專利名稱：用于加速老化測試設(shè)備的樣本加熱器和控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于將太陽輻射集中到測試樣本上的加速老化測試設(shè)備，尤其涉及加熱元件和溫度傳感器可操作地連接測試樣本以便于控制測試樣本工作溫度的加速老化測試設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如涂料或油漆這樣的外涂層以及塑料和在暴露于太陽輻射和其它老化作用下傾向于降解的其它部件的廠商常常想要知道在數(shù)年的暴露之后這樣的產(chǎn)品表現(xiàn)如何。然而，這些廠商典型地需要在比正常條件下將所述材料暴露于老化作用所需時(shí)間大為縮短的時(shí)間內(nèi)知道所述信息。因此，開發(fā)出了加速老化測試設(shè)備，其由于暴露于室外的時(shí)間大為縮短而加速老化效果，從而廠商不需要真正等待五或十年以便確定他們的產(chǎn)品在實(shí)際暴露于室外五或十年之后將表現(xiàn)如何。
一個(gè)已知的加速老化測試設(shè)備在授予Caryl等人的美國專利No.2,945,417中被公開。前述的測試設(shè)備包括具有一系列的十個(gè)平面鏡的菲涅耳反射陽光集中器，所述陽光集中器將自然日光聚集到一系列測試樣本上，所述測試樣本固定到大約五(5)英寸寬和五十五(55)英寸長的靶板上。菲涅耳反射陽光集中器以大約八個(gè)太陽的強(qiáng)度將太陽輻射引導(dǎo)到靶板區(qū)域上。支承所述陽光集中器的鏡子的平臺(tái)和靶板兩者都由支架支承，所述支架可以旋轉(zhuǎn)以每日跟隨太陽的運(yùn)動(dòng)。
響應(yīng)太陽位置的太陽跟蹤機(jī)構(gòu)控制電動(dòng)機(jī)的操作，所述電動(dòng)機(jī)用于旋轉(zhuǎn)測試設(shè)備以跟隨太陽的運(yùn)動(dòng)。測試機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線朝南北方向定向，并且北方高度具有高度調(diào)節(jié)能夠以解決在一年中的不同時(shí)間太陽高度的變化問題。
這樣的已知裝置也帶有安裝在靶板上的風(fēng)洞?？諝馄珜?dǎo)器導(dǎo)致空氣從風(fēng)洞逸出的空氣通過安裝到靶板的測試樣本循環(huán)以防止測試樣本由于暴露于集中的太陽輻射而過熱?？諝饬渴艿狡珜?dǎo)器和樣本之間的間隙的尺寸控制。鼠籠式鼓風(fēng)機(jī)與風(fēng)洞連通，用于吹送冷卻周圍空氣通過那里。另外，靠近靶板提供水噴嘴，用于在周期性的間期濕潤測試樣本以模仿濕度、露水、雨水等的老化作用。
另一已知的加速老化測試設(shè)備在授予Robins的美國專利No.4,807,247中被公開。前述測試設(shè)備包括之前關(guān)于‘417專利所述的所有結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)一步包括在白天盡管周圍空氣溫度變化和太陽輻射強(qiáng)度變化但保持一致的、恒定的測試樣本溫度的系統(tǒng)。
所述系統(tǒng)包括安裝到靶板的溫度傳感器，所述溫度傳感器用于暴露到集中的太陽輻射并且用于產(chǎn)生指示安裝到靶板的測試樣本的溫度的電信號(hào)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制機(jī)構(gòu)，所述控制機(jī)構(gòu)電連接到所述溫度傳感器并且響應(yīng)由此產(chǎn)生的所述電信號(hào)，用于選擇地控制電力應(yīng)用到包含在空氣循環(huán)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)。這樣，所述控制機(jī)構(gòu)用于改變電動(dòng)機(jī)的速度并且由此控制通過靶板循環(huán)的冷卻周圍空氣的流率，從而測試樣本的溫度在理想的設(shè)定點(diǎn)保持恒定。
