Phòng thử nghiệm lão hóa môi trường là một loại thiết bị được sử dụng để mô phỏng các điều kiện môi trường tự nhiên khác nhau để thử nghiệm lão hóa vật liệu, sản phẩm. Nó có khả năng đẩy nhanh quá trình lão hóa của vật liệu hoặc sản phẩm, do đó đánh giá độ bền và độ tin cậy của chúng trong môi trường sử dụng thực tế trong thời gian ngắn hơn. Nguyên tắc hoạt động của nó liên quan đến nhiều khía cạnh của công nghệ và cơ chế.

1. Nguyên tắc kiểm soát nhiệt độ

Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự lão hóa của vật liệu. Phòng thử nghiệm lão hóa môi trường thông qua hệ thống làm lạnh và sưởi ấm để kiểm soát chính xác nhiệt độ bên trong phòng thử nghiệm. Hệ thống làm lạnh thường sử dụng chu trình làm lạnh nén, chủ yếu bao gồm máy nén, bình ngưng, thiết bị điều tiết và thiết bị bay hơi. Máy nén nén khí lạnh ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp thành khí ở nhiệt độ cao và áp suất cao, sau đó được đưa vào bình ngưng. Trong bình ngưng, khí lạnh tản nhiệt ra môi trường xung quanh, làm mát trở thành chất lỏng áp suất cao. Sau đó, chất lỏng áp suất cao đi qua thiết bị điều tiết, áp suất và nhiệt độ giảm, trở thành chất lỏng nhiệt độ thấp và áp suất thấp đi vào thiết bị bay hơi. Trong thiết bị bay hơi, chất lỏng làm lạnh với nhiệt độ thấp và áp suất thấp hấp thụ nhiệt trong buồng thử nghiệm và bay hơi thành khí, do đó làm giảm nhiệt độ trong buồng thử nghiệm.

Hệ thống sưởi ấm được thực hiện thông qua máy gia nhiệt điện. Máy sưởi điện chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt, theo tín hiệu nhiệt độ được phát hiện bởi cảm biến nhiệt độ trong phòng thử nghiệm, hệ thống điều khiển điều chỉnh công suất của máy sưởi điện để giữ nhiệt độ trong phòng thử nghiệm ở giá trị đặt. Ví dụ, khi cảm biến nhiệt độ phát hiện nhiệt độ bên trong hộp thấp hơn giá trị cài đặt, hệ thống điều khiển sẽ làm tăng sức mạnh của lò sưởi điện để nhiệt độ tăng lên; Ngược lại, khi nhiệt độ cao hơn giá trị cài đặt, nó sẽ làm giảm công suất của lò sưởi điện.

2. Nguyên tắc kiểm soát độ ẩm

Độ ẩm cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào sự lão hóa của vật liệu. Phòng thử nghiệm lão hóa môi trường kiểm soát độ ẩm bằng máy tạo ẩm và máy hút ẩm. Máy tạo ẩm thường áp dụng phương pháp tạo ẩm bằng hơi nước hoặc siêu âm. Hơi ẩm là làm nóng nước để tạo ra hơi nước, sau đó đưa hơi nước vào phòng thử nghiệm, tăng hàm lượng hơi nước trong hộp, do đó cải thiện độ ẩm. Làm ẩm bằng sóng siêu âm là sử dụng rung động siêu âm tần số cao để biến hơi nước thành những giọt nước nhỏ, tỏa vào phòng thí nghiệm để đạt được mục đích làm ẩm.

Máy hút ẩm thường sử dụng công nghệ hút ẩm ngưng tụ hoặc hút ẩm bánh xe quay. Ngưng tụ hút ẩm là việc sử dụng hệ thống làm lạnh để làm mát không khí, khi nhiệt độ không khí giảm xuống dưới nhiệt độ điểm sương, hơi nước ngưng tụ thành các giọt nước được thải ra thông qua hệ thống thoát nước, do đó làm giảm độ ẩm không khí. Bánh xe hút ẩm là sử dụng bánh xe hút ẩm để hấp thụ nước trong không khí, bánh xe ở các khu vực khác nhau để thực hiện quá trình hút ẩm và giải hấp, để đạt được chức năng hút ẩm liên tục. Hệ thống điều khiển theo tín hiệu độ ẩm được phát hiện bởi cảm biến độ ẩm, điều chỉnh công việc của máy tạo ẩm và máy hút ẩm, để độ ẩm trong phòng thử nghiệm được duy trì trong phạm vi cài đặt.

