專利名稱：動態(tài)溫度控制加速風化試驗設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及加速風化實驗設備，它用來在加速的基礎上，使涂料和罩面漆之類的表面涂料，以及織物和其它材料之類的實驗樣本，暴露于太陽輻照和其它風化作用，更具體地說，涉及一種用來動態(tài)控制實驗樣本溫度的加速風化試驗設備。
背景技術(shù)：
涂料和罩面漆之類的表面涂層，以及塑料和其它在受到太陽輻照和其它風化作用時易于退化的成分之類的表面涂層的制造商，經(jīng)常想知道經(jīng)過多年的暴露后這種產(chǎn)品的性能將如何。但是，這些制造商通常在相對正常條件下把這種材料暴露至風化作用所需的時間短得多的時間內(nèi)需要這種信息。因此，已經(jīng)開發(fā)了加速風化試驗設備，它由于在短得多的時間內(nèi)戶外暴露而加速風化作用，因此制造商實際上不需要等五或十年，以確定它們的產(chǎn)品在五或十年的真正戶外暴露后將如何表現(xiàn)。
在Caryl等人發(fā)布的No.2,945,417美國專利中公開一種加速風化實驗設備。上述試驗設備包括菲涅耳反射太陽集光器，它具有一系列十個平面鏡，把天然陽光聚焦在固定至目標板的一系列實驗樣本上，目標板的尺寸大約為五(5)英寸寬五十五(55)英寸長。菲涅耳反射太陽集光器把太陽輻照指引到目標板區(qū)域上，其強度大約為八個太陽(eightsuns)。支撐太陽集光器的鏡子的底盤，和目標板，被可以隨太陽日常運動而旋轉(zhuǎn)的框架支撐。響應太陽位置的太陽跟蹤裝置，控制電動機的操作，電動機用來隨太陽的運動旋轉(zhuǎn)試驗設備。試驗機器的旋轉(zhuǎn)軸定向于南-北方向，北仰角具有角距(altitude)調(diào)整能力，以解決一年中不同時間太陽角距的變化。這種已知的試驗設備還包括安裝在目標板上的空氣管道。空氣偏導器導致從空氣管道中排出空氣沿安裝在目標板上的實驗樣本循環(huán)，以防止實驗樣本由于暴露至集中太陽輻照而引起的過熱。通過偏導器和樣本間的間隙尺寸控制空氣數(shù)量。鼠籠式鼓風機與空氣管道相連，用來噴吹冷卻經(jīng)過的環(huán)境空氣。另外，靠近目標板提供噴水嘴，用來定期加濕實驗樣本，以模擬濕度，露，雨等風化作用。
在Robins，III發(fā)布的No.4,807,247美國專利中公開另一種加速風化實驗設備。上述試驗設備包括前面所述的按照‘417專利的所有結(jié)構(gòu)，還包括一種系統(tǒng)，用來在日照時數(shù)期間保持統(tǒng)一、固定的實驗樣本溫度，盡管環(huán)境氣溫和太陽輻照強度發(fā)生變化。
此系統(tǒng)包括安裝于目標板上的溫度傳感器，它用來暴露至集中太陽輻照，產(chǎn)生指示安裝在目標板上的實驗樣本溫度的電信號。此系統(tǒng)還包括電連接至溫度傳感器的控制裝置，它響應所產(chǎn)生的電信號，以選擇控制對包含在空氣循環(huán)系統(tǒng)中的電動機的電力供給。通過這種方法，控制裝置起到改變電動機速率的作用，從而控制在目標板上循環(huán)的冷卻環(huán)境氣體的流速，以使實驗樣本的溫度在所需的設定點保持不變。
當實驗樣本的檢測溫度增加時，控制裝置增加風機電動機的速率，以在目標板上循環(huán)更多的冷卻環(huán)境空氣，從而把實驗樣本的溫度降低至所需的設定點。同樣地，如果目標樣本的檢測溫度降至所需標稱溫度之下，控制裝置降低風機的速率，以允許實驗樣本升溫至所需設定點。
溫度控制裝置還包括用戶可操作調(diào)整裝置，其形式為控制鈕，以允許用戶設定靜態(tài)的所需目標樣本溫度。并提供旁路開關(guān)，以允許用戶以如上所述的控制溫度模式操作實驗設備，或以非控制模式，其中風機電動機以固定速率操作。
已經(jīng)開發(fā)出操作上述類型的加速風化試驗設備的標準使用方法。美國試驗材料協(xié)會(ASTM)發(fā)布了G90，E838，D4141，D3105，D3841，D5105，E1596和D4364標準，覆蓋執(zhí)行這種戶外加速風化試驗的試驗程序和操作參數(shù)。汽車工程師協(xié)會(SAE)，F(xiàn)ord，國際標準化組織(ISO)，美國國家標準化組織(ANSI)，日本工業(yè)標準(JIS)，也已經(jīng)開發(fā)和指定了其它的標準和鑒定，即SAE J576，SAE J1961，F(xiàn)ordEJB-M1J14-A，F(xiàn)ord EST-M5P11-A，ISO 877，ANSI/NSF 54，JIS Z 2381和MIL-T-22085D。
除了上述類型的戶外加速風化試驗設備，人們還知道使用人工輻照源暴露試驗樣本的其它試驗設備。Kockott發(fā)布的美國專利No.3,664,188中公開這種試驗設備的例子之一。這種試驗設備在具有允許精確控制輻照強度、溫度和濕度的優(yōu)點的同時，這種設備經(jīng)常不能再現(xiàn)實驗樣本實際上將日常使用暴露其中的天然日光的實際光譜。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)認識到天然日光和人工日光試驗設備的區(qū)別，并提供不同組的實驗數(shù)據(jù)。