當(dāng)測試樣本的檢測溫度增加時(shí)，控制機(jī)構(gòu)增加鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的速度以通過靶板循環(huán)更多的冷卻周圍空氣以便將測試樣本的溫度降低到所述理想的設(shè)定點(diǎn)。類似地，如果目標(biāo)樣本的檢測溫度下降到理想的額定溫度之下，控制機(jī)構(gòu)減小鼓風(fēng)機(jī)的速度以允許測試樣本加熱恢復(fù)到所述理想的設(shè)定點(diǎn)。
溫度控制機(jī)構(gòu)也包括用戶可操作的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作為控制旋鈕的形式，用于允許用戶設(shè)置靜態(tài)的、理想的目標(biāo)樣本溫度。也提供了旁路開關(guān)，用于允許用戶以上述的受控溫度模式，或者以鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)以恒定速度工作的不受控模式操作所述測試設(shè)備。
已經(jīng)開發(fā)出了用于操作上述類型的加速老化測試設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)測試方法。美國測試和材料協(xié)會(huì)(ASTM)已經(jīng)發(fā)布了涵蓋所述測試程序的標(biāo)準(zhǔn)G90、E838、D4141、D3105、D3841、D5105、E1596和D4364以及用于指導(dǎo)這樣的室外加速老化測試的工作參數(shù)。其它標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)也被汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)、福特汽車公司、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)開發(fā)和規(guī)定，即SAE J576、SAE J1961、Ford EJB-M1J14-A、Ford EST-M5P11-A、ISO 877、ANSI/NSF 54、JIS Z2381和MIL-T-22085D。
除了上述類型的室外加速老化測試設(shè)備之外，利用人造輻射源來暴露測試樣本的其它測試設(shè)備也是已知的。這樣的測試設(shè)備的一個(gè)例子在授予Kockott的美國專利No.3,664,188中被公開。盡管這樣的裝置具有允許對輻射強(qiáng)度、溫度和濕度進(jìn)行精確控制的優(yōu)點(diǎn)，但是這樣的裝置常常不能復(fù)制測試樣本將在日常使用中實(shí)際暴露的自然日光的真實(shí)光譜。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)承認(rèn)和認(rèn)可自然日光和人造日光測試設(shè)備彼此截然不同并且產(chǎn)生不同的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置。
關(guān)于美國專利Nos.2,945,417和4,807,247在上面描述的類型的室外加速老化測試設(shè)備具有使用自然日光的優(yōu)點(diǎn)，因此測試樣本暴露于日光的真實(shí)光譜。然而，已發(fā)現(xiàn)室外加速老化測試設(shè)備的缺點(diǎn)。
室外加速老化裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)樣本暴露于室外條件時(shí)難以將測試樣本的溫度保持在一個(gè)溫度范圍內(nèi)。例如，在炎熱的測試期間，可能必須冷卻測試樣本從而使其溫度保持在測試溫度附近。
相反地，在較冷的測試期間，測試樣本必須被加熱從而使其溫度保持在測試溫度附近。因此，一些室外老化測試設(shè)備包括樣本加熱部件和用于控制這樣的樣本加熱部件的控制系統(tǒng)。溫度傳感器典型地被放置在測試樣本附近，所述溫度傳感器的輸出然后被提供給控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)控制加熱器以加熱測試樣本。然而在這些室外老化測試設(shè)備中，溫度傳感器不會(huì)檢測測試樣本的實(shí)際溫度，而是僅僅檢測測試樣本附著的對象的溫度或加熱器上或其附近的溫度。因此，盡管控制系統(tǒng)響應(yīng)其從溫度傳感器接收的輸入而控制加熱器的輸出，但是控制系統(tǒng)實(shí)際上并不控制測試樣本的溫度，因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵隹赡懿⒉恢甘緶y試樣本的實(shí)際溫度。
