环境模拟

[color=#990000]摘要：针对上一代探空仪检定用低压环境模拟舱压力控制系统控制精度和稳定性差、压力传感器和控制系统配置不合理等问题，用户提出升级改造要求。本文介绍了新一代低压环境模拟舱压力控制系统的实施方案，采用了双向控制模式，进行了方案验证试验，试验结果证明控制精度和稳定性都大幅提高。关键词：低压模拟舱,探空仪,压力控制,电动针阀,电动球阀,上游模式,下游模式,PID控制器[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]一、问题的提出[/color][/size]检定探空仪的重要手段之一是在地面进行低压环境模拟舱的测试，在用的低压环境模拟舱结构如图1所示。[align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,376]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061504557090_7216_3384_3.jpg!w690x472.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 低压环境模拟舱结构示意图[/color][/align]此低压环境模拟舱使用过程中存在压力控制波动较大的问题，越靠近1个大气压时波动越大，通过分析认为主要是以下几方面原因引起：（1）压力传感器选择不合理，在全量程压力范围内传感器误差所占比例并不相同，从而显示出靠近1个大气压时波动大和远离1个大气压时波动小的现象，但实际上整体都存在较大波动，只是压力传感器在1个大气压附近精度最高，而在远离1个大气压处压力传感器误差已经完全涵盖了压力波动范围。（2）压力控制采用的是开关控制模式，真空泵和电磁阀根据压力设定值大小同时开启或关闭，尽管增加了储气罐作为缓冲，但这种半自动控制模式很难实现压力的准确恒定。（3）控制器并没有采用PID自动控制方式，也是影响压力控制精度的主要原因。综上分析，针对上一代探空仪检定用低压环境模拟舱压力控制系统控制精度和稳定性差、压力传感器和控制系统配置不合理等问题，用户提出升级改造要求。本文将介绍新一代低压环境模拟舱压力控制系统的实施方案，拟采用双向控制模式，并进行方案验证试验，由此证明控制精度和稳定性能大幅提高。[size=18px][color=#990000]二、压力控制系统升级改造方案[/color][/size]探空仪检定用低压环境模拟舱工作的绝对压力范围为1torr~760torr，要求在此范围内模拟舱的压力可以在任意设定点上准确恒定，甚至要求可以按照设定变压速率进行控制。为此，具体的升级改造方案是在原压力控制系统的基础上，保留真空泵和真空电磁阀，更换压力传感器和控制器，去掉储能罐，增加数控的进气阀和排气阀，具体方案如下：（1）采用10torr和1000torr两个不同量程的电容压力计来覆盖整个低气压范围的测量，从而保证全量程的测量精度。（2）采用高精度PID真空压力控制器，以匹配电容压力计的测量精度和保证控制精度。（3）分别真空腔体的进气口和排气口安装电动针阀和电动球阀，电动针阀直接安装在进气口处，电动球阀安装在排气口和真空泵的电磁阀之间。（4）控制方式分别采用上游模式和下游模式，上游模式用来控制10torr以下气压，下游控制用来控制10~760torr范围气压。（5）如图2所示，上游模式是维持上游压力和出气口流量恒定，通过调节进气口流量控制仓室压力。（6）如图3所示，下游模式是维持上游压力和进气口流量恒定，通过调节排气口流量控制仓室压力。[align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,400,421]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506055621_2789_3384_3.jpg!w400x421.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 低气压上游控制模式[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,450,393]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506206214_771_3384_3.jpg!w450x393.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 低气压下游控制模式[/color][/align][size=18px][color=#990000]三、方案验证试验[/color][/size]针对上述两种控制模式，分别采用1torr和1000torr两只电容压力计、电动针阀、电动球阀和24位高精度压力控制器进行了考核试验，试验用的真空腔体内部空间为400×400×500mm，试验装置如图4和图5所示。