紫外线加速耐候试验机在线校准装置的制作方法

1.本技术涉及在线校准技术领域，具体涉及一种紫外线加速耐候试验机在线校准装置。


背景技术：

2.气候和阳光辐照是损害高分子材料性能的主要原因，这种损害包括失光、褪色、黄变、开裂、脱皮、脆化、发粘、发硬以及机械性能变差等老化现象，致使其服役寿命大大缩短。即使是室内的光及通过玻璃窗透射的太阳光也都会使一些材料老化，其中，浅色abs即是大家所最为熟悉的案例了。
3.在太阳光中，290nm-400nm波长范围内的紫外光，由于其能量高，且在氧的参与下，极易引发高分子材料发生自由基链式光氧老化反应，造成高分子大分子链被切断或产生一定的交联，直接影响到了高分子材料的性能，也就是说，太阳光中的紫外光部分是引起高分子材料光老化的主要因素。
4.全世界每年因老化而造成的产品损失达数十亿美元，目前评价材料的老化主要通过2种方法：户外曝晒和人工加速老化，自然环境老化是评定材料实际寿命的最好方法，但试验周期长，环境条件不可控，因此其实际应用受到限制。为了缩短试验时间,通常采用人工加速老化试验方法，在室内或设备内模拟大气环境条件或某种特定的环境条件。人工加速老化大致有碳弧灯模拟加速老化、荧光紫外线加速老化、氙弧灯加速老化三大类。碳弧灯模拟加速老化试验箱是最早出现的，因为维修费用高、不能校正、模拟光谱范围狭窄等缺点，现在已很少使用。研究表明，太阳光中的紫外光，尤其是360nm以下的波段能量是造成材料老化的主要因素，利用这一原理在20世纪70年代开发了紫外老化试验箱，主要有以uva-340灯管作为测试光源的紫外老化试验箱。uva-340灯管的主要辐射波段集中在295～400nm，在340nm处于峰值，故此得名。该灯管的光源在360nm以下和太阳光的紫外波段吻合度很高，特别适用于户外产品的紫外耐候测试。
5.紫外线加速耐候试验机是采用荧光紫外灯为光源，通过模拟自然阳光中的紫外辐射和冷凝，对材料进行加速耐候性试验，以获得材料耐候性的结果，可模拟自然气候中的紫外、雨淋、高温、凝露、黑暗等环境条件，通过重视这些条件，合并成一个循环，并让它自动执行完成循环次数。紫外线加速耐候试验机用于非金属材料的耐阳光和人工光源的老化试验，已成为实验室加速耐候试验的世界标准，符合iso、astm、din、jis、sae、bs、ansi、gm、u.s.govt等标准和国标。对许多制造商而言，产品的耐老化和耐光性是极其重要的。可靠的老化测试数据可对产品的耐候(抗老化)性做出准确的相关性预测，并有助于材料及配方的筛选、优化。
6.紫外线加速耐候试验机的性能，直接影响材料老化的效果，影响对材料性能的评判，对紫外线加速耐候试验机进行计量校准，确保量值准确、单位统一尤为重要。国民经济高速发展促进了对各种新型材料需求的日益增长，这就要求在新产品、新技术快速涌现的同时，计量保障工作跟上产品快速发展的步伐。
7.紫外线加速耐候试验机的计量现状如下：
8.紫外线加速耐候试验机的校准从四个量值进行溯源：一是温度，在进行模拟紫外线测量试验时温度值的准确性；二是湿度；三是紫外线中心波长；四是紫外线的强度，测量紫外线的强度是否满足试验的要求。
9.要想获得准确的老化试验结果，紫外线加速耐候试验机辐照度的控制尤为重要，因此辐照度计量的准确度紫外线加速耐候试验机的一项重要指标。如果辐照度计量不准确，会导致人工加速老化试验结果与实际不符。若老化试验评估结果过于激进，有可能导致产品抗老化性能不达标，甚至有可能危及人身安全；若老化试验评估结果过于保守，有可能给企业造成不必要的浪费。
10.(1)计量法规方面
11.随着全球科学技术及工业的发展，各行业对高准确度紫外辐射计量的需求日益增长，促使计量部门采用更为科学可靠的量值溯源方法，不断提升紫外辐射度的测量水平，为各行业提供更为准确可靠的计量标准。2017年，中国计量科学研究院新建短波紫外光谱辐射照度国家基准装置，填补了200nm～350nm波段基准的空白。
12.近年来，与紫紫外线加速耐候试验机相关的计量法规有：jjf 1525—2015《氙弧灯人工气候老化试验装置辐射照度参数校准规范》(2015年9月15日实施)，它是针对材料老化领域人工气候光辐照老化试验箱制定的校准规范，适用于氙弧灯人工气候老化试验装置在340nm、420nm、300nm～400nm、400nm～800nm、300nm～800nm等波长范围内的(光谱)辐射照度校准。对于其它类型光源的老化箱校准，例如:紫外荧光灯老化箱、金卤灯老化箱等可参照此标准执行。校准规范中描述了三种老化试验装置的校准方法：辐射照度计法、光谱辐射计法和水冷氙弧灯法。
13.jjf 1101-2019《环境试验设备温度、湿度参数校准规范》
14.(2)计量标准装置方面
15.目前，国内市场有可测量紫外波段辐照度的辐照计，绝大多数都是用于气象、农业、医疗领域，其计量波段不符合实验室光源老化测试的要求。国外厂家提供配套的紫外老化箱校准仪，仅限于校准自己生产的老化设备，不仅设备价格高，而且控制消售，只限于购买其老化箱产品时可配套购买辐照度校准仪。如：美国q-lab公司生产的万能校准仪系统(uc)用于校准q-sun氙灯试验箱中的温度及quv和q-sun试验箱中的辐照度。它由手持显示器组成，可与所有辐照度和温度传感器“即插即用”。q-lab还为现有辐照度计(cr10和cr20)和温度校准计(ct202)提供服务和支持。该系统可以与任何quv紫外老化试验机或q-sun氙灯试验箱一起使用。
16.国内一些品牌的老化试验箱普遍没有提供可由用户自行实施的校准方案，用户只能委托厂家或计量机构进行校准。有些小厂生产的简易设备出厂前根本没有校准过辐照度，甚至没有安装辐照度监测仪表。
17.总之，目前，国内外缺少针对紫外线加速耐候试验机进行计量的专用的、统一的、规范的、有效的校准装置和方法。