所以，在本領(lǐng)域中需要一種樣本加熱器及其相聯(lián)系的提供測試樣本的實(shí)際溫度控制的控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開的一個(gè)原理方面，一種用于將太陽輻射集中到測試樣本上的加速老化測試設(shè)備，包括將能量傳遞到測試樣本的加熱元件。溫度傳感器可操作地連接到測試樣本中的至少一個(gè)，用于產(chǎn)生代表測試樣本的工作溫度的測試信號(hào)。用于產(chǎn)生溫度設(shè)定點(diǎn)的控制器連接到所述溫度傳感器并且響應(yīng)所述測試信號(hào)，用于選擇性地控制應(yīng)用到所述加熱元件的功率電平以便控制能量傳遞到測試樣本的速率。


某些實(shí)施例在附圖中被顯示。然而，應(yīng)當(dāng)理解本公開并不限于在附圖中顯示的布置和機(jī)構(gòu)，其中圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)老化測試設(shè)備的透視圖；圖2顯示了圖1的現(xiàn)有技術(shù)老化測試設(shè)備的樣本加熱系統(tǒng)的示意圖；圖3顯示了圖2的樣本加熱系統(tǒng)的一些部分的示意圖；圖4顯示了用于圖2的樣本加熱系統(tǒng)的控制器的示意圖；圖5顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖6顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖7顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖8顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；和圖9顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；具體實(shí)施方式
為了闡述和理解在此公開的原理，現(xiàn)在參考在圖中示出的優(yōu)選實(shí)施例，并且將使用特定語言來描述所述實(shí)施例。然而應(yīng)當(dāng)理解這樣做的意圖不是限制范圍。在所例舉的實(shí)施例中的這樣的改變和進(jìn)一步改進(jìn)以及這樣的進(jìn)一步應(yīng)用是在此例舉的實(shí)施例所公開的原理，該公開所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將正常預(yù)見所述原理。
參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)的加速老化測試設(shè)備通常由附圖標(biāo)記20指示并且包括一對A形框架元件22和24以支承所述設(shè)備的操作部分。A形框架元件22、24的下端由底部元件26互連，所述底部元件可操作地連接到地面元件28以便提供沿箭頭30指示的方向的方位旋轉(zhuǎn)和沿箭頭31指示的方向的高度旋轉(zhuǎn)。高度方向旋轉(zhuǎn)解決了全天太陽高度的周期性變化問題。
支承多個(gè)平面鏡34、36的鏡臺(tái)框架32從A形框架元件22、24的上端旋轉(zhuǎn)地被支承。多面鏡子34、36被傾斜成將直接撞擊在這樣的鏡子上的太陽輻射反射到靶板38(見圖2)。