[align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,369]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506318858_3696_3384_3.jpg!w690x464.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图4 低气压上游控制模式考核试验装置[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,339]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061506474377_3818_3384_3.jpg!w690x426.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图5 低气压下游控制模式考核试验装置[/color][/align]在上游模式试验过程中，首先开启真空泵后使其全速抽气，然后在 68Pa 左右对控制器进行 PID参数自整定。自整定完成后，分别对 12、27、40、53、67、80、93 和 107Pa共8个设定点进行了控制，整个控制过程中的气压变化如图6所示。在下游模式试验过程中，首先开启真空泵后使其全速抽气，并将进气阀调节到微量进气的位置，然后在300torr左右对控制器进行PID参数自整定。自整定完成后，分别对 70、 200、 300、450 和 600Torr 共5个设定点进行了控制，整个控制过程中的气压变化如图7所示。 [align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,333]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507110485_1025_3384_3.jpg!w690x418.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图6 上游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,327]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507246957_2391_3384_3.jpg!w690x411.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图7 下游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align]将上述不同低气压恒定点处的控制效果以波动率来表示，则得到图8和图9所示的整个范围内的波动率分布。从波动率分布图可以看出，在整个低气压的全量程范围内，波动率可以精确控制在±1%范围，在12Pa处出现的较大波动，是因为采用 68Pa处自整定获得的PID参数并不合理，需进行单独的PID参数自整定。 [align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,309]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507435250_4590_3384_3.jpg!w690x388.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图8 上游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align][align=center][color=#990000][img=低气压环境模拟舱压力控制,550,340]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201061507565906_1701_3384_3.jpg!w690x427.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图9 下游模式低气压定点控制考核试验曲线[/color][/align]从上述考核试验结果可以看出，升级改造后的控制方法可以将压力控制精度和稳定性提高五倍以上，并大幅提高了低压环境模拟仓自动化水平和可靠性。[align=center]=======================================================================[/align]