3. Nguyên tắc mô phỏng ánh sáng

Trong môi trường tự nhiên, ánh sáng đóng một vai trò quan trọng trong sự lão hóa của vật liệu. Phòng thử nghiệm lão hóa môi trường mô phỏng các điều kiện ánh sáng tự nhiên thông qua một nguồn ánh sáng cụ thể. Nguồn sáng thường được sử dụng là đèn xenon, đèn huỳnh quang UV, v.v. Đèn Xenon có khả năng phát ra ánh sáng gần với phổ ánh sáng mặt trời, bao gồm tia cực tím, nhìn thấy và hồng ngoại, với sự phân bố năng lượng quang phổ tương tự như ánh sáng mặt trời. Bằng cách điều chỉnh sức mạnh và thời gian chiếu sáng của đèn xenon, cường độ và thời gian ánh sáng ở các khu vực khác nhau, trong các mùa khác nhau có thể được mô phỏng.

Đèn UV huỳnh quang chủ yếu phát ra tia cực tím và có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa ánh sáng của vật liệu. Phạm vi bước sóng UV phát ra bởi các loại đèn UV huỳnh quang khác nhau là khác nhau, và các ống thích hợp có thể được chọn theo nhu cầu thử nghiệm. Hệ thống chiếu sáng cũng được trang bị các thiết bị lọc ánh sáng để điều chỉnh các đặc tính quang phổ của ánh sáng, đưa chúng đến gần hơn với điều kiện ánh sáng trong môi trường thực tế. Đồng thời, hệ thống điều khiển có thể kiểm soát chính xác thời gian bật và tắt nguồn ánh sáng, cũng như thay đổi cường độ ánh sáng để đáp ứng các tiêu chuẩn thử nghiệm khác nhau và nhu cầu thử nghiệm lão hóa của vật liệu.

4. Nguyên tắc mô phỏng khí

Các loại khí khác nhau cũng tồn tại trong môi trường thực tế, chẳng hạn như oxy, sulfur dioxide, carbon dioxide, v.v., cũng có thể có tác dụng ăn mòn và lão hóa đối với vật liệu. Phòng thử nghiệm lão hóa môi trường có thể mô phỏng các môi trường khí khác nhau thông qua hệ thống phun khí. Các khí cụ thể được bơm vào buồng thử nghiệm theo nồng độ và lưu lượng đã đặt, đưa môi trường thử nghiệm gần hơn với kịch bản sử dụng thực tế. Ví dụ, khi tiến hành kiểm tra khả năng chống ăn mòn của vật liệu trong khí quyển, một lượng lưu huỳnh và oxy thích hợp có thể được tiêm để mô phỏng thành phần khí trong môi trường bị ô nhiễm công nghiệp. Bằng cách theo dõi dữ liệu của cảm biến khí, hệ thống điều khiển có thể điều chỉnh lượng khí được tiêm trong thời gian thực, đảm bảo nồng độ khí trong phòng thử nghiệm ổn định ở giá trị cài đặt.

5. Nguyên tắc làm việc của hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển của buồng thử nghiệm lão hóa môi trường là cốt lõi của toàn bộ thiết bị, nó phối hợp công việc của các thành phần riêng lẻ để đảm bảo độ chính xác và ổn định của môi trường thử nghiệm. Hệ thống điều khiển thường sử dụng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) hoặc bộ vi xử lý. Nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, nồng độ khí và các thông số khác trong phòng thử nghiệm được thu thập trong thời gian thực bằng cảm biến và so sánh các thông số này với các điều kiện thử nghiệm được đặt trước.

Khi các thông số thực tế lệch khỏi giá trị đặt, hệ thống điều khiển sẽ đưa ra hướng dẫn điều khiển tương ứng theo lượng độ lệch, điều chỉnh trạng thái hoạt động của các thiết bị như làm lạnh, sưởi ấm, tạo ẩm, hút ẩm, chiếu sáng và bơm khí, để môi trường trong phòng thử nghiệm nhanh chóng trở lại giá trị đặt. Đồng thời, hệ thống điều khiển cũng có chức năng ghi dữ liệu và lưu trữ, có thể ghi lại các thông số thay đổi khác nhau trong toàn bộ quá trình thử nghiệm, tạo điều kiện cho người dùng phân tích và đánh giá hiệu suất lão hóa của vật liệu sau này. Ngoài ra, một số hệ thống điều khiển tiên tiến cũng hỗ trợ giám sát và vận hành từ xa, người dùng có thể xem dữ liệu thử nghiệm và kiểm soát hoạt động của buồng thử nghiệm trong thời gian thực trên thiết bị đầu cuối từ xa thông qua mạng.