一對支柱40和42從鏡臺(tái)框架32并且垂直于鏡臺(tái)框架32向外延伸。具有大致矩形橫截面的風(fēng)洞44由支柱40、42的上端支承。參考圖2，靶板38由風(fēng)洞44的下壁支承，并且多個(gè)測試樣本46被安裝到靶板38，以暴露到集中的太陽輻射，其在圖2中由編號(hào)為39的向上延伸的箭頭表示。靶板38可以包括單個(gè)樣本46或多個(gè)類似或不同的樣本46。鼠籠式鼓風(fēng)機(jī)組件48與風(fēng)洞44的一端連通。鼠籠式鼓風(fēng)機(jī)組件48包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇以通過風(fēng)洞44循環(huán)周圍冷空氣，其在圖2中由編號(hào)為45的向外延伸的箭頭表示。如圖2中所示，風(fēng)洞44包括偏導(dǎo)器50，該偏導(dǎo)器在靶板38的長度上延伸并且導(dǎo)致周圍冷空氣橫過靶板38循環(huán)，以冷卻測試樣本46，其在圖2中由編號(hào)為23的箭頭表示。
支柱40、42旋轉(zhuǎn)地被支承到A形框架元件22、24的上端。與穿過支柱40、42的旋轉(zhuǎn)軸重合的支承軸43(如圖8中所示)旋轉(zhuǎn)地支承所述測試設(shè)備的一部分，所述部分每天跟蹤太陽的運(yùn)動(dòng)。為了正確定位由鏡子34、36組成的菲涅耳反射陽光集中器，通常由附圖標(biāo)記54指示的可逆電動(dòng)機(jī)和相關(guān)齒輪傳動(dòng)裝置被提供用于周期性地旋轉(zhuǎn)所述鏡臺(tái)和靶板組件以跟蹤太陽的運(yùn)動(dòng)。聯(lián)軸器(未示出)優(yōu)選地將支柱40連接到軸43(如圖8中所示)以旋轉(zhuǎn)鏡臺(tái)框架和靶板組件，同時(shí)允許在任何時(shí)刻手動(dòng)定位所述單元以校正任何定位誤差。
太陽能電池跟蹤單元52控制電力應(yīng)用到可逆電動(dòng)機(jī)以便保持鏡臺(tái)框架32垂直于日光的入射光線。太陽能跟蹤器可以是這樣的類型，其包括兩個(gè)平衡光電池和安裝在這樣的光電池之上，用于遮蔽它們的遮光裝置。當(dāng)檢測到由一個(gè)光電池比另一個(gè)光電池接收更多的日光而產(chǎn)生的不平衡時(shí)，產(chǎn)生電誤差信號(hào)，該電誤差信號(hào)被放大并且用于將電力應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)54，用于旋轉(zhuǎn)所述單元直到光電池再次被平衡，從而表明所述單元被正確地相對于太陽定位。
同樣在圖1中顯示的是水噴嘴組件，其通常由附圖標(biāo)記51指示。如圖1中所示，噴嘴組件51用于周期性地在測試樣本處噴水以模擬露水、雨水等。
鉸鏈護(hù)罩或蓋49顯示與空氣偏導(dǎo)器50相對地連接到風(fēng)洞44。門釋放機(jī)構(gòu)47布置在風(fēng)洞44上以接合所述護(hù)罩并將其保持在打開位置。當(dāng)釋放時(shí)，護(hù)罩49呈關(guān)閉位置，使得由多面鏡子35反射的集中的太陽輻射不會(huì)到達(dá)測試樣本46。
具有至少一個(gè)溫度敏感部件的反饋裝置固定到靶板38，所述溫度敏感部件以導(dǎo)熱關(guān)系與之固定。這樣的部件可以是熱敏電阻、熱電偶、電阻溫度裝置、集成電路溫度裝置、半導(dǎo)體溫度裝置或用于檢測反饋裝置的溫度的任何其它合適的裝置。所述反饋裝置可以由具有已知導(dǎo)熱性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)材料形成或者可以由類似于所述測試樣本的材料形成。所述溫度敏感部件可以嵌入、附著到反饋裝置的后表面或附著到前表面。作為另一選擇，為了確定反饋裝置的溫度，可以使用非接觸式光學(xué)溫度傳感器裝置、紅外傳感器、輻射溫度計(jì)、高溫傳感器、雙金屬傳感器、封入式系統(tǒng)溫度計(jì)、液體或氣體、或熱成像系統(tǒng)。所述反饋裝置優(yōu)選地涂有黑色涂料以保證所述反饋裝置將吸收撞擊到反饋裝置被固定于那里的靶板38的區(qū)域上的太陽輻射?？梢杂糜谠撃康牡暮线m的黑色涂料是DUPONT DULUX黑色高級(jí)高溫瓷漆。