大多数工厂为了验证产品在模拟环境下的性能，会添置一些环境模拟试验箱，作为一个非专业人士，就从自己接触的试验箱常见故障说说自己的看法，有不对的地方，还希望专业人士给予指正。每个公司因产品性质不同，添购的环境模拟试验箱功能有差异，常见的有以下几种：1. 只有加热功能的如高温烘箱；2. 有低温、高温和湿度功能的如恒温恒湿，高低温湿热交变箱。3. 有高温，低温功能如冷热冲击箱。功能不同，价格也存在很大差异，冷热冲击箱价格相对比恒温恒湿箱，高低温湿热交变箱，烘箱贵。功能不同，故障率也相对不同，功能单一，相对故障率也就低。目前公司可靠性实验室高温烘箱有4台，高低温湿热交变箱有6台，冷热冲击箱有两台：图一：高温烘箱http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/07/201507021201_553005_1678646_3.png图二：高低温湿热交变箱http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/07/201507021201_553006_1678646_3.png图三：冷热冲击箱http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/07/201507021202_553007_1678646_3.png从使用情况来看，常见故障如下：1. 高温烘箱工作原理单一，故障率相对是最低的，经常发生的故障就是散热风扇故障，一般是由于长期工作，风扇寿命的问题，可以自己买相同型号的更换即可（关于风扇更换，之前有发过相关帖子，有兴趣的版友欢迎查看）。2. 其次故障率相对较高的是冷热冲击箱，由于有高温，低温功能，高温段故障率比较低，常见的故障就是低温段，会经常发生无法降至所设置的低温。而原因大多是管路漏气，这比较麻烦，需要设备厂家查漏检修，如果是板换里漏气，那是最麻烦的。3. 故障最高的就是高低温湿热交变箱，由于有高温，低温，湿度功能，而三者常见的故障就是湿度和低温段。低温段无法降至低温，主要原因也是管路漏气。湿度段常见故障有水箱水位无法控制导致漏水，无法升至所设置湿度。加湿管如果漏电的话，设备会跳闸保护，这方面故障发生的话，还是需要厂家专业人士维修。总结：大多公司在采购设备的时候，往往是注重设备价格而将设备质量放在其次，如果设备买来是摆设不用，那坏的可能性是比较低，如果是长期使用的话，质量好坏就很重要，当初选购的时候，过于选择低价格的设备，后续维护成本增大的可能性非常大，也会延误产品试验进度。所以作为使用部门，在设备选购时，可以发表下自己的意见，最好要求和采购实地看下厂商生产车间，以免被皮包公司蒙蔽，给后续设备维护留下很大隐患。

科技一直是社会发展的主题，公司亦如此。使用规模涉及到食物、电子、电器、通讯、汽车等要点行业的[b]高低温试验箱[/b]类的环境模拟产品更需求技能上的立异，检查功能安稳，保证数据准确，方能有利于其他使用行业的产品技能立异。[align=center][img=,348,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108031110052814_8309_1037_3.jpg!w348x348.jpg[/img][/align]　　高低温试验箱设备主要是在设备依照行业，标准要求或客户自定要求，在低温、高溫、温度湿度以及循环系统更改标准下，对商品的物理学及其其他相关特点开展环境模拟测试，根据测试，来辨别设备的作用，是否依然能够切合预订要求，便于供产品设计方案、改进、评定及原厂检查用。与我们关联亲密接触的，比如食材制造行业，过去各种新闻媒体都报道过“舌尖上的美味”，食材安全性已经深受提出质疑。全球是运转的，而自然环境气候也是不断更改的。地域的更改，季节的更改，气候的变幻莫测，都是导致温度湿度的差别，而这类温度湿度的更改差别是否会影响到食材的成长，这就要求技术专业的高低温试验箱等技术专业的环境模拟实验设备去检查，持续的做实验，持续的改进，方能生产制造出达标的商品。别的行业应用也是这般。　　因此高低温试验箱类的环境模拟试验仪产品，需求提升其作用则验，检查设备的测试专业技能关联到别的行业商品的质量。实验仪器类的企业全是要靠专业技能适用，高新科技强企依然是企业发展的主题风格。现如今不可是企业中间的比赛，也是两国之间中间的比赛。由于前史留传等原因，很多科学研究专业技能都挺大水平上小于其他制造商，勤奋好学竭尽全力、标新立异全是我们坚持不懈要求做的工作。

