CN114623249B - 一种热氧老化箱换气速率调节方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料试验技术领域，公开了一种热氧老化箱换气速率调节方法及其装置，其中热氧老化箱换气速率调节方法包括如下步骤：设定目标换气速率；获取热氧老化箱的容积；关闭换气阀，获取此时热氧老化箱的功率；将换气阀开启至预定开度，获取此时热氧老化箱的功率；获取热氧老化箱中心位置的温度；获取热氧老化箱进气口处空气温度和空气密度；利用公式计算实际换气速率，比较实际换气速率和目标换气速率，若实际换气速率比目标换气速率大，则减小换气阀的开度；若实际换气速率比目标换气速率小，则增大换气阀的开度。由此，热氧老化箱的实际换气速率自动地得到调整，能够更趋近于目标换气速率，提高了老化测试的准确性，减少了人工成本。

Description

一种热氧老化箱换气速率调节方法及其装置

技术领域

本发明涉及材料试验技术领域，特别是涉及一种热氧老化箱换气速率调节方法及其装置。

背景技术

高分子材料在受到环境因素影响时，将逐步发生降解，并最终失效。因此，对于高分子材料的耐气候性能评估的意义重大。

现有技术中，出现了对高分子材料进行加速老化以对其耐候性能进行评估，热氧老化测试是一种对高分子材料进行人工老化的常见设备。热氧老化测试中，影响老化的关键参数主要有温度和换气速率，其中，换气速率对于材料热氧老化性能评估具有较大影响，但是，换气速率会随着环境温度和空气密度改变，从而导致实际换气速率与目标换气速率产生一定程度的偏差，对热氧老化箱老化测试结果产生一定影响，因此换气速率的稳定调节相当重要。

目前，换气速率一般通过人工调节，这种方式需要大量的工作量，且并不一定准确。第一，换气速率与环境温度和空气密度有关，而环境温度和空气密度时刻发生改变，手动调节换气速率难以跟上环境的实时变化，因此准确率受到了影响；第二，调节换气速率一般难以一步到位，需要反复、多次的调节，直至换气速率达到目标值，操作复杂，耗时长，投入的工作量大；第三，热氧老化箱老化测试的周期较长，在测试的过程中存在季节交替或周边设备运行状态改变等因素导致环境温度发生改变，因此还需要人工周期性地对换气速率进行调节，工作量大。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够自动进行换气速率调节的热氧老化箱换气速率调节方法及其装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种热氧老化箱换气速率调节方法，包括如下步骤：

设定目标换气速率N；

获取热氧老化箱的容积V；

关闭换气阀，获取此时热氧老化箱的功率P₁；

将换气阀开启至预定开度，获取此时热氧老化箱的功率P₂；

获取热氧老化箱中心位置的温度T₁；

获取热氧老化箱进气口处空气温度T₂；

获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ；

利用公式计算实际换气速率N’，如下：

比较实际换气速率N’和目标换气速率N，若N’比N大，则减小换气阀的开度；若N’比N小，则增大换气阀的开度。

进一步地，还包括如下步骤：

重复获取P₂、T₁、T₂以及ρ，重复计算实际换气速率N’，并根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小，减小或增大换气阀的开度。

进一步地，还包括如下步骤：

设定误差值S；

重复利用公式计算实际换气速率N’以减小或增大换气阀的开度，直至|N′-N|≤S。

进一步地，还包括如下步骤：

当|N′-N|≤S时，周期性地获取P₂、T₁、T₂以及ρ并计算实际换气速率N’，以计算|N′-N|的值；

若|N′-N|≤S，则继续周期性地获取取P₂、T₁、T₂以及ρ并计算实际换气速率N’，以计算|N′-N|的值；

若|N′-N|>S，则再次根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小，减小或增大换气阀的开度，并重复利用公式计算实际换气速率N’以减小或增大换气阀的开度，直至|N′-N|≤S。

进一步地，还包括如下步骤：

预设大气环境下空气的密度和温度之间的关系图；

所述的获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ包括：根据热氧老化箱进气口处空气温度T₂，从所述关系图中获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ。

进一步地，所述换气阀包括基座和阀芯；所述基座具有换气腔室、与所述换气腔室连通的入口以及与所述换气腔室连通并用于与所述热氧老化箱的进气口连通的出口；所述阀芯呈圆台状或圆锥状，所述阀芯的轴线与所述入口的轴线重合，所述阀芯具有位于所述换气腔室内的第一部分和穿过所述入口延伸至所述基座外的第二部分，所述阀芯的底面处于所述第一部分内。

