光照與環(huán)境調(diào)控并行：氙燈老化試驗(yàn)箱工作原理深度剖析

2025年07月04日 10:26:21人氣：19來源：廣東皓天檢測(cè)儀器有限公司

在材料科學(xué)、汽車制造、涂料化工等眾多行業(yè)，產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中，不可避免地會(huì)受到陽光、溫度、濕度等環(huán)境因素的影響而發(fā)生老化。氙燈老化試驗(yàn)箱作為模擬自然老化環(huán)境的關(guān)鍵設(shè)備，能夠快速、高效地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行老化測(cè)試，幫助企業(yè)評(píng)估產(chǎn)品的耐候性能，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制。了解其日常使用工作原理，有助于我們更好地發(fā)揮設(shè)備效能，精準(zhǔn)獲取測(cè)試結(jié)果。

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一、核心模擬對(duì)象與整體邏輯

氙燈老化試驗(yàn)箱的核心目標(biāo)是模擬自然環(huán)境中陽光輻射、溫度波動(dòng)、濕度變化等對(duì)材料的綜合老化作用，通過人工加速老化的方式，在短時(shí)間內(nèi)重現(xiàn)材料在自然環(huán)境中可能經(jīng)歷數(shù)月甚至數(shù)年的老化過程。其工作流程為：用戶通過設(shè)備操作界面設(shè)定光照強(qiáng)度、溫度、濕度、降雨等試驗(yàn)參數(shù)，控制系統(tǒng)接收指令后，驅(qū)動(dòng)氙燈系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、降雨系統(tǒng)等協(xié)同工作，同時(shí)各類傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，確保試驗(yàn)環(huán)境穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。

二、關(guān)鍵系統(tǒng)工作原理

（一）氙燈光照系統(tǒng)

氙燈發(fā)光原理：氙燈老化試驗(yàn)箱的核心部件是氙燈，它內(nèi)部填充高壓氙氣，當(dāng)接通電源后，在高電壓作用下，氙氣被電離，形成氣體放電通道。電子在電場作用下高速運(yùn)動(dòng)，與氙氣原子發(fā)生碰撞，激發(fā)氙氣原子躍遷到高能級(jí)狀態(tài)。當(dāng)這些原子從高能級(jí)躍遷回低能級(jí)時(shí)，會(huì)以光輻射的形式釋放能量，從而產(chǎn)生高強(qiáng)度的連續(xù)光譜。這種光譜與太陽光的光譜極為相似，能夠涵蓋紫外線、可見光和紅外線波段，可有效模擬太陽光對(duì)材料的輻射老化作用。

光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)氙燈的輸入功率來控制光照強(qiáng)度。控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的光照強(qiáng)度參數(shù)，改變氙燈電源的輸出電壓或電流。一般采用可控硅調(diào)光技術(shù)，可控硅通過改變導(dǎo)通角的大小，調(diào)節(jié)氙燈的輸入功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度的精確調(diào)節(jié)。同時(shí)，設(shè)備內(nèi)置的光照強(qiáng)度傳感器（如硅光電池傳感器）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)光照強(qiáng)度，并將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度偏離設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整氙燈功率，使光照強(qiáng)度保持穩(wěn)定。

濾光系統(tǒng)：為了更準(zhǔn)確地模擬自然陽光光譜，氙燈老化試驗(yàn)箱配備濾光系統(tǒng)。濾光片能夠過濾掉氙燈光譜中不需要的波段，保留與自然陽光相近的光譜成分。例如，紫外線濾光片可以濾除可能干擾試驗(yàn)結(jié)果的雜散紫外線，使試驗(yàn)中紫外線的波段和強(qiáng)度更接近自然環(huán)境。不同的濾光片組合可滿足不同材料、不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光譜的特定要求。

（二）溫濕度控制系統(tǒng)

溫度控制：溫度控制系統(tǒng)的工作原理與小型環(huán)境試驗(yàn)箱類似，由加熱和制冷兩部分組成。加熱系統(tǒng)通常采用電加熱絲，當(dāng)需要升高箱內(nèi)溫度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電加熱絲通電發(fā)熱，通過空氣循環(huán)系統(tǒng)將熱量均勻擴(kuò)散到箱內(nèi)。制冷系統(tǒng)基于壓縮機(jī)制冷原理，壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，經(jīng)冷凝器散熱后變成液態(tài)，再通過節(jié)流裝置降壓降溫，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收箱內(nèi)熱量，使箱內(nèi)溫度降低。溫度傳感器（如熱電偶或熱電阻）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)溫度，并將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值，采用 PID 控制算法，精確調(diào)節(jié)加熱或制冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)溫度的穩(wěn)定控制。

濕度控制：濕度控制同樣包含加濕和除濕過程。加濕方式常見的有蒸汽加濕，通過電加熱水箱中的水產(chǎn)生蒸汽，將蒸汽引入試驗(yàn)箱內(nèi)以增加濕度。除濕則多采用冷凝除濕，降低蒸發(fā)器表面溫度，使箱內(nèi)潮濕空氣在蒸發(fā)器表面冷凝成水滴，然后通過排水裝置排出箱外，從而降低濕度。濕度傳感器（如電容式濕度傳感器）實(shí)時(shí)檢測(cè)箱內(nèi)濕度，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定濕度值，自動(dòng)控制加濕或除濕設(shè)備的運(yùn)行，維持箱內(nèi)濕度穩(wěn)定。

（三）降雨模擬系統(tǒng)

降雨模擬系統(tǒng)用于模擬自然環(huán)境中的降雨過程，加速材料表面的老化和侵蝕。該系統(tǒng)主要由水箱、水泵、噴頭和控制系統(tǒng)組成。水箱儲(chǔ)存用于降雨的水，當(dāng)試驗(yàn)需要進(jìn)行降雨模擬時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)水泵，將水從水箱中抽出，通過管道輸送至噴頭。噴頭將水均勻噴灑在試驗(yàn)箱內(nèi)，模擬降雨效果。降雨的時(shí)間、頻率和強(qiáng)度可根據(jù)試驗(yàn)要求在控制系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)定。此外，部分設(shè)備還配備雨水回收和過濾裝置，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，同時(shí)保證水質(zhì)清潔，避免雜質(zhì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

（四）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是氙燈老化試驗(yàn)箱的 “大腦”，它采用微處理器或可編程邏輯控制器（PLC）作為核心控制單元，結(jié)合先進(jìn)的控制算法。一方面，接收用戶通過操作界面輸入的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定指令；另一方面，實(shí)時(shí)采集光照強(qiáng)度、溫度、濕度等各類傳感器反饋的數(shù)據(jù)。通過對(duì)比設(shè)定值與實(shí)際值，控制系統(tǒng)精確調(diào)節(jié)氙燈系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、降雨系統(tǒng)等各功能模塊的工作狀態(tài)，確保試驗(yàn)環(huán)境始終符合設(shè)定要求。同時(shí)，控制系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)和分析功能，可實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)變化，方便用戶后期查看和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)試驗(yàn)過程中出現(xiàn)異常情況（如溫度過高、濕度過低、設(shè)備故障等）時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，保障設(shè)備和試驗(yàn)安全。

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關(guān)鍵詞：氙燈老化試驗(yàn)箱試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)溫濕度控制系統(tǒng)可控硅

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