專利名稱：一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗箱的制作方法
一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗箱
技術領域
本發(fā)明屬于環(huán)保、材料腐蝕研究技術領域，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)境試驗箱。技術背景
隨著科技的進步，電子元器件的集成化和微型化進一步提升，極微量的吸附液膜或腐蝕產物都會對電子元器件的性能產生嚴重的影響。電子元器件環(huán)境損傷的性質是其金屬表面上一旦形成薄液膜則開始發(fā)生腐蝕電化學反應，特別當存在so2、H2S、NOx等污染氣體時，電子元器件會快速腐蝕，導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PPb級濃度的S02、H2S, NOx等有害氣體，也會對電子設備造成嚴重腐蝕，導致電子設備故障。例如，某金融企業(yè)價值2億元的計算機主機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，致使金融數據系統(tǒng)多次崩潰，后果十分嚴重。
目前關于微量(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)境試驗設備的發(fā)展水平。傳統(tǒng)的氣瓶配氣——多級稀釋方式產生的污染氣體濃度只能精確到PPm量級，遠達不到ppb量級的精度，而且占地面積大，操作過程復雜；而少數利用滲透管載帶并稀釋方式產生腐蝕性氣體的裝置能達到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)，這遠不能滿足微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗的需要。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗箱，解決了以往設備使用過程中費用昂貴占地面積大、裝置精度低、氣源單一、溫濕度不可控、不能原位觀測的問題，實現一種結構簡單、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、樣品腐蝕試驗反應模塊、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、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、第二質量流量計、第一自適應控溫儀、第一恒溫槽和滲透管組成；第一針閥、第二質量流量計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，第二質量流量計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、第一質量流量計、配氣室組成；第二針閥、第一質量流量計與配氣室順次連接；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，可用于氣體標準發(fā)生源。其濃度計算可按下式計算P、-(7 =石 χ 10img/m3)式中，C 微量腐蝕氣體濃度(jng/m3或ppm)；I:腐蝕氣體的摩爾質量乃；^ 標準大氣壓強(/ );V0 腐蝕氣體的摩爾體積乃；G 標準溫度GO;P 環(huán)境大氣壓強(/ );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，主要通過調節(jié)載帶氣體流量及恒溫槽溫度來確定。
3.樣品腐蝕試驗反應模塊由溫度控制部分、濕度控制部分、風機、樣品臺和氣體混合室組成；第二自適應控溫儀與第二恒溫槽相連接，構成溫度控制部分；濕度控制部分包括加濕源、第三質量流量計和自適應控濕儀，第三質量流量計和加濕源通過管道與氣體混合室M相連接，自適應控濕儀與氣體混合室、第三質量流量計相連接，第三質量流量計通過自適應控濕儀的反饋信號控制加濕源的流量，實現濕度控制；風機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)所產生的腐蝕氣體在管線中混合后進入氣體混合室中；所述的潔凈空氣系統(tǒng)中的配氣室與氣體混合室相連接，所有混合氣體由風機攪拌均勻。
4.氣體回收模塊對試驗后的尾氣進行過濾回收，清除其中的有害性氣體，如H2S、 SO2 ο
5.原位圖像采集系統(tǒng)由長焦數碼攝像機和計算機組成，可以透過氣體混合室的玻璃觀察窗對試樣表面狀態(tài)進行實時觀測。
本發(fā)明是一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗的專用設備，能夠替代現有試驗設備，達到國家標準(GB)、NACE標準和ISO標準中的污染氣體環(huán)境試驗標準要求。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、結構簡單、小巧、造價低、污染小、操作簡單等優(yōu)點；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。

圖1是本發(fā)明具體構成總圖及部分部件透視圖。
圖中1.空氣壓縮機、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.第一質量流量計、12.第二質量流量計、 13.第一自適應控溫儀、14.第一恒溫槽、15.滲透管、16.配氣室、17.第二自適應控溫儀、 18.第三質量流量計、19.加濕源、20.自適應控濕儀、21.風機、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、27.計算機。