北京领宇天际和加拿大SimulTek研制了月球表面环境综合模拟系统，可以用于评估月表尘埃和其它月表综合环境因素对材料性能的影响，提供了包括高真空环境、高低温热循环、真空紫外线辐射、近紫外线辐射、可见光辐射、近红外辐射、质子辐射，电子辐射，月表尘埃环境、月尘悬浮，月尘带电环境，月尘沉降，以及月尘环境下真空摩擦磨损测试，并验证空间材料的降尘策略和技术的有效性，对空间材料和结构进行测试和寿命评估进行实验研究。月面环境模拟系统： 航天器故障的70%是由于空间环境的影响造成的, 为了验证设计的合理性, 充分的空间环境模拟试验是必不可少的， 月球表面环境的独特性和复杂性给空间环境模拟技术提出新的要求，为了研究月球表面的环境对登月飞船、月球车的环境适应性及可靠性，SimulTek研制的月面环境模拟系统可为登月飞船及月球车的设计、优化以及最终的系统验证提供试验平台。月尘悬浮系统：月球土壤 (尘埃) 具有极强的表面粘附能力、材料磨损能力和穿透能力，月球土壤电导率极低, 所以易于带电, 并可以在相当长的时间内保持带电。因此, 月壤颗粒在光电效应、太阳风辐照作用下带电之后, 可以长时间漂浮并移动月尘沉降及清除系统： 根据Apollo宇航员的纪录, 飞舞的月球尘埃及月表土壤颗粒会很快附着在与其接触的各类表面上, 无法清除干净, 而且会进一步引起热控系统性能下降、机械机构卡死、密封失效、光学系统灵敏度下降、部件磨损等一系列故障[img=,690,515]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304241605108482_9376_1620854_3.jpg!w690x515.jpg[/img][img=,690,515]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304241606424574_2996_1620854_3.jpg!w690x515.jpg[/img]

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[b] [url=http://www.meryou.cn/html/products/nqhl/47.html]氙灯老化试验箱[/url][/b]可分为风冷式氙灯耐候老化试验箱、水冷式氙灯老化试验箱和台式氙灯耐气候老化试验箱，是模拟阳光、雨水和露水对材料造成的危害的最佳环境试验设备，试验结果可用于改善材料质量、延长材料使用寿命研究的参考。 [b]氙灯老化试验箱[/b]选用能模拟全阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下存在的破坏性光波；耐候试验箱可以为科研、产品开发和质量控制提供相应的环境模拟和加速试验，可用于新材料的选择、改进现有材料或者评估材料组成变化后耐用性的变化等试验；适用于塑料、橡胶、涂料、油墨、纸张、药品、食品、化妆品、纺织品、汽车零部件、包装材料、建筑材料、电子电工产品等。[align=center][img=,420,400]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707271138_01_2936678_3.jpg[/img][/align] [b]氙灯老化试验箱[/b]是一种综合气候装置，除进行气候老化试验外，还可进行高分材料的耐旋光性测试，即高分子材料暴露于模拟透过玻璃的日光光谱,是人造光源下评价材料的耐旋光性能。从光能、温度这几种主要气候因素进行模拟和强化的试验。 试验箱利用氙灯模拟阳光照射的效果，利用冷凝湿气模拟雨水和露水，被测材料放置在一定温度下的光照和潮气交替的循环程序中进行测试，用数天或数周的时间即可重现户外数月乃至数年出现的危害。 同时，设备对温度和湿度较宽的调试范畴供调试，淋雨接纳独立循环体系，在必要时可以在淋雨的供水源处参加有害气体物质。转变样架冷却水温，可以调解样品外貌的凝露量及试样外貌温度，因此，氙灯试验箱可做多因素耐天气的组合试验。

通过使用[b][url=http://www.linpin.com/]紫外老化试验箱[/url][/b]可以检测物件在紫外线等环境下的性能参数，在试验的过程中设备可以模拟多个自然环境，今天小编为大家分享的是冷凝、紫外辐射、淋雨等是三个环境。[align=center][img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204281605488279_8853_1037_3.jpg!w690x690.jpg[/img][/align]　　一、冷凝环境：很多物品会长时间处于户外的潮湿环境中，引发这种长期户外潮湿的原因通常并不是雨水而是露水造成的。使用紫外老化试验箱可以通过其冷凝功能来模拟室外潮湿侵蚀的情况，在试验运行环节的冷凝循环中，设备底部蓄水池中的水通过加热之后会产生热蒸气，然后充满这个试验室，热蒸汽会让检测室内的相对湿度维持在足够标准，同时维持在一个高温的状态，因为试验样品是固定在测试室的侧壁，所以物品的测试面会在箱体内环境空气中暴露，暴露在自然环境中的一面就具有冷凝效果，从而会让物品的内外产生一定的温差，从而在整个冷凝循环过程中，物品试验面会一直有冷凝生成的液体水。　　二、紫外辐射：这是这类试验箱的基本功能，该设备就是主要检测物件在紫外环境下的耐性，该模拟环境主要是通过使用紫外灯进行模拟的，在该环境模拟中，想要达到不同的紫外辐射能量，需要选择不同的紫外线灯，这是因为各种灯得到紫外波长和辐射量有差异，客户还是要根据物料试验需求选择适合的灯管。　　三、紫外老化试验箱的淋雨试验：在日常生活中会有阳光下，聚集的热量因为突然的下雨而快速消散的情况，这个时候材料温度会突然变化从而产生热冲击，而设备的水喷淋可以很好的模拟由于温度剧变和雨水冲刷所造成的热冲击或腐蚀等，能够检测物件在此环境下的耐候性。

