝕性氣體濃度(10-10000ppb)的多氣路微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱。優(yōu)點(diǎn)在于占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、污染小、精度高、可實(shí)現(xiàn)溫度、濕度和污染氣體濃度的同時控制，可對試樣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時圖像采集，適于在科研和工程試驗(yàn)研究中應(yīng)用。
文檔編號G01N17/00GK102539311SQ201210009830
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者李曉剛, 肖葵, 董超芳, 鄒士文 申請人:北京科技大學(xué)