按照美國專利No.2,945,417和4,807,247的上述類型戶外加速風化實驗設備，具有使用天然日光的優(yōu)點，從而試驗樣本暴露至日光的實際光譜中。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)戶外風化實驗設備的缺點。缺點之一是在不進行溫度控制的情況下由戶外加速風化實驗設備獲得的試驗結(jié)果不可重復或再現(xiàn)。用來沿實驗樣本循環(huán)冷卻空氣的風機電動機以固定速率工作，并沿實驗樣本產(chǎn)生固定冷卻流速。因此，實驗樣本的溫度不能被控制，并受本地環(huán)境空氣溫度和太陽輻照強度隨機常數(shù)變化的影響。另外，還發(fā)現(xiàn)實驗樣本的溫度變化可以改變發(fā)生的風化速率。例如，由于平均環(huán)境溫度更高和太陽輻照強度更大，夏天標稱實驗樣本溫度更高，實驗樣本趨向于在夏天比在冬天退化更快。因此，為了獲得可重復和可再現(xiàn)的試驗結(jié)果，必須控制實驗樣本的溫度。
另一缺點是由具有靜態(tài)溫度控制的戶外加速風化實驗設備獲得的試驗結(jié)果不可重復或再現(xiàn)。另外當設定點固定時不能控制實驗樣本以再現(xiàn)自然風化作用。這是一個關(guān)鍵的缺點，因為材料退化的方式由最終使用應用和環(huán)境限定。試驗結(jié)果好于無控制設備。但是，最終使用應用中的材料遭遇最好以復變函數(shù)表示的溫度波動。簡單的晝夜材料溫度循環(huán)是環(huán)境溫度、太陽輻照、材料熱容量、材料再輻照損失(re-radianceloss)、傳導熱損、對流熱損等的復變函數(shù)。晝夜循環(huán)也強加于更長時間尺度循環(huán)(季度，年度等)，以及間歇性隨機變量，例如間歇性云，雨，露等。不控制或維持實驗樣本于手動設定的靜態(tài)溫度的現(xiàn)有設備，沒有考慮上述變量。相反地，現(xiàn)有技術(shù)加速風化實驗設備的溫度控制只是工作在所需的、并且是靜態(tài)設定的溫度下。
因此，存在對動態(tài)控制加速風化實驗設備的需求，以克服現(xiàn)有技術(shù)設備的缺點，并模擬材料在上述最終使用環(huán)境中遇到的復雜溫度循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及一種用來在目標樣本上集中太陽輻照的加速風化實驗設備，其中采用設備動態(tài)控制目標樣本的溫度，以模擬材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)。此設備包括目標板，用來支撐至少一個暴露于集中太陽輻照的實驗樣本。反射器裝置反射太陽輻照，并把所反射太陽輻照集中在目標板上，以照射至少一個實驗樣本?？諝庋h(huán)裝置在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣，以調(diào)節(jié)至少一個實驗樣本的溫度。空氣循環(huán)裝置包括電動機和經(jīng)電動機驅(qū)動的風扇，以產(chǎn)生環(huán)境空氣流動。反饋裝置被安裝至暴露于集中太陽輻照的目標板，用來產(chǎn)生響應其溫度的試驗信號，代表實驗樣本的溫度。輸入裝置產(chǎn)生動態(tài)參考信號，代表材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)?？刂破鬟B接至輸入裝置，響應動態(tài)參考信號，產(chǎn)生溫度設定點，并連接至反饋裝置，響應試驗信號選擇性控制施加到電動機的電力，從而控制環(huán)境空氣在目標板上的循環(huán)速率。當反饋裝置的溫度大于溫度設定點時，此速率通常增加，當反饋裝置的溫度小于溫度設定點時，此速率通常減小。當反饋裝置的溫度實際上等于溫度設定點時，此速率通常保持不變。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用來在試驗樣本上集中太陽輻照的加速風化實驗設備，其中采用設備按照多于一個輸入裝置動態(tài)控制試驗樣本的溫度。此設備包括目標板，用來支撐至少一個暴露于集中太陽輻照的實驗樣本。反射器反射太陽輻照，并把所反射太陽輻照集中在目標板上，以照射至少一個實驗樣本。空氣循環(huán)裝置在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣，以冷卻至少一個實驗樣本?？諝庋h(huán)裝置包括電動機和經(jīng)電動機驅(qū)動的風扇，以產(chǎn)生環(huán)境空氣流動。至少一個反饋裝置被安裝至暴露于集中太陽輻照的目標板，至少一個反饋裝置中的每一個產(chǎn)生響應其溫度的相應試驗信號，代表實驗樣本的溫度。設備還包括至少兩個輸入裝置，每個輸入裝置產(chǎn)生各自的動態(tài)參考信號?？刂破鬟B接至交替選擇上述至少兩個輸入裝置的其中之一的第一開關(guān)，響應選定的參考信號產(chǎn)生動態(tài)溫度設定點。