通过使用[b][url=http://www.linpin.com/]紫外老化试验箱[/url][/b]可以检测物件在紫外线等环境下的性能参数，在试验的过程中设备可以模拟多个自然环境，今天小编为大家分享的是冷凝、紫外辐射、淋雨等是三个环境。[align=center][img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206101710112116_1781_1037_3.jpg!w690x690.jpg[/img][/align]　　一、冷凝环境：很多物品会长时间处于户外的潮湿环境中，引发这种长期户外潮湿的原因通常并不是雨水而是露水造成的。使用紫外老化试验箱可以通过其冷凝功能来模拟室外潮湿侵蚀的情况，在试验运行环节的冷凝循环中，设备底部蓄水池中的水通过加热之后会产生热蒸气，然后充满这个试验室，热蒸汽会让检测室内的相对湿度维持在良好湿度情况下，同时维持在一个高温的状态，因为试验样品是固定在测试室的侧壁，所以物品的测试面会在箱体内环境空气中暴露，暴露在自然环境中的一面就具有冷凝效果，从而会让物品的内外产生一定的温差，从而在整个冷凝循环过程中，物品试验面会一直有冷凝生成的液体水。　　二、紫外辐射：这是这类试验箱的基本功能，该设备就是主要检测物件在紫外环境下的耐性，该模拟环境主要是通过使用紫外灯进行模拟的，在该环境模拟中，想要达到不同的紫外辐射能量，需要选择不同的紫外线灯，这是因为各种灯得到紫外波长和辐射量有差异，客户还是要根据物料试验需求选择适合的灯管。　　三、紫外老化试验箱的淋雨试验：在日常生活中会有阳光下，聚集的热量因为突然的下雨而快速消散的情况，这个时候材料温度会突然变化从而产生热冲击，而设备的水喷淋可以很好的模拟由于温度剧变和雨水冲刷所造成的热冲击或腐蚀等，能够检测物件在此环境下的耐候性。

[size=16px][color=#990000][b]摘要：针对目前新能源电池热失控和特性研究以及生产中缺乏变环境压力准确模拟装置、错误控制方法造成环境压力控制极不稳定以及氢燃料电池中氢气所带来的易燃易爆问题，本文提出了相应的解决方案。方案的关键一是采用了低漏率电控针阀作为下游控制调节阀实现压力可编程精密控制，二是采用高压气体型真空源避免机械式真空泵的电火花造成引燃，三是在压力控制的同时也对电池加热温度进行自动控制。整个装置控制精度和自动化程度较高。[/b][/color][/size][align=center][size=16px][color=#990000][b]==================[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#990000][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 随着现代新能源行业的飞速发展，各种新能源电池在经济社会中发挥着越来越重要的作用，由此对低压环境下新能源电池的使用、储存和运输也提出更高技术要求。例如高原地区和飞机运输中新能源电池的性能变化特征以及热失控传播特性，都是电池发展极其重要的一个环节。目前新能源电池在低压环境下的热失控特性和性能变化特性研究主要存在以下几方面的问题：[/size][size=16px] （1）目前的新能源电池热失控的测试设备主要集中在研究常压下的热失控行为，环境压力对电池热失控特征的研究较为缺失，对压力变化影响热失控行为的研究仍需进行更深入研究。[/size][size=16px] （2）研究变环境压力下电池燃烧爆炸行为的特性与特征，对于新能源电池的前期研发、中期使用以及后期预防热失控都有着尤为重要的参考意义。但目前缺乏变环境压力的准确模拟装置，控制方法存在严重问题而造成环境压力控制极不稳定，难以准确观察压力室内电池特性的变化，实验的可信度较差。[/size][size=16px] （3）另外，氢燃料电池作为一种新能源电池同样存在上述问题，同样需要在不同海拔工况下验证电池的运行性能和可靠谱。但由于氢燃料电池的特殊性，特别是由于氢气属于易燃易爆气体，在环境压力模拟设备运行时流道内的旋转机械有可能在高速运转情况下产生火花，继而引燃氢气形成爆炸，这对于环境模拟实验设备而言是绝对不允许的。