再次參考圖1，控制器箱57封裝用于設(shè)備20的電力和控制器系統(tǒng)。電力電纜58為設(shè)備20供應(yīng)電力，以便為電動(dòng)機(jī)通電，所述電動(dòng)機(jī)也啟動(dòng)風(fēng)扇48。信號(hào)電纜60連接到布置在控制器箱57中的控制器系統(tǒng)，用于與下面將論述的遠(yuǎn)程布置的裝置，例如反饋裝置和輸入裝置通信，或者與根據(jù)本發(fā)明用于控制設(shè)備20的操作的中央指令通信。
參考圖2和3，典型的現(xiàn)有技術(shù)的樣本加熱系統(tǒng)70的示意性橫截面圖被顯示。樣本加熱系統(tǒng)70包括加熱元件72、嵌入到加熱元件72中的溫度傳感器74、壓板和控制器76。如圖3中所示，所述壓板包括夾住加熱元件72的一對間隔的板78。板78可以由鋁或其它合適的金屬構(gòu)造。加熱元件72可以是線繞硅橡膠加熱器。然而，任何合適的加熱元件可以用在板78之間。加熱元件72從控制器76通過電力電纜82接收電力。因此，如下文將要描述的，通過經(jīng)由加熱元件電力電纜82為加熱元件72供應(yīng)必要的電力，控制器76可以控制加熱元件72的加熱輸出。溫度傳感器74布置在板78之間。溫度傳感器74提供輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)代表溫度傳感器74附近的溫度。測試信號(hào)通過測試信號(hào)電纜84傳輸?shù)娇刂破?6。
還參考圖4，控制器76可以包括處理單元83和存儲(chǔ)程序指令的存儲(chǔ)器85，所述程序指令與溫度傳感器74或加熱元件相對于操作者輸入的設(shè)定點(diǎn)溫度的實(shí)際溫度的控制有關(guān)。所述控制器也可以包括用于提供以下功能的模擬控制電路?？刂破?6從溫度傳感器74接收測試信號(hào)，并且將測試信號(hào)傳達(dá)的溫度顯示在實(shí)際溫度顯示器86上?？刂破?6也包括顯示設(shè)定點(diǎn)溫度的設(shè)定點(diǎn)顯示器88。第一設(shè)定點(diǎn)控制按鈕90可以布置在設(shè)定點(diǎn)顯示器88附近，第二設(shè)定點(diǎn)控制按鈕92也可以布置在設(shè)定點(diǎn)顯示器88附近。第一和第二設(shè)定點(diǎn)控制按鈕90和92允許操作者增加或減小顯示在設(shè)定點(diǎn)顯示器88上的設(shè)定點(diǎn)溫度。例如，如圖2-4中所示，第一設(shè)定點(diǎn)控制按鈕90可以增加設(shè)定點(diǎn)溫度，而第二設(shè)定點(diǎn)控制按鈕92可以減小設(shè)定點(diǎn)溫度。如果顯示在實(shí)際溫度顯示器86上的溫度不等于顯示在設(shè)定點(diǎn)顯示器88上的設(shè)定點(diǎn)溫度或不在其附近，控制器76將增加或減小提供給加熱元件72的電力以分別增加或減小溫度傳感器74檢測的溫度。因此，控制器76調(diào)節(jié)溫度傳感器74附近的溫度以匹配或近似地匹配設(shè)定點(diǎn)溫度。
如圖2中所示，加熱元件72在樣本46和靶板38之間連接到靶板38的外部。由于溫度傳感器74布置在板78之間并且靠近或接觸加熱元件72，因此溫度傳感器74檢測的溫度可能不反映樣本46的實(shí)際溫度。尤其是，樣本46的暴露表面41的溫度可能與溫度傳感器74檢測的溫度非常不同。因此，盡管控制器76控制在傳感器74附近檢測的實(shí)際溫度，檢測的溫度可能不反映樣本46感受的溫度。
參考圖5，顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)170的一個(gè)實(shí)施例的示意性橫截面圖。圖5的樣本加熱系統(tǒng)在所有方面類似于樣本加熱系統(tǒng)70，區(qū)別在于，在樣本加熱系統(tǒng)170中，溫度傳感器74嵌入到測試樣本46中。因此溫度傳感器74可以檢測測試樣本46內(nèi)部和圍繞溫度傳感器74的測試樣本46的區(qū)域的溫度。所述區(qū)域也可以包括連接到加熱壓板72的測試樣本46的內(nèi)側(cè)和測試樣本46的暴露表面41。所以，實(shí)際溫度顯示器86可以代表更精確地反映測試樣本46的實(shí)際溫度的溫度。溫度傳感器74可以被配置成熱敏電阻、熱電偶、電阻溫度裝置、集成電路溫度裝置、半導(dǎo)體溫度裝置、非接觸式光學(xué)溫度傳感器裝置、紅外傳感器、輻射溫度計(jì)、高溫傳感器、雙金屬傳感器、封入式系統(tǒng)溫度計(jì)、液體或氣體、熱成像系統(tǒng)、或任何其它合適的溫度檢測裝置。