控制器還連接至交替選擇至少一個反饋裝置的其中之一的第二開關(guān)，并響應所選試驗信號選擇性控制施加到電動機的電力，從而控制環(huán)境空氣在目標板上的循環(huán)速率。當所選至少一個反饋裝置其中之一的溫度大于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常增加，當所選至少一個反饋裝置其中之一的溫度小于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常減小。當所選至少一個反饋裝置其中之一的溫度實際上等于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常保持不變。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用來在暴露試驗過程中緊密調(diào)節(jié)多個用來在試驗樣本上集中太陽輻照的加速風化試驗設備間的溫度變化的系統(tǒng)。在多個設備的其中之一上的實驗樣本不需要是同樣的。采用每個設備動態(tài)控制試驗樣本的溫度。此系統(tǒng)包括多個加速風化試驗設備，每個加速風化試驗設備包括目標板，用來支撐至少一個暴露于集中太陽輻照的實驗樣本。反射器反射太陽輻照，并把所反射太陽輻照集中在目標板上，以照射至少一個實驗樣本?？諝庋h(huán)裝置在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣，以冷卻至少一個實驗樣本?？諝庋h(huán)裝置包括電動機和經(jīng)電動機驅(qū)動的風扇，以產(chǎn)生環(huán)境空氣流動。反饋裝置被安裝至暴露于集中太陽輻照的目標板，產(chǎn)生響應其溫度的相應試驗信號，代表實驗樣本的溫度。輸入裝置產(chǎn)生相應的動態(tài)參考信號，代表材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)?？刂破鬟B接至輸入裝置，響應參考信號，產(chǎn)生溫度設定點?？刂破鬟€連接至反饋裝置，響應試驗信號選擇性控制施加到電動機的電力，從而控制環(huán)境空氣在目標板上的循環(huán)速率。當反饋裝置的溫度大于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常增加，當反饋裝置的溫度小于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常減小。當反饋裝置的溫度實際上等于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常保持不變。第一設備的輸入裝置安裝在遠離多個加速風化試驗設備的遠端。每個其它設備的輸入裝置連續(xù)地與第一設備串聯(lián)連接，以使其它設備根據(jù)第一設備關(guān)連控制，減小系統(tǒng)的溫度可變性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的加速風化試驗設備的透視圖。
圖2為圖1的加速風化試驗設備中空氣循環(huán)裝置的透視剖面圖。
圖3為按照本發(fā)明的一種實施方式的動態(tài)溫度控制加速風化試驗設備的示意圖。
圖4A-F為圖3所示的加速風化實驗設備中用于動態(tài)控制實驗樣本溫度的遠程設備的示意圖。
圖5是用來調(diào)節(jié)按照本發(fā)明的一種實施方式的多個加速風化實驗設備間的溫度變化的系統(tǒng)示意圖。
圖6為按照本發(fā)明的一種實施方式的另一加速風化試驗設備的示意圖。
圖7A為還包括微調(diào)補償(trimming offset)設備的圖3表示加速風化試驗設備的示意圖。
圖7B-D為表示通過遠程設備產(chǎn)生的參考信號，對其應用補償導致動態(tài)溫度設定點。
具體實施例方式
參照圖1，現(xiàn)有技術(shù)的加速風化試驗設備通常以標號20表示，它包括一對A框架元件22和24，用于支撐此設備的操作部件。A框架元件22，24的下端通過基元件26內(nèi)連接，基元件26連接至地面元件28，以提供沿箭頭30所指方向的方位角旋轉(zhuǎn)和沿箭頭31所指方向的仰角旋轉(zhuǎn)。仰角方向旋轉(zhuǎn)解決中午太陽角距的周期變化。
A框架元件22，24的上端旋轉(zhuǎn)支撐著鏡面座(mirror bed)框架32，它支撐多個平面鏡，包括標號34和36所示的平面鏡。調(diào)整多個鏡面34，36的角度，以把直接照射(impinging)在這些鏡面上的太陽輻照反射至目標板38(見圖2)。
一對支架(standard)40和42從鏡面框架32伸出并與之垂直。具有通常矩形交叉部件的空氣管道44被支架40，42的上端支撐。參照圖2，目標板38被空氣管道44的底壁支撐，多個實驗樣本46被安裝至目標板38，用于暴露至集中太陽輻照，圖2中以標號39的向上延伸箭頭表示。鼠籠式鼓風機組件48與空氣管道44的一端相連。鼠籠式鼓風機組件48包括通過電動機驅(qū)動的風扇，用于沿空氣管道44循環(huán)冷卻環(huán)境空氣，圖2中以標號45的向外延伸箭頭表示。如圖2所示，空氣管道44包括偏轉(zhuǎn)器50，它根據(jù)目標板38的長度延伸，導致冷卻環(huán)境空氣在目標板上38循環(huán)，以冷卻實驗樣本46，圖2中以標號47的箭頭表示。