同时，氢气与空气在燃料电池内反应生成水，故而在排气中含有液滴，这部分液滴在进入设备时可能对旋转部件造成损害，影响设备可靠性。因此，对于氢燃料电池的环境压力模拟装置，需要避免这些问题的出现。[/size][size=16px] 针对上述新能源电池以及氢燃料电池中环境压力准确控制方面存在的问题和需求，本文提出了相应的解决方案，解决方案主要包括以下两方面的内容：[/size][size=16px] （1）针对现有的锂电池环境压力模拟装置进行技术改造，采用下游控制模式实现模拟箱内环境压力的可编程准确控制，以满足绝大多数新能源电池的环境压力模拟需要。[/size][size=16px] （2）针对氢燃料电池的环境压力模拟，提出更安全的环境压力准确控制解决方案。[/size][size=18px][color=#990000][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 锂离子电池在高温环境下容易发生热失控，具有一定危险性，会发生着火甚至爆炸。为了给电池的测试试验同时提供高温和环境压力的模拟条件，解决方案是将电池放置在密闭的测试环境箱内，并对环境箱内部进行气压控制，使电池处于所需环境压力。然后通过对锂离子电池外部加热的方式给予电池达到热滥用的条件，再通过热电偶、数字天平等装置研究温度与质量等参数的变化。热电偶测量热失控过程中的温度变化，数字天平测量热失控过程中电池质量参数的变化，整个测试装置的控制系统如图1所示。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=电池环境压力和高温温度模拟控制系统结构示意图,690,394]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310161757014248_9888_3221506_3.jpg!w690x394.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图1 电池环境压力和高温温度模拟控制系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 如图1所示，整个控制系统主要由环境压力控制回路、电池加热温度控制回路、质量测量装置和数据采集装置构成，它们的各自功能和技术内容如下：[/size][size=16px] （1）环境压力控制回路：其功能是对测试环境箱进行可编程气体压力控制，可对一系列不同的设定压力进行自动控制。控制回路由数控针阀、真空计、真空泵、真空压力控制器和真空管路组成，其中一个数控针阀控制进气流量、另一个数控针阀控制排气流量，真空计测量环境箱内的真空度并传输给控制器，控制器将接收到的真空度信号与设定值比较后驱动数控针阀的开度变化，并快速使得环境箱内的真空压力达到设定值。需要说明的是，这里的控制采用了固定进气针阀开度而改变排气针阀开度的下游控制模式，这样可以实现更高精度和稳定性的环境压力控制。[/size][size=16px] （2）电池加热温度控制回路：其功能是对电池进行加热和温度控制，以模拟电池热失效过程中的温度变化。控制回路由加热器、电池组件、固定夹板、热电偶温度传感器和双通道控制器组成，其中热电偶采集电池温度并传输给控制器，控制器将接收到的温度信号与设定值比较后驱动加热器通电加热，并使电池温度快速达到设定值。[/size][size=16px] （3）质量测量装置：其功能是测量电池本体在热失控过程中的质量损失。质量测量装置主要是悬挂式数字天平，放置在环境箱外部的数字天平通过悬丝测量电池质量。[/size][size=16px] （4）数据采集装置：其功能是同时采集电池温度、环境压力和质量测量数据，并以曲线形式进行显示和存储。数据采集装置主要由多通道数据采集器和计算机组成，多通道数据采集器连接相应的温度压力传感器和数字天平，计算机与采集器进行通讯并用软件显示和存储采集结果。[/size][size=16px] 需要说明的是，在解决方案中，计算机或上位机也可以与真空压力控制器和温度控制器进行通讯，并通过各自的软件对控制器进行参数设置、运行控制和控制过程参数变化曲线的显示。[/size][size=16px] 图1所示的电池环境压力模拟控制系统并不适合氢燃料电池的性能测试，这主要是机械式旋转型的真空泵有可能在高速运转情况下产生火花而引燃氢气形成爆炸，同时氢燃料电池测试过程中会在真空管路内形成水滴而造成阀门和真空泵旋转部件的损伤。为了解决这两个问题，本文所提出的解决方案采用了以下两项技术：[/size][size=16px] （1）将真空泵更换为真空发生器，即通过高压气体来形成真空，这样可以避免机械式旋转部件所带来的火花引燃危害。