自制氫氣安全控制系統在高低溫實驗中的應用
 
結合高低溫測試中所遇到的問題，設計工作主要包括整個系統的布局，各個部件的選擇，如何設定系統的參數，以及如何驗證系統的可靠性等等。整個系統的布局上面盡量的能夠緊密結合在原有的實驗條件上，不會對實驗本身的結果產生影響。
高低溫實驗的重要性
    隨著科學技術經濟貿易的迅猛發展,自然資源海洋宇宙開發與利用，各種產品在貯存、運輸和使用過程中遇到的環境越來越復雜，越來越嚴酷。從熱帶到寒帶，從平原到高原，從海洋到太空等等，這就使得用戶和生產者雙方都關心產品在上述環境中的性能、可靠性和安全性，以保證產品能滿意地工作，這就必須要進行環境實驗。
所謂環境實驗，就是將產品暴露在自然環境或人工模擬環境中，從而對它們實際上會遇到的貯存、運輸和使用條件下的性能做出評價。通過環境實驗，可以提供設計質量和產品質量方面的信息，是質量保證的重要手段。高低溫實驗是環境實驗中最常見的一種實驗。它主要模擬在不同的地域環境下，在使用或者運輸時候，產品本身能否維持正常工作的性能。
高低溫實驗對產品的影響
    前面已經說到高低溫實驗主要模擬的是不同地域環境對產品的影響。具體來說，高低溫實驗中有三個效應可能會對產品的使用產生影響，為高溫效應，低溫效應，以及溫變效應。
高溫效應對產品的影響主要有：
1. 不同材料的不同膨脹特性而使零件卡死。
2. 潤滑劑失去粘性, 使潤滑劑流失而導致接點失去潤滑。
3. 樣品全體或部分改變尺寸。
4. 由于包裝、墊圈、密封、軸承和主軸變得歪斜、卡死和失效而引起機械或全部的失效。
5. 墊圈變形 (膠狀)。
6. 氣密功能退化。
7. 電阻值改變。
8. 電路穩定狀況隨溫度梯度和材料的不同膨脹特性而改變。
9. 變壓器和機電組件過熱。
10. 縮短操作壽命時限。
11. 固體材料內部晶體結構產生分離。
12. 密閉試件內部產生高壓。
 
    低溫效應對產品的影響主要為：
1． 使材料硬化及脆化。
2. 不同材料的不同收縮特性而使零件卡死。
3. 由于潤滑劑增加粘性而失去潤滑作用。
4. 電性改變 (如電阻, 電容等) 。
5. 變壓器和機電組件功能改變。
6. 沖擊基座變硬。
7. 使樣品產生裂痕、脆化并改變耐沖擊強度及減低強度。
8. 玻璃產生靜力疲勞。
9. 使水凝結和冰凍。
 
   溫變效應對產品的影響有：
1. 玻璃產品和光學裝備破裂。
2. 可動零件卡死或松動。
3. 結構產生分離。
4. 電性改變。
5. 由于急速凝結水或結冰造成電子或機械失效。
6. 以顆粒狀或紋狀產生破裂。
7. 不同材料之不同收縮或膨脹特性。
8. 組件變形或破裂。
9. 表面涂料產生裂紋。
10.密封出之出現漏氣
 
高低溫實驗的設備
高低溫實驗最重要的設備就是高低溫實驗箱。選擇高低溫實驗箱時有幾個基本參考準則
1．溫度條件能夠再現
  在實驗室內完整而地再現自然界存在的溫度條件是可望而不可及的事情。但是，在一定的容差范圍之內，人們完全可以正確而近似地模擬工程產品在使用、貯存、運輸等過程中所經受的外界溫度條件，這段話用工程的語言概括，就是“實驗設備所創造的圍繞被試產品周邊的溫度條件（含平臺環境）應該滿足產品實驗規范所規定的溫度條件及其容差的要求”。如用于軍工產品實驗的高低溫實驗箱不僅要滿足國軍標 GJB150.3-86、GJB150.4-86中根據不同類型產品所規定的高溫、低溫的實驗量值、實驗時間，同時也應滿足實驗規范中對溫度
場的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣，才能保證實驗樣品在實驗環境中溫度條件能夠再現。
2. 溫度條件的可重復性
    一臺高低溫實驗箱/老化箱可能用于同一類型產品的多次實驗，而一臺被試的工程產品也可能在不同的高低溫實驗箱中進行實驗，為了保證同一臺產品在同一實驗規范所規定的溫度條件下所得實驗結果的可比較性，必然要求高低溫實驗箱所提供的溫度條件具有可重復性。這也就是說，高低溫實驗箱施用于被實驗產品的熱應力水平對于同一實驗規范的要求是一致的。
高低溫實驗箱所提供溫度條件的可重復性是由國家計量檢定部門依據國家技術監督機構所制定的檢定規程檢定合格后提供保證。為此，必須要求高低溫實驗箱能滿足檢定規程中的各項技術指標及精度指標的要求，并且在使用時間上不超過檢定周期所規定的時限。
3.溫度條件參數的可控性
   任何一臺高低溫實驗箱所提供的溫度條件必須是可觀測的和可控制的，這不僅是為了使溫度參數限制在一定的容差范圍之內，保證實驗條件的再現性和重復性要求，而且從產品實驗的安全出發也是必須的，以便防止因溫度條件失控導致被實驗產品的損壞，帶來不必要的損失。目前各種實驗規范中大體要求參數測試的精度不應低于實驗條件允許誤差的三分之一。
4. 高低溫實驗箱/老化箱本身的安全可靠性
高低溫實驗，實驗周期長，實驗的對象有時是價值很高的產品，實驗過程中，實驗人員經常要在現場周圍進行操作或測試工作，因此要求環境實驗設備必須具有運行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長等特點，以確保實驗本身的正常進行。實驗設備的各種保護、告警措施及安全聯鎖裝置應該完善可靠，以保證實驗人員、被試產品和實驗設備本身的安全可靠性。
5.高低溫實驗箱對于產品的適應度
這一點最主要的就是要考慮測試產品的大小來決定最后選擇的高低溫實驗箱的容積大小。
    一般來說將被試產品（元器件、組件、部件或整機）置入高低溫實驗箱進行實驗時，為了保證被試產品周圍環境能滿足實驗規范所規定的溫度條件，高低溫實驗箱工作空間尺寸與被試產品外廓尺寸之間應遵循以下幾點規定：
A． 被試產品的體積（W×D×H）不得超過實驗箱有效工作空間的（20%-35%）（推薦選用 20%）。對于在實驗中發熱的產品推薦選用不大于 30% 。
B． 被試產品的迎風斷面積與該斷面上實驗箱工作腔總面積之比不大于（35%-50%）（推薦選用 35%）。
C． 被試產品外廓表面距實驗箱壁的距離至少應保持 100mm-150mm，（推薦選用 150mm）。
 