具體實施方式
圖1為本發(fā)明的一種實施方式。
潔凈空氣給氣模塊由空氣壓縮機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1生成， 流經穩(wěn)壓閥2、干燥凈化管后被分成四路進入微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊。
其中一路經過帶第一針閥9的第一流量計11進入配氣室16組成潔凈空氣系統(tǒng)， 作為二次稀釋氣體源。其它三路進入一個或多個腐蝕性氣體發(fā)生系統(tǒng)，經過帶第一針閥10 的第二流量計12進入第一恒溫槽14，將槽內裝有一定物質的滲透管15中的滲出物或擴散物稀釋載帶至樣品腐蝕試驗反應模塊，第一自適應控溫儀13對第一恒溫槽14進行溫度控制，從而控制滲透管15的擴散速率。
在腐蝕試驗反應模塊中，第二自適應控溫儀17對反應室內溫度進行控制、自適應控濕儀20對第三質量流量計18和加濕器19進行控制，從而控制反應室內的濕度。風機21 的運轉可以保證反應室內溫度、濕度和污染氣體濃度的均勻，試驗后的氣體經氣體回收模塊25處理后放空。原位圖像采集系統(tǒng)的長焦攝像機沈透過腐蝕試驗反應模塊的玻璃窗口對樣品表面狀態(tài)進行實時原位觀測，并通過計算機27對圖像進行記錄。
這里盡力提醒注意的是上述說明中涉及的實例中的各個部件只是首選實例的一種設計，設計主要考慮了便于加工和降低成本。本發(fā)明實現了一種控溫(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)境試驗箱， 適合于環(huán)保、材料腐蝕研究等相關技術領域。
權利要求
1.一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗箱，其特征在于試驗箱由潔凈空氣給氣模塊、微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊、樣品腐蝕試驗反應模塊、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(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)、第二質量流量計(12)、第一自適應控溫儀(13)、第一恒溫槽(14)和滲透管(15)組成；第二針閥(10)、第二質量流量計(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，第二質量流量計(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)、第一質量流量計(11)、配氣室(16)組成；針閥 (9)、第一質量流量計(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反應模塊由溫度控制部分、濕度控制部分、風機(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)進行濕度控制；，風機(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)所產生的腐蝕氣體在管線中混合后進入氣體混合室(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，所有混合氣體由風機(21)攪拌均勻；所述的原位圖像采集系統(tǒng)由長焦數碼攝像機(26)和計算機(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)進行實時觀測；所述的氣體回收模塊(25)與氣體混合室(24)相連接，用來對試驗后的尾氣進行過濾回收，清除其中的有害性氣體。
2.如權利要求1所述的一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗箱，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.如權利要求1所述的一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗箱，其特征在于所述的溫度控制部分為第二自適應控溫儀(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.如權利要求1所述的一種微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗箱，其特征在于所述的濕度控制部分包括加濕源(19 )、第三質量流量計(18 )和自適應控濕儀(20 )，第三質量流量計(18 ) 和加濕源(19)通過管道與氣體混合室(24)相連接，自適應控濕儀(20)與氣體混合室(24)、 第三質量流量計(18 )相連接，第三質量流量計(18 )通過自適應控濕儀(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)境試驗箱屬于環(huán)保、材料腐蝕研究技術領域，包括潔凈空氣給氣模塊、微量腐蝕性氣體發(fā)生模塊、樣品腐蝕試驗反應模塊、氣體回收模塊和原位圖像采集系統(tǒng)。實現了一種可對樣品表面狀態(tài)進行原位觀測的控溫(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)境試驗箱。優(yōu)點在于占地面積小，結構簡單、操作方便、污染小、精度高、可實現溫度、濕度和污染氣體濃度的同時控制，可對試樣狀態(tài)進行實時圖像采集，適于在科研和工程試驗研究中應用。
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