[/size][size=16px] （2）环境压力的调节还是采用前面所述的电动针阀，因为这种NCNV系列具有非常好的真空密封性能，电机转动部分与所通气体完全隔离，不会带来引燃隐患。[/size][size=18px][color=#990000][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 综上所述，解决方案通过改进后的环境压力下游控制技术、高压气体真空发生技术和温度自动控制技术，可以很好的实现各种新能源电池在可变环境压力和高温温度下的热失控特性和运行特性变化测试和试验考核，解决方案具有以下几方面的突出特点：[/size][size=16px] （1）可实现环境压力和温度的高精度控制，更有利于电池特性的精密研究和测试考核。[/size][size=16px] （2）环境压力和温度控制可按照不同设定值进行编程控制，可自动实现电池特性测试的全过程。[/size][size=16px] （3）通过使用控制器和数据采集器自带的计算机软件，可快速搭建起电池特性测试装置，无需再专门编写计算机程序，大幅减小了装置组建的工作量。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]~~~~~~~~~~~~~~~[/b][/color][/size][/align]

[size=14px][color=#ff0000]摘要：在探月工程中需要在月面真空环境下采集月壤样品，需要建立地面试验装置来模拟月面的真空热环境，以测试采样器在真空热环境下的性能，由此要求真空度能实现精密控制。本文针对真空热环境地面模拟试验装置，提出了真空度精密控制的技术方案，真空度控制范围为0.1Pa~0.1MPa，全量程的控制精度为±1%。[/color][/size][size=14px][color=#ff0000][/color][/size][align=center][size=14px][color=#330033]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/size][/align][size=18px][color=#330033]一、问题的提出[/color][/size]在探月工程中需要在月面真空环境下采集月壤样品，由此需要建立地面试验装置来模拟月面的真空热环境，以测试采样器在真空热环境下的性能，并要求真空度能实现精密控制。由于月壤的特殊性，目前的月壤地面模式试验装置中的真空度控制还需要解决以下几方面的问题：[size=14px]（1）月壤和模拟月壤样品，一般为粉末状颗粒，因此在开始阶段的抽气速率要进行严格控制以避免产生扬尘。[/size]（2）目前的真空度测量和控制还采用皮拉尼真空计，使得配套的控制系统无法实现真空度的精密控制，造成试验结果的重复性很差。[size=14px]（3）月壤地面模拟试验装置普遍体积较小，在宽泛的真空度范围内，实现精确控制一直存在较大难度，真空度的波动性较大，也是造成试验结果重复性差的原因之一。[/size][size=14px]针对月壤地面模式试验装置中存在的上述问题，本文提出了相应的技术方案，并介绍了详细的实施过程。[/size][size=18px][color=#330033]二、技术方案[/color][/size][size=14px]月壤环境地面模拟试验设备真空度密控制系统的整体结构如图1所示，整个系统主要包括真空计、数控针阀、电动球阀、PID控制器和真空泵。为了进行真空度全量程的精密控制，一般需要配备三只电容真空计，真空计的测量精度为0.25%。为配合电容真空计的测量精度，控制器采用了24位A/D和16位D/A的高精度PID控制器，独立的双通道便于进行上游数控针阀和下游电动球阀的气体流量调节和控制。[/size][align=center][size=14px][img=真空度控制好,500,489]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204191021365551_7090_3384_3.png!w690x676.jpg[/img][/size][/align][size=14px][/size][align=center]图1 真空度精密控制系统结构示意图[/align][size=14px]真空度的精密控制使用了动态控制模式，即在低真空条件下调节电动球阀，在高真空条件下调节数控针阀，这是一种典型的正反向控制方法，可有效保证真空度的控制精度。[/size]总之，通过此经过验证的真空度控制方案，可实现全量程范围内真空度的控制精度优于1%。[size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size][size=14px][/size][size=14px][/size]