支架40，42旋轉(zhuǎn)支撐至A框架元件22，24的上端。與經(jīng)由支架40，42的旋轉(zhuǎn)軸一致的支撐桿支撐試驗設備跟蹤太陽日常運動的部件。為了準確定位包含鏡面組件34，36和可逆電動機及相關(guān)齒輪傳動，通常以標號54表示的菲涅耳反射太陽集光器，提供定期旋轉(zhuǎn)鏡面和目標板組件，以跟蹤太陽運動。當允許隨時手動定位元件以糾正位置錯誤時，離合器最好把支架40連接至旋轉(zhuǎn)鏡面組件34，36和目標板組件的軸。太陽能電池跟蹤元件52控制電源至可逆電動機的應用，從而保持鏡面框架32與陽光入射線垂直。太陽跟蹤器可以是如下類型，它包括兩個平衡光電池和安裝在這種光電池之上遮蔽它們的遮蔽設備。當檢測到由一個光電池比另一光電池接收更多日光而引起的不平衡時，產(chǎn)生電錯誤信號，此信號被放大，用于應用電源至旋轉(zhuǎn)元件的驅(qū)動電動機54，直至光電池再次平衡，這表明元件相對于太陽適當定位。
圖1也顯示水噴嘴組件，通常以標號51表示。如圖1所示，噴嘴組件51用來定期向?qū)嶒灅颖緡娝?，以模擬露，雨等。
如圖所示，鉸鏈罩或蓋49被連接至空氣管道44，與空氣偏轉(zhuǎn)器50相對。門閂機構(gòu)47安裝在管道44上，用于嚙合和保持罩處于關(guān)閉位置。一旦放松，罩49采取如圖1所示的位置，以使通過多個鏡面34，36反射的集中太陽輻照到達實驗樣本46。
現(xiàn)在參照圖2和3，顯示目標板38，包括至少一個固定其上的實驗樣本46。圖中僅顯示一個實驗樣本，但是，通常使用多個。同樣固定至目標板38的反饋裝置60(圖3)，具有至少一個溫度敏感元件，以熱傳導關(guān)系固定。這種元件可以是termister，熱電偶，電阻溫度設備，集成電路溫度設備，或任何其它適合檢測反饋裝置60的溫度的設備。反饋裝置60可以由已知導熱特性的標準材料制成，或可以由與實驗樣本相似的材料制成。溫度敏感元件可以嵌入反饋裝置中，附著至反饋裝置的后表面或前表面。替換地，可以使用非接觸光學溫度傳感設備，以確定反饋裝置的溫度。反饋裝置60最好涂覆黑涂料，以保證反饋裝置60將吸收照射在反饋裝置60固定至的目標板38的區(qū)域上的太陽輻照?？梢杂糜诖四康牡倪m當黑涂料是DuPont醇酸樹脂超級黑高溫瓷漆。
參照圖1，控制器盒57放置設備20的電源和控制器系統(tǒng)。電力電纜58供應電力至設備20，以為電動機54供電，電動機54驅(qū)動風扇48。信號電纜60連接至安裝于控制盒57中的控制器系統(tǒng)，以與遠程安裝設備通訊，例如反饋裝置和輸入裝置，如下文將討論的那樣，或者用于與中央命令通訊，以控制按照本發(fā)明的設備20的操作。
參照圖3，示意按照本發(fā)明的一種實施方式，它動態(tài)溫度控制試驗樣本溫度以模擬材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)。如上所述，反饋裝置60被安裝至目標板，以暴露至集中太陽輻照，并產(chǎn)生響應其溫度的試驗信號，代表實驗樣本溫度。輸入裝置62產(chǎn)生動態(tài)參考信號，代表材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)?？刂破?4連接至輸入裝置62和反饋裝置60?？刂破?4也響應參考信號，以產(chǎn)生動態(tài)溫度設定點?？刂破?4也響應試驗信號，以選擇性控制電力66對電動機48的施加，從而控制環(huán)境空氣在目標板上的循環(huán)速率。當反饋裝置60的溫度大于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常增加，當反饋裝置60的溫度小于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常減小。當反饋裝置60的溫度實際上等于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常保持不變。在本發(fā)明的一種實施方式中，控制器64包括溫度控制器，這種類型的溫度控制器可以從英國EurothermEartrob West Wussex公司購買，型號為2408，它連接至可調(diào)整交流電動機速率控制器，這種類型的控制器可以從賓夕法尼亞州的BostonFincor of York公司購買，型號為ACX。上述電動機速率控制器是一種固態(tài)、單相、可變電動機速率控制器，它按照從參考信號確定的動態(tài)可調(diào)設定點，如下所述，和通過試驗傳感器60實際傳感的溫度間的傳感錯誤，成比例地提供控制?？刂破?4包括至少三個輸入，試驗信號，參考信號和電源信號?？刂破?4的輸出連接至風機電動機48的一端。風機電動機的另一端接地。在本發(fā)明的一種實施方式中，風機電動機48為Graingers 3805型，溫度傳感設備最好為附著至實驗樣本或標準黑面板的T型熱偶。