如果測試樣本46的溫度在整個(gè)測試樣本46中是一致的，溫度傳感器74檢測的溫度反映整個(gè)測試樣本46的溫度。然而，如果整個(gè)測試樣本46的溫度局部發(fā)生變化，溫度傳感器74檢測的溫度將是局部溫度，該局部溫度可以是靠近或圍繞溫度傳感器74的測試樣本的溫度。然而，由于加熱元件72和板78可以覆蓋測試樣本46的整個(gè)寬度，因此測試樣本46內(nèi)部的溫度變化可能很小。所以，溫度傳感器74檢測的溫度通?？梢苑从硿y試樣本46的溫度。為了提供在樣本46的表面內(nèi)部或之上的不同點(diǎn)檢測的局部溫度，溫度傳感器74可以放置在該測試樣本46之上或之內(nèi)的任何地方。
參考圖6，顯示了本公開的樣本加熱系統(tǒng)171的另一實(shí)施例的示意圖。圖6的樣本加熱系統(tǒng)在所有方面類似于樣本加熱系統(tǒng)70，區(qū)別在于，在樣本加熱系統(tǒng)171中，溫度傳感器74布置在測試樣本46的暴露表面41附近或之上。因此，溫度傳感器74感受的溫度很可能反映在暴露表面41或靠近暴露表面41的測試樣本46內(nèi)部的測試樣本46的溫度。因此，當(dāng)控制器76控制溫度傳感器74感受的溫度時(shí)，控制器76可以實(shí)際地控制在暴露表面41處或其附近的測試樣本46的溫度。
參考圖7，顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)172的另一實(shí)施例的示意性橫截面圖。圖7的樣本加熱系統(tǒng)在所有方面類似于樣本加熱系統(tǒng)170、171，區(qū)別在于，在樣本加熱系統(tǒng)172中，測試樣本46并不接觸加熱元件72或壓板78。樣本加熱系統(tǒng)172包括一對支腳96，樣本框架98連接到所述支腳。因此，支腳96在樣本框架98和加熱元件72或壓板78之間提供了氣隙99。樣本框架98被配置成保持測試樣本46。測試樣本46和加熱元件72或壓板78之間的氣隙99允許空氣流過氣隙99并冷卻樣本46。當(dāng)有必要進(jìn)行樣本46的加熱時(shí)，加熱元件72或壓板78可以產(chǎn)生熱量，該熱量可以通過氣隙99被傳遞到測試樣本46。所以，必要時(shí)測試樣本46可以通過氣隙99被冷卻，并且必要時(shí)可以由加熱元件72或壓板78加熱。
在某些測試條件下，加熱測試樣本46可能是不必要的，因?yàn)樵诎滋焯栞椛淇赡茏銐驅(qū)y試樣本46保持在設(shè)定點(diǎn)溫度。此外，在測試期間當(dāng)太陽輻射強(qiáng)烈時(shí)，測試樣本46實(shí)際上可能必須被冷卻，從而測試樣本46的溫度保持在設(shè)定點(diǎn)溫度或附近。所以，在某些測試過程中，可能有必要在白天冷卻測試樣本而在晚上加熱測試樣本。樣本加熱系統(tǒng)172通過提供氣隙99提供測試樣本46的冷卻。當(dāng)加熱元件72被關(guān)閉時(shí)，通過氣隙99的氣流可以冷卻測試樣本46。
在圖5-7中，加熱元件72可以布置在靶板38和測試樣本46之間。此外，圖5和6的加熱元件72直接接觸測試樣本46。然而，測試樣本46可以由不靠近或接觸測試樣本46的加熱元件加熱。參考圖8，顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)173的另一實(shí)施例的示意圖。圖8的樣本加熱系統(tǒng)173包括加熱元件100，該加熱元件可以布置在鏡臺(tái)框架32和樣本46之間并且不會(huì)接觸樣本46。加熱元件100朝著測試樣本46引導(dǎo)熱量。加熱元件100也可以包括反射器102，該反射器從加熱元件100向上朝著測試樣本46反射熱量?？刂破?6控制由加熱元件電力電纜104傳輸?shù)郊訜嵩?00的能量。因此，控制器76可以將測試樣本46(未示出)的溫度傳感器74感受的溫度保持在設(shè)定點(diǎn)溫度或附近。