进一步地，所述换气腔室的内壁上设有沿所述入口的轴线方向延伸的滑槽；所述换气阀还包括支架，所述阀芯支撑在所述支架上，所述支架滑设在所述滑槽内。

进一步地，所述驱动机构包括与所述阀芯连接并沿所述入口的轴线方向延伸的螺杆、与所述螺杆啮合的驱动齿轮以及与所述驱动齿轮连接的驱动电机。

进一步地，还包括座体；所述座体设于所述换气阀的一侧上，所述座体内形成有与所述换气阀连通的换气通道，所述换气通道的截面面积为所述换气阀入口的截面面积的两倍或以上。

本发明实施例一种热氧老化箱换气速率调节方法与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例中，在进行热氧老化箱的换气速率调节时，首先由人工或自动地生成目标换气速率N，而后，关闭换气阀，测得热氧老化箱以一定速率加热空气所需的功率P₁，而后，再开启换气阀至预定开度，测得热氧老化箱同时以一定速率加热空气所需的功率P₂；继而，根据公式计算实际换气速率N’，并调整换气阀的开度。

当换气阀的开度改变后，实际换气速率N’随之改变，具体可根据上述公式计算；其中，当换气阀的开度调整后，首先影响的是换气量，换气量随着换气阀的开启而增大，随着换气阀的关闭而减小，随之而来的是热氧老化箱同时以一定速率加热空气所需的功率P₂的改变，即公式中的P₂改变，由此，上述公式适用于换气阀开度改变后实际换气速率N’的计算。

经过上述方案，热氧老化箱的实际换气速率自动地得到调整，能够更趋近于目标换气速率，提高了老化测试的准确性，减少了人工成本。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供一种热氧老化箱换气速率调节装置，包括：

换气阀，用于设置在热氧老化箱进气口处；

存储模块，用于存储目标换气速率N和热氧老化箱的容积V；

功率获取模块，用于获取在关闭换气阀时热氧老化箱的功率P₁以及记录将换气阀开启至预定开度时热氧老化箱的功率P₂；

温度获取模块，用于获取热氧老化箱重心位置的温度T₁和热氧老化箱进气口处空气温度T₂；

密度获取模块，用于获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ；

计算模块，用于根据如下公式计算实际换气速率N’：

以及

开度调节模块，用于根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小调整所述换气阀的开度；若N’比N大，则减小换气阀的开度；若N’比N小，则增大换气阀的开度。

附图说明

图1是本发明实施例的热氧老化箱换气速率调节方法的流程图。

图2是本发明实施例的热氧老化箱换气速率调节装置的结构图。

图3是本发明实施例的热氧老化箱换气速率调节装置的开度调节模块结构图。

图中，1、换气阀；11、基座；111、换气腔室；112、入口；113、滑槽；12、阀芯；13、支架；2、开度调节模块；21、驱动电机；22、螺杆；23、驱动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本发明优选实施例的一种热氧老化箱换气速率调节方法，包括如下步骤：设定目标换气速率N；获取热氧老化箱的容积V；关闭换气阀1，获取此时热氧老化箱的功率P₁；将换气阀1开启至预定开度，获取此时热氧老化箱的功率P₂；获取热氧老化箱中心位置的温度T₁；获取热氧老化箱进气口处空气温度T₂；获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ；利用公式计算实际换气速率N’，如下：

比较实际换气速率N’和目标换气速率N，若N’比N大，则减小换气阀1的开度；若N’比N小，则增大换气阀1的开度。

其中，热氧老化箱的换气速率应当不随外界环境改变而改变，因此调节时，需要将实际换气速率向目标换气速率调节。

其中，P₁代表热氧老化箱不进行换气时，热氧老化箱工作，即加热材料时的功率；P₂代表热氧老化箱在进行换气时，热氧老化箱工作，即加热材料加上加热进入到热氧老化箱内部气体的功率；显然，P₂随着换气速率的增大而增大，随着换气速率的减小而减小。

其中，如上的公式为经验公式。公式中，P₁和P₂的单位是W，V的单位是dm³，T₁和T₂的单位是℃，ρ的单位是kg/dm³。

基于上述方案，在进行热氧老化箱的速率调节时，首先由人工或自动地生成目标换气速率N，而后，关闭换气阀1，测得热氧老化箱以一定速率加热空气所需的功率P₁，而后，再开启换气阀1至预定开度，测得热氧老化箱同时以一定速率加热空气所需的功率P₂；继而，根据公式计算实际换气速率N’，并调整换气阀1的开度。