可以使用其它適當?shù)目刂破鳎?，一種處理模塊，它包括處理器和輔助管理處理模塊運行的存儲器。處理器可以是微處理器，中央處理器或微控制器，特殊應用集成電路，場可編程門away，數(shù)字信號處理器，微控制器或其它合適的處理設備。如果處理器為微處理器，它可以是“PENTIUM”，“POWER PC”，或其它任何本領(lǐng)域熟知的合適的微處理器，CPU或微控制器。存儲器可以是只讀存儲器，隨機存取存儲器，可擦寫磁盤存儲器，一次寫多次讀磁盤存儲器，電可擦可編程序只讀存儲器(EEPROM)，全息照相存儲器，遠程存儲存儲器或其它任何本領(lǐng)域熟知的合適的存儲器。存儲器包括通過處理器執(zhí)行的指令，和編程變量或其它任何本領(lǐng)域熟知的合適編程源代碼或目標代碼。
如上所述，控制器64響應參考信號以產(chǎn)生動態(tài)溫度設定點。參照圖4A-F，可以通過各種不同類型的輸入裝置產(chǎn)生參考信號，每個輸入裝置檢測材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)。例如，在圖4A，D和E中，標準材料68或材料70被測驗，它們每個都含裝置有溫度敏感元件，將用于例如輸入裝置的最終使用應用中。圖4A表示被測驗的標準材料68或材料70安裝在頂或其它類似結(jié)構(gòu)90上。圖4D表示溫度敏感元件固定至被測驗材料，或安裝于汽車或其它類似結(jié)構(gòu)92的內(nèi)部或外部上的標準材料。圖4E表示溫度敏感元件固定至被測驗材料，或安裝于建筑物或其它類似結(jié)構(gòu)94的內(nèi)墻或外墻或屋頂上的標準材料。
另外，在圖4B中，最終使用應用環(huán)境溫度循環(huán)可以通過傳統(tǒng)方法被記錄和重放，以使設備96可以再現(xiàn)這種記錄環(huán)境的動態(tài)參考信號。在圖4C中，可以使用一種設備例如計算機98，產(chǎn)生如用戶所指定的復雜溫度循環(huán)，以產(chǎn)生所需的參考信號。計算機98也可以用來產(chǎn)生記錄最終使用應用環(huán)境溫度循環(huán)的修整版，以提供通常不被觀察的環(huán)境溫度元素。可以使用非接觸監(jiān)測裝置100，例如光學紅外高溫計，產(chǎn)生參考信號或試驗信號。
能與如此多種輸入裝置配合的優(yōu)點是加速風化試驗設備可以永久地安裝于優(yōu)選位置，例如Florida或Arizona，并且任何其它位置的最終使用應用環(huán)境溫度循環(huán)可以在暴露試驗中重復地和可再現(xiàn)地模擬。例如，輸入裝置可以安裝于汽車的內(nèi)部和外部，如圖4D所示，汽車可以在單個位置停泊特定的一段時間，或者在一定的區(qū)域內(nèi)移動特定的一段時間。接著參考信號可以被記錄，修正或?qū)崟r傳送至控制器，以周期性產(chǎn)生動態(tài)參考信號和相應地的動態(tài)溫度設定點。在另一例子中，在亞馬遜雨林或其它極限最終使用地點，例如死亡之谷中，環(huán)境溫度循環(huán)可以被記錄，因此它可以在試驗位置被重復地和可再現(xiàn)地模擬。
參照圖5，在本發(fā)明的另一實施方式中，示意一種用來緊密調(diào)節(jié)多個加速風化實驗設備20間的溫度變化的系統(tǒng)，加速風化試驗設備用來在暴露試驗期間在至少一個實驗樣本46上集中太陽輻照。安裝在多個設備每個上的至少一個實驗樣本可以相同。但是，在暴露試驗中這個系統(tǒng)可以使用多個不同實驗樣本。因此，每個不同實驗樣本在完全相同的條件下被測驗，并都被相應地緊密調(diào)節(jié)。每個設備20被用來動態(tài)控制實驗樣本溫度，以模擬材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)。此系統(tǒng)包括多個加速風化試驗設備20，如前所述，包括控制器64，反饋裝置60和輸入裝置62。操作每個設備20，動態(tài)控制安裝于其上的實驗樣本的溫度，以模擬如上所述的材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)。但是，在這種實施方式中，多個試驗設備20被共同用于一個暴露試驗。當嘗試這種規(guī)模的暴露試驗時，現(xiàn)有技術(shù)的缺點之一是設備間的實驗樣本溫度變化可能非常大。因此，暴露試驗的結(jié)果具有相當大的標準偏差。為了更緊密地調(diào)節(jié)這種設備間的標準偏差，本發(fā)明的這種實施方式具有遠離多個加速風化試驗設備20安裝的第一設備的輸入裝置64。每個其它設備的輸入裝置64連續(xù)地串聯(lián)連接至第一設備，從而其它設備被相關(guān)控制，沿系統(tǒng)的溫度變化被降低。在計算機網(wǎng)絡領(lǐng)域這種類型的安排通常稱為串級鏈，它在Merriam-Webster大學字典中定義為連結(jié)系列，更像鏈連接。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)造，其中第二設備根據(jù)安裝在第一設備上的遠端設備操作，降低標準偏差，從而增加試驗結(jié)果的重復性和可再現(xiàn)性。