用于檢測測試樣本46的溫度的溫度傳感器74也可以是非接觸式溫度傳感器或外部溫度傳感器。參考圖9，顯示了根據(jù)本公開的教導(dǎo)構(gòu)造的樣本加熱系統(tǒng)174的另一實(shí)施例的示意性橫截面圖。樣本加熱系統(tǒng)174包括布置在測試樣本46外部的非接觸式溫度傳感器110。溫度傳感器110可以是典型地用于檢測遠(yuǎn)距離對象的溫度的已知光學(xué)溫度傳感器中的任何一種。例如，非接觸式溫度傳感器110可以是檢查測試樣本46的暴露表面41的光學(xué)高溫計(jì)。然而，任何合適的非接觸式溫度傳感器都可以用在測試樣本46的外部以在測試期間檢測測試樣本46的溫度。
所公開的樣本加熱系統(tǒng)170-174并不限于在前文中說明的各個(gè)特定的實(shí)施例。例如，圖5和7的溫度傳感器74可以由圖9中所示的非接觸式溫度傳感器110代替并且如圖9中所示地實(shí)現(xiàn)樣本加熱系統(tǒng)170。在另一例子中，圖5-7的加熱元件72可以由圖8的加熱元件100和反射器102代替。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解用于樣本加熱系統(tǒng)170-174的上述實(shí)施例的任何組合都有可能實(shí)現(xiàn)理想的測試結(jié)果。
此外，盡管已經(jīng)顯示和描述了特定的優(yōu)選實(shí)施例，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本公開的教導(dǎo)的情況下進(jìn)行變化和改進(jìn)將是顯示易見的。在前面的描述和附圖中闡述的內(nèi)容僅僅作為示例而不是作為限制被提供。當(dāng)基于相關(guān)領(lǐng)域按照它們的正確觀點(diǎn)來理解時(shí)，本公開的實(shí)際范圍意味著由后附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于將太陽輻射集中到可操作地連接到靶板的測試樣本上的加速老化測試設(shè)備，包括反射陽光集中器，該反射陽光集中器與所述靶板可操作地連接和相對地布置并且適于調(diào)節(jié)所述測試樣本的工作溫度，所述加速老化測試設(shè)備包括將能量傳遞到所述測試樣本的加熱元件，所述加熱元件可操作地連接到所述設(shè)備；溫度傳感器，其可操作地連接到所述測試樣本中的至少一個(gè)，用于產(chǎn)生代表所述測試樣本的工作溫度的測試信號(hào)；和用于產(chǎn)生溫度設(shè)定點(diǎn)的控制器，其連接到所述溫度傳感器并且響應(yīng)所述測試信號(hào)，用于選擇性地控制應(yīng)用到所述加熱元件的功率電平以便控制能量傳遞到所述測試樣本的速率，當(dāng)所述測試樣本的工作溫度大于溫度設(shè)定點(diǎn)時(shí)所述速率大體減小，當(dāng)所述測試樣本的工作溫度大于溫度設(shè)定點(diǎn)時(shí)所述速率大體增大，當(dāng)所述測試樣本的工作溫度基本等于溫度設(shè)定點(diǎn)時(shí)所述速率大體保持恒定。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述加熱元件是壓板，該壓板鄰接所述靶板和所述測試樣本。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述壓板包括一對布置在線繞硅橡膠加熱裝置的相對兩側(cè)上的鋁板。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述加熱元件是壓板，該壓板被布置成鄰接所述靶板并且與所述測試樣本間隔。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述壓板包括一對布置在線繞硅橡膠加熱裝置的相對兩側(cè)上的鋁板。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中支腳將所述壓板與所述測試樣本隔開，以形成氣隙。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述加熱元件是用于發(fā)射入射在所述測試樣本的暴露表面上的能量的紅外裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述紅外裝置布置在與所述測試樣本間隔開的位置處。