火焰離子檢測器
     1958 年 Mewillan 和 Harley 等分別研制成功火焰離子檢側器，它是典型的破壞性、質量型檢測器，是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源當有機化合物進入以氫氣和氧氣燃燒的火焰，在高溫下產生化學電離，電離產生比基流高幾個數量級的離子，在高壓電場的定向作用下，形成離子流，微弱的離子流（10-12～10-8A）經過高阻（106～1011Ω）放大，成為與進入火焰的有機化合物量成正比的電信號，因此可以根據信號的大小對有機物進行定量分析?；鹧骐x子檢測器由于結構簡單、性能優異、穩定可靠、操作方便，所以經過 40 多年的發展，今天的主要結構仍無實質性的變化
火焰離子檢測器的構造 
 
火焰離子檢測器的電離室由金屬圓筒作外罩，底座中心有噴嘴;噴嘴附近有環狀金屬圈(極化極，又稱發射極)，上端有一個金屬圓簡(收集極)。兩者間加90～300V 的直流電壓，形成電離電場加速電離的離子。收集極捕集的離子硫經放大器的高組產生信號、放大后物送至數據采集系統；燃燒氣、輔助氣和色譜柱由底座引入；燃燒氣及水蒸氣由外罩上方小孔逸出。
 
 
火焰離子檢測器的操作條件
火焰溫度，離子化程度和收集效率都與載氣、氫氣、空氣的流量和相對比值有關?，F在我們公司通常將火焰離子檢測器的操作條件設定為：（見圖 9，圖 10）氫氣流量：30 ml/min, 空氣流量：400 ml/min, 氮氣流量：25 ml/min.檢測器溫度設為 300 攝氏度。
 
 
 
 
 
氫氣流量的影響：氫氣作為燃燒氣與氮氣(載氣)預混合后進入噴嘴當氮氣流速固定時，隨著氫氣流速的蹭加，輸出信號也隨之增加，并達到一個值后迅速下降。如下圖 12 所示。由圖可見：通常氫氣的流量為 30～60mL/min。有時是氫氣作為載氣，氮氣作為補充氣，其效果是一樣的。
 
氫氣安全控制系統的重要性
 當進行高低溫實驗的搭建時，我們通常先將測試的氣相色譜儀先置于高低溫實驗箱中，然后再進行電路，氣路以及通訊的連接 
所有的氣管，電源線，以及通訊線均通過高低溫實驗箱側面的小孔連接到實腔體內部的測試儀器
氫氣安全控制系統的組成
它的主要技術參數如下
1.工作溫度濕度范圍為：（-20C）--（+50C）
2.工作濕度范圍為：10%--90%
3.工作電源：24VDC（12-28VDC），250mA
4.防護等級：IP66
5.氫氣傳感器（單位是 ppm）： 顯示代碼為 H2， 量程 0-999， 分辨率 1標樣氣濃度 100，標氣范圍 0-300， 低報警 10，高報警為 20.
所有的技術參數均符合實驗室里工作環境。此氫氣探測器本身具有個 3 個繼電器，分別為故障報警，低濃度報警，以及高濃度報警，我們可以利用了這 3 個繼電器，將系統分為了：故障報警，疑似泄漏報警，以及泄漏報警
  氫氣安全控制系統的驗證 
  氫氣安全控制系統的驗證，主要是通過向高低溫實驗箱/老化箱中的通入未知濃度的氫氣和空氣的混合樣品氣，然后通過我們預先設定的參數和系統的反應，可以估算出混合樣品氣中氫氣的含量，然后我們采集這些混合樣品氣，通過專門的方法，送入我們的氣相色譜儀進行定量分析，從而可以的得出混合樣品氣中氫氣的含量，如果兩者的結果吻合，那么就可以證明此氫氣安全系統的準確性。
     由于考慮到安全因素，我們無法將整個高低溫實驗箱通入大量氫氣，因此為了讓進樣口能夠采集到我們調配的樣品氣，我們將樣品氣直接通入氣球中，將密閉狀態的氣球模擬成為有氫氣泄漏的高低溫實驗箱。
 
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