參照圖6，在本發(fā)明的另一實施方式中，示意如上所述用來在實驗樣本上集中太陽輻照的一種類型的加速風化試驗設備20。采用設備20來動態(tài)控制實驗樣本的溫度，以模擬材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)。上文已經(jīng)詳細說明設備20的通常結(jié)構(gòu)，本實施方式除下文討論的替換結(jié)構(gòu)外，將視為與之相同。本發(fā)明這種實施方式的設備20包括至少一個安裝于目標板的反饋裝置60，用于暴露至集中太陽輻照，產(chǎn)生響應其溫度的試驗信號，它代表實驗樣本的溫度。在圖6所示的這種實施方式中，顯示一對反饋裝置60，其與上述的結(jié)構(gòu)和功能一致。本發(fā)明的這種實施方式中顯示至少兩個輸入裝置62，每個產(chǎn)生相應的動態(tài)參考信號，代表不同的實驗樣本最終使用應用的復雜溫度循環(huán)。控制器64連接至第一開關(guān)72，用于交替選擇至少兩個輸入裝置62的其中之一。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)造允許設備20在給定的設備20上同時操作一個以上的暴露試驗。因此，實驗樣本46可以被在所需的時間周期內(nèi)暴露至第一溫度循環(huán)，接著在第二時間周期內(nèi)暴露于第二溫度循環(huán)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到通過使用構(gòu)造中的這種開關(guān)，可以獲得特定的暴露需求。如上所述，控制器64響應選定的動態(tài)參考信號，產(chǎn)生動態(tài)溫度設定點?？刂破?4還連接至第二開關(guān)74，以交替選擇至少一個反饋裝置60的其中之一。在這種構(gòu)造中，可以在多個不同環(huán)境中研究模擬加速材料退化，例如，在不同環(huán)境間前后驅(qū)動的汽車元件。相應地，使用壽命預測更準確，因為退化是不同環(huán)境的函數(shù)。例如，本發(fā)明這種實施方式可以用于模擬飛機使用材料的退化效應。在停機坪上或在三萬英尺的巡航高度的溫度和UV值將是不同的。相似的，飛機沿國家和世界以這種方式從一個地點移動至另一地點。飛機到達的每個不同地點可以使用本發(fā)明這種實施方式模擬。控制器64響應所選的試驗信號，以選擇控制施加到電動機的電力，從而控制如上所述環(huán)境空氣在目標板上循環(huán)的速率。
參照圖7A-D，在本發(fā)明的另一實施方式中，在如上所述與圖3對應的設備20中，還包括連接至控制器64和輸入裝置62的微調(diào)補償裝置76，以應用補償至參考信號。應用于參考信號的補償可以是所需數(shù)量的絕對補償，所需比例的比例補償，函數(shù)補償，其中所需函數(shù)應用于參考信號或無補償。應用補償至參考信號的優(yōu)點是用戶對暴露試驗的可調(diào)性。通過允許更多的熱量，本發(fā)明這種實施方式具有調(diào)整加速速率的另一優(yōu)點，并仍將包括輸入?yún)⒖夹盘柕臏囟葎討B(tài)循環(huán)的本質(zhì)。
圖7B表示經(jīng)過一段時間在溫度A和溫度B間振蕩的跡線78。這種跡線78代表圖7A中位置7B的參考信號。圖7C表示圖7A中位置7C的微調(diào)補償裝置76的函數(shù)，其中從溫度A到溫度B應用升高基線的決定補償。圖7D表示應用絕對補償?shù)嫩E線80，它代表圖7A中在位置7D通過控制器64觀測的試驗信號。
雖然已經(jīng)參照其優(yōu)選實施方式描述本發(fā)明，上述說明僅是示意的目的，而不應認為是對本發(fā)明領(lǐng)域的限制。在不偏離如相關(guān)權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍的基礎上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出各種修改和改變。例如，可以替換用于控制和輸入信號的機械或光學控制設備，可以使用鏡面而不是吹風的其它方法影響溫度。例如，散焦鏡面代替改變風機速率可以提供相同的結(jié)果。另外，可以在空氣管道中使用阻尼器或機械閥改變沿實驗樣本循環(huán)的冷卻空氣的數(shù)量。最后，濾波器(偏振、干擾、可調(diào)等)可以用于影響輻照和溫度。
權(quán)利要求