当换气阀1的开度改变后，实际换气速率N’随之改变，具体可根据上述公式计算；其中，当换气阀1的开度调整后，首先影响的是换气量，换气量随着换气阀1的开启而增大，随着换气阀1的关闭而减小，随之而来的是热氧老化箱同时以一定速率加热空气所需的功率P₂的改变，即公式中的P₂改变，由此，上述公式适用于换气阀1开度改变后实际换气速率N’的计算。

经过上述方案，热氧老化箱的实际换气速率自动地得到调整，能够更趋近于目标换气速率，提高了老化测试的准确性，减少了人工成本。

进一步地，在一些实施方式中，还包括如下步骤：重复获取P₂、T₁、T₂以及ρ，重复计算实际换气速率N’，并根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小，减小或增大换气阀的开度；由此，通过多次对换气阀的开度进行调节，逐渐使得，相比于直接一步地将实际换气速率调整到目标换气速率的方式而言精度更高。优选地，在减小或增大换气阀的开度时，根据实际换气速率N’和目标换气速率N的差值大小，调整换气阀的开度的变化值，实际换气速率N’和目标换气速率N的差值越大，换气阀的开度变化越大，从而能够在减少重复调整换气阀开度的次数的前提下，尽可能地达到较高的精度。

进一步地，在一些实施方式中，请参阅图1，还包括如下步骤：设定误差值S；重复利用公式计算实际换气速率N’以减小或增大换气阀1的开度，直至|N′-N|≤S。

其中，误差值S的大小是可以允许的偏差值。

本实施方式通过对实际换气速率的多次迭代调整，使得实际换气速率随着调整的进行越来越接近目标换气速率，能够尽可能地保证测试结果准确。

进一步地，在一些实施方式中，请参阅图1，还包括如下步骤：当|N′-N|≤S时，周期性地获取P₂、T₁、T₂以及ρ并计算实际换气速率N’，以计算|N′-N|的值；若|N′-N|≤S，则继续周期性地获取取P₂、T₁、T₂以及ρ并计算实际换气速率N’，以计算|N′-N|的值；若|N′-N|>S，则再次根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小，减小或增大换气阀1的开度，并重复利用公式计算实际换气速率N’以减小或增大换气阀1的开度，直至|N′-N|≤S。

本实施方式使得热氧老化箱换气速率调节方法能够适用于长时间的老化测试中，具体如下：

在|N′-N|≤S时，表明此时初次调节已结束；但在长久使用的过程中，热氧老化箱进气口处空气温度T₂和热氧老化箱进气口处空气密度ρ均出现改变，当重新计算的|N′-N|>S，则再次比较实际换气速率N’和目标换气速率N，若N’比N大，则减小换气阀1的开度；若N’比N小，则增大换气阀1的开度，直至|N′-N|≤S。

本实施方式中通过周期性获取的方式，一方面相较于持续获取的方式，更为节能；另一方面能够保证实际换气速率能够根据环境变化而适应性改变，从而能够长时间进行测试。

进一步地，在一些实施方式中，请参阅图1，还包括如下步骤：预设大气环境下空气的密度和温度之间的关系图；所述的获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ包括：根据热氧老化箱进气口处空气温度T₂，从所述关系图中获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ。

本实施方式中，通过预设大气环境下空气的密度和温度之间的关系图，减少了整体的计算量，能够减少计算成本。

进一步地，在一些实施方式中，请参阅图2至图3，，所述换气阀1包括基座11和阀芯12；所述基座11具有换气腔室111、与所述换气腔室111连通的入口112以及与所述换气腔室111连通并用于与所述热氧老化箱的进气口连通的出口；所述阀芯12呈圆台状或圆锥状，所述阀芯12的轴线与所述入口112的轴线重合，所述阀芯12具有位于所述换气腔室111内的第一部分和穿过所述入口112延伸至所述基座11外的第二部分，所述阀芯12的底面处于所述第一部分内。

本实施方式中，在向热氧老化箱供气时，空气通过入口112进入到换气腔室111内，并通过出口进入到热氧老化箱的进气口以进入热氧老化箱。期间，随着驱动机构驱动阀芯12远离或靠近入口112，入口112边缘与阀芯12之间的面积增大或减小，从而调控换气速率。

进一步地，在一些实施方式中，请参阅图2至图3，所述换气腔室111的内壁上设有沿所述入口112的轴线方向延伸的滑槽113；所述换气阀1还包括支架13，所述阀芯12支撑在所述支架13上，所述支架13滑设在所述滑槽113内。