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述紅外裝置進(jìn)一步包括對準(zhǔn)所述測試樣本的反射器。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器可以從下列組中選擇熱敏電阻、熱電偶、電阻溫度裝置、集成電路溫度裝置、半導(dǎo)體溫度裝置、雙金屬傳感器、封入式系統(tǒng)溫度計(jì)、液體或氣體。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器嵌入到其中一個(gè)所述測試樣本中。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器布置在其中一個(gè)所述測試樣本的暴露表面上。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感器是用于監(jiān)視所述測試樣本的暴露表面的非接觸式裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述非接觸式裝置可以從下列組中選擇光學(xué)高溫計(jì)、紅外傳感器、輻射溫度計(jì)、高溫傳感器或熱成像系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器包括處理單元和存儲(chǔ)程序指令的存儲(chǔ)器，當(dāng)所述程序指令由處理單元使用時(shí)導(dǎo)致所述控制器運(yùn)行以便監(jiān)視產(chǎn)生的溫度設(shè)定點(diǎn)、相對于溫度設(shè)定點(diǎn)將功率電平應(yīng)用到所述加熱元件、從所述測試信號(hào)確定所述測試樣本的工作溫度、比較所述工作溫度和溫度設(shè)定點(diǎn)、調(diào)節(jié)應(yīng)用于所述加熱元件的功率電平和以預(yù)選的時(shí)間間隔重復(fù)上述步驟一段預(yù)期的時(shí)間。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述溫度設(shè)定點(diǎn)由提供給控制器的輸入產(chǎn)生。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述輸入是來自以下裝置的信號(hào)溫度敏感部件、用于重現(xiàn)記錄的環(huán)境溫度周期的裝置、用于產(chǎn)生靜態(tài)設(shè)定點(diǎn)的裝置或用于產(chǎn)生復(fù)合溫度周期的裝置。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器根據(jù)所述加熱元件、所述溫度設(shè)定點(diǎn)和所述測試樣本確定用于傳輸能量的功率電平。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器比較所述測試樣本的工作溫度和所述溫度設(shè)定點(diǎn)，以調(diào)節(jié)所述功率電平和以預(yù)選的時(shí)間間隔重復(fù)上述步驟一段預(yù)期的時(shí)間。
全文摘要
一種用于將太陽輻射集中到測試樣本上的加速老化測試設(shè)備，包括將能量傳遞到測試樣本的加熱元件。溫度傳感器可操作地連接到測試樣本中的至少一個(gè)，以產(chǎn)生代表測試樣本的工作溫度的測試信號(hào)。用于產(chǎn)生溫度設(shè)定點(diǎn)的控制器連接到所述溫度傳感器并且響應(yīng)所述測試信號(hào)，以選擇性地控制應(yīng)用到所述加熱元件的功率電平以便控制能量傳遞到測試樣本的速率。
文檔編號(hào)F24J2/10GK1841046SQ200610067848
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者H·K·哈德卡斯?fàn)柸?申請人:阿特拉斯材料測試技術(shù)有限責(zé)任公司