1.一種用來在試驗樣本上集中太陽輻照的加速風化實驗設備，采用此設備動態(tài)控制試驗樣本的溫度，以模擬材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)，此設備包括目標板，用來支撐至少一個暴露于集中太陽輻照的實驗樣本；反射器裝置，用來反射太陽輻照，并把所反射太陽輻照集中在目標板上，以照射至少一個實驗樣本；空氣循環(huán)裝置，用于在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣，以調(diào)節(jié)至少一個實驗樣本的溫度，空氣循環(huán)裝置包括電動機和經(jīng)電動機驅(qū)動的風扇，以產(chǎn)生環(huán)境空氣流動；反饋裝置，它被安裝至暴露于集中太陽輻照的目標板，并產(chǎn)生響應其溫度的試驗信號，代表實驗樣本的溫度；輸入裝置，用來連續(xù)產(chǎn)生動態(tài)參考信號，代表材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)；和控制器，它連接至輸入裝置，響應動態(tài)參考信號，產(chǎn)生溫度設定點，并連接至反饋裝置，響應試驗信號選擇性控制施加到電動機的電力，從而控制環(huán)境空氣在目標板上的循環(huán)速率，當反饋裝置的溫度大于溫度設定點時，此速率通常增加，當反饋裝置的溫度小于溫度設定點時，此速率通常減小，當反饋裝置的溫度實際上等于溫度設定點時，此速率通常保持不變。
2.如權(quán)利要求1所述的設備，其中輸入裝置為溫度敏感元件、用于重放所記錄環(huán)境溫度循環(huán)的設備、用于產(chǎn)生復雜溫度循環(huán)的設備、或非接觸監(jiān)測裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的設備，其中此設備還包括微調(diào)補償裝置，它連接至控制器和輸入裝置，用于應用補償至參考信號。
4.如權(quán)利要求3所述的設備，其中應用至參考信號的補償是絕對補償、比例補償、函數(shù)補償或無補償。
5.如權(quán)利要求1所述的設備，其中風扇是電動機驅(qū)動的鼠籠式鼓風機。
6.如權(quán)利要求1所述的設備，其中空氣循環(huán)裝置包括連接至目標板的空氣管道，空氣管道具有與目標板共延的出口，以在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣。
7.如權(quán)利要求1所述的設備，其中反饋裝置按熱傳導關(guān)系固定在安裝于目標板上的面板上。
8.如權(quán)利要求7所述的設備，其中反饋裝置還包括覆蓋反饋裝置和面板的黑色涂層，以吸收照射其上的太陽輻照。
9.一種用來在試驗樣本上集中太陽輻照的加速風化實驗設備，采用此設備動態(tài)控制試驗樣本的溫度，以模擬材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)，此設備包括目標板，用來支撐至少一個暴露于集中太陽輻照的實驗樣本；反射器裝置，用來反射太陽輻照，并把所反射太陽輻照集中在目標板上，以照射至少一個實驗樣本；空氣循環(huán)裝置，用來在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣，以冷卻至少一個實驗樣本，空氣循環(huán)裝置包括電動機和經(jīng)電動機驅(qū)動的風扇，以產(chǎn)生環(huán)境空氣流動；至少一個反饋裝置，被安裝至暴露于集中太陽輻照的目標板，產(chǎn)生響應其溫度的試驗信號，代表實驗樣本的溫度；至少兩個輸入裝置，每個輸入裝置產(chǎn)生各自的動態(tài)參考信號，代表材料最終使用應用的不同復雜溫度循環(huán)；和控制器，它連接至交替選擇上述至少兩個輸入裝置的其中之一的第一開關(guān)，響應選定的動態(tài)參考信號產(chǎn)生溫度設定點，控制器還連接至交替選擇至少一個反饋裝置的其中之一的第二開關(guān)，并響應所選試驗信號選擇性控制施加到電動機的電力，從而控制環(huán)境空氣在目標板上的循環(huán)速率，當所選至少一個反饋裝置其中之一的溫度大于溫度設定點時，此速率通常增加，當所選至少一個反饋裝置其中之一的溫度小于溫度設定點時，此速率通常減小，當所選至少一個反饋裝置其中之一的溫度實際上等于溫度設定點時，此速率通常保持不變。
10.如權(quán)利要求9所述的設備，其中輸入裝置為溫度敏感元件、用于重放所記錄環(huán)境溫度循環(huán)的設備、用于產(chǎn)生復雜溫度循環(huán)的設備、或非接觸監(jiān)測裝置。
11.如權(quán)利要求9所述的設備，其中此設備還包括微調(diào)補償裝置，它連接至控制器和第一開關(guān)，用于應用補償至所選參考信號。
12.如權(quán)利要求11所述的設備，其中應用至參考信號的補償是絕對補償、比例補償、函數(shù)補償或無補償。
13.如權(quán)利要求9所述的設備，其中風扇是電動機驅(qū)動的鼠籠式鼓風機。
14.如權(quán)利要求9所述的設備，其中空氣循環(huán)裝置包括連接至目標板的空氣管道，空氣管道具有與目標板共延的出口，以在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣。
15.如權(quán)利要求9所述的設備，其中反饋裝置按熱傳導關(guān)系固定在安裝于目標板上的面板上。