本实施方式中，通过滑槽113和支架13的设置，使得阀芯12的移动轨迹确定，能够稳定地调整进气量，从而调控换气速率。

进一步地，在一些实施方式中，请参阅图2至图3，所述驱动机构包括与所述阀芯12连接并沿所述入口112的轴线方向延伸的螺杆22、与所述螺杆22啮合的驱动齿轮23以及与所述驱动齿轮23连接的驱动电机21，螺杆22传动平稳，能够有效地带动阀芯12平移。

进一步地，在一些实施方式中，请参阅图2至图3，还包括座体；所述座体设于所述换气阀1的一侧上，所述座体内形成有与所述换气阀1连通的换气通道，所述换气通道的截面面积为所述换气阀1入口112的截面面积的两倍或以上，由此，保证最大的进气量能够满足换气速率的调节需求。

请参阅图2至图3，本发明优选实施例的一种热氧老化箱换气速率调节装置，包括换气阀1、存储模块、功率获取模块、温度获取模块、密度获取模块、计算模块以及开度调节模块2；存储模块用于存储目标换气速率N和热氧老化箱的容积V；功率获取模块用于获取在关闭换气阀1时热氧老化箱的功率P₁以及记录将换气阀1开启至预定开度时热氧老化箱的功率P₂；温度获取模块用于获取热氧老化箱重心位置的温度T₁和热氧老化箱进气口处空气温度T₂；密度获取模块用于获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ；计算模块用于根据如下公式计算实际换气速率N’：

开度调节模块2用于根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小调整所述换气阀1的开度；若N’比N大，则减小换气阀1的开度；若N’比N小，则增大换气阀1的开度；所述开度调节模块2包括驱动所述阀芯12沿所述入口112的轴线方向移动的驱动机构。

基于上述方案，热氧老化箱的实际换气速率自动地得到调整，能够更趋近于目标换气速率，提高了老化测试的准确性，减少了人工成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种热氧老化箱换气速率调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

设定目标换气速率N；

获取热氧老化箱的容积V；

关闭设置在热氧老化箱的进气口处的换气阀，获取此时热氧老化箱的功率P₁；

将换气阀开启至预定开度，获取此时热氧老化箱的功率P₂；

获取热氧老化箱中心位置的温度T₁；

获取热氧老化箱进气口处空气温度T₂；

获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ；预设大气环境下空气的密度和温度之间的关系图；所述的获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ包括：根据热氧老化箱进气口处空气温度T₂，从所述关系图中获取热氧老化箱进气口处空气密度ρ；

利用公式计算实际换气速率N’，如下：

比较实际换气速率N’和目标换气速率N，若N’比N大，则减小换气阀的开度；若N’比N小，则增大换气阀的开度；

重复获取P₂、T₁、T₂以及ρ，重复计算实际换气速率N’，并根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小，减小或增大换气阀的开度；

设定误差值S；

重复利用公式计算实际换气速率N’以减小或增大换气阀的开度，直至|N′-N|≤S；

当|N′-N|≤S时，周期性地获取P₂、T₁、T₂以及ρ并计算实际换气速率N’，以计算|N′-N|的值；

若|N′-N|≤S，则继续周期性地获取P₂、T₁、T₂以及ρ并计算实际换气速率N’，以计算|N′-N|的值；

若|N′-N|>S，则再次根据实际换气速率N’和目标换气速率N的大小，减小或增大换气阀的开度，并重复利用公式计算实际换气速率N’以减小或增大换气阀的开度，直至|N′-N|≤S。

2.根据权利要求1所述的热氧老化箱换气速率调节方法，其特征在于，所述换气阀包括基座和阀芯；

所述基座具有换气腔室、与所述换气腔室连通的入口以及与所述换气腔室连通并用于与所述热氧老化箱的进气口连通的出口；

所述阀芯呈圆台状或圆锥状，所述阀芯的轴线与所述入口的轴线重合，所述阀芯具有位于所述换气腔室内的第一部分和穿过所述入口延伸至所述基座外的第二部分，所述阀芯的底面处于所述第一部分内。

3.根据权利要求2所述的热氧老化箱换气速率调节方法，其特征在于，所述换气腔室的内壁上设有沿所述入口的轴线方向延伸的滑槽；

所述换气阀还包括支架，所述阀芯支撑在所述支架上，所述支架滑设在所述滑槽内。

4.根据权利要求3所述的热氧老化箱换气速率调节方法，其特征在于，所述换气阀还包括座体；所述座体设于所述换气阀的一侧上，所述座体内形成有与所述换气阀连通的换气通道，所述换气通道的截面面积为所述换气阀入口的截面面积的两倍或以上。