16.如權(quán)利要求15所述的設備，其中反饋裝置還包括覆蓋反饋裝置和面板的黑色涂層，以吸收照射其上的太陽輻照。
17.如權(quán)利要求9所述的設備，其中控制器選擇至少一個反饋裝置的其中之一，它與選定的至少兩個輸入裝置的其中之一有效配合。
18.一種用來在暴露試驗過程中緊密調(diào)節(jié)多個用來在至少一個試驗樣本上集中太陽輻照的加速風化試驗設備間的溫度變化的系統(tǒng)，其中采用每個設備動態(tài)控制試驗樣本的溫度，以模擬材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)，此系統(tǒng)包括多個加速風化試驗設備，包括目標板，用來支撐至少一個暴露于集中太陽輻照的實驗樣本；反射器，用來反射太陽輻照，并把所反射太陽輻照集中在目標板上，以照射至少一個實驗樣本；空氣循環(huán)裝置，用來在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣，以冷卻至少一個實驗樣本，空氣循環(huán)裝置包括電動機和經(jīng)電動機驅(qū)動的風扇，以產(chǎn)生環(huán)境空氣流動；反饋裝置，它被安裝至暴露于集中太陽輻照的目標板，產(chǎn)生響應其溫度的相應試驗信號，代表實驗樣本的溫度；輸入裝置，用于連續(xù)地產(chǎn)生動態(tài)參考信號，代表材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)；和控制器，它連接至輸入裝置，響應參考信號，產(chǎn)生溫度設定點，控制器還連接至反饋裝置，響應試驗信號選擇性控制施加到電動機的電力，從而控制環(huán)境空氣在目標板上的循環(huán)速率，當反饋裝置的溫度大于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常增加，當反饋裝置的溫度小于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常減小，當反饋裝置的溫度實際上等于動態(tài)溫度設定點時，此速率通常保持不變；第一設備的輸入裝置，它安裝在遠離多個加速風化試驗設備的遠端；每個其它設備的輸入裝置，它連續(xù)地與第一設備和其它設備串聯(lián)連接，以使其它設備根據(jù)第一設備關(guān)連控制，減小系統(tǒng)的溫度可變性。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中與第一設備相聯(lián)系的輸入裝置為溫度敏感元件、用于重放所記錄環(huán)境溫度循環(huán)的設備、用于產(chǎn)生復雜溫度循環(huán)的設備、或非接觸監(jiān)測裝置。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中第一設備還包括微調(diào)補償裝置，它連接至控制器和第一開關(guān)，用于應用補償至參考信號。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中應用至參考信號的補償是絕對補償、比例補償、函數(shù)補償或無補償。
22.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中風扇是電動機驅(qū)動的鼠籠式鼓風機。
23.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中空氣循環(huán)裝置包括連接至目標板的空氣管道，空氣管道具有與目標板共延的出口，以在目標板上循環(huán)環(huán)境空氣。
24.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中反饋裝置按熱傳導關(guān)系固定在安裝于目標板上的面板上。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中反饋裝置還包括覆蓋反饋裝置和面板的黑色涂層，以吸收照射其上的太陽輻照。
26.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中與其它設備相聯(lián)系的輸入裝置是溫度敏感元件或非接觸監(jiān)測裝置。
全文摘要
一種用來在至少一個實驗樣本上集中太陽輻照的加速風化實驗設備，它包括目標板、反射器裝置、空氣循環(huán)裝置、反饋裝置、輸入裝置和控制器。環(huán)境空氣在目標板上循環(huán)以冷卻實驗樣本?？刂破骰趤碜暂斎胙b置的參考信號連續(xù)地設定動態(tài)設定點，參考信號代表材料最終使用應用的復雜溫度循環(huán)，并且控制器基于來自反饋裝置的試驗信號調(diào)整空氣循環(huán)速率。
文檔編號G01N3/60GK1458510SQ0313673
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者亨利·K·哈德卡斯特三世 申請人:阿特拉斯材料測試技術(shù)有限責任公司