技术实现要素：

18.为解决上述问题，本技术给出了一种紫外线加速耐候试验机在线校准装置及传递
方法，有效避免了现有技术中缺少针对紫外线加速耐候试验机进行计量的专用的、统一的、规范的、有效的校准装置和方法的缺陷。
19.为了克服现有技术中的不足，本技术给出了一种紫外线加速耐候试验机在线校准装置的解决方案，具体如下：
20.一种紫外线加速耐候试验机在线校准装置，包括：
21.设置在柜体中的同控制器相连的测量模块，所述测量模块包括5个温度测量模块1、1个湿度测量模块2、5个紫外线辐照度测量模块3和1个紫外线光谱分布测量模块4；
22.所述控制器与无线通信模块连接，所述控制器通过无线通信模块同作为客户端的上位机相连；
23.所述5个温度测量模块1、1个湿度测量模块2、5个紫外线辐照度测量模块3和1个紫外线光谱分布测量模块4均设置在传感器测量模块固定支架5上；
24.传感器测量模块固定支架5同中心点固定座6相连。
25.进一步的，所述温度测量模块1包括温度探头1-1、上壳1-2、密封圈1-3、下壳1-4、主控电路板1-5、耐高温电池1-6与无线充电模块1-7；
26.所述上壳1-2与下壳1-4自上而下的经由密封圈密合在一起形成壳体，所述温度探头1-1伸出上壳1-2的顶壁，主控电路板1-5、耐高温电池1-6与无线充电模块1-7均设置在壳体内，所述温度探头、主控电路板1-5、耐高温电池1-6与无线充电模块1-7顺序相连。
27.进一步的，所述湿度测量模块2包括湿度探头2-1、上壳2-2、密封圈2-3、下壳2-4、主控电路板2-5、耐高温电池2-6与无线充电模块2-7；
28.所述上壳2-2与下壳2-4自上而下的经由密封圈密合在一起形成壳体，所述湿度探头2-1伸出上壳2-2的顶壁，主控电路板2-5、耐高温电池2-6与无线充电模块2-7均设置在壳体内，所述湿度探头、主控电路板2-5、耐高温电池2-6与无线充电模块2-7顺序相连。
29.进一步的，所述紫外线辐照度测量模块3包括辐照度传感器3-1、上壳3-2、密封圈3-3、下壳3-4、主控电路板3-5、耐高温电池3-6与无线充电模块3-7；
30.所述上壳3-2与下壳3-4自上而下的经由密封圈密合在一起形成壳体，所述辐照度传感器3-1伸出上壳3-2的顶壁，主控电路板3-5、耐高温电池3-6与无线充电模块3-7均设置在壳体内，所述辐照度传感器、主控电路板3-5、耐高温电池3-6与无线充电模块3-7顺序相连。
31.进一步的，所述紫紫外线光谱分布测量模块4包括光波长传感器4-1、上壳4-2、密封圈4-3、下壳4-4、主控电路板4-5、耐高温电池4-6与无线充电模块4-7；
32.所述上壳4-2与下壳4-4自上而下的经由密封圈密合在一起形成壳体，所述光波长传感器4-1伸出上壳4-2的顶壁，主控电路板4-5、耐高温电池4-6与无线充电模块4-7均设置在壳体内，所述辐照度传感器、主控电路板4-5、耐高温电池4-6与无线充电模块4-7顺序相连。
33.进一步的，所述传感器测量模块固定支架5包括角点固定座5-1、伸缩杆5-2与传感器放置凹槽5-4；
34.所述角点固定座5-1与中心点固定座6的顶壁上都开有传感器放置凹槽5-4；
35.所述伸缩杆5-2的两端分别连接着所述角点固定座5-1与中心点固定座6。
36.进一步的，所述温度测量模块1的测量方式为：ads1147芯片产生作为恒流源提供
恒定电流，pt100铂热电阻的阻值随温度的变化发生变化，然后ads1147芯片采集铂热电阻两端的电压变化并将其转换成数字信号，然后控制器，通过spi协议读取ads1147的ad通道获取当前所测量的数值，最后控制器通过线性公式的计算将其对应的标准值传输给上位机进项显示。
37.进一步的，所述湿度测量模块2采用含有已校准数字信号的输出的am2305温湿度复合传感器进行湿度参数的获取，am2305温湿度复合传感器获取柜体内湿度值，将模拟信号处理为数字信号通过iic通讯协议传输给控制器，控制器经过数字滤波转换将测得标准值经无线通讯传输给上位机进行显示。
38.进一步的，所述紫外线辐照度测量模块3和紫外线光谱分布测量模块4采用波长范围280nm-400nm的uv灯管模拟太阳光进行加速试验；而ohsp350uvs芯片专用于测量紫外全波段的光谱辐射照度及波长；hpl-200uv紫外辐照测量模块测量波长范围为200nm-400nm。
39.本技术的有益效果为：
40.本发明提升了紫外线加速耐候试验机产品质量及可靠的老化测试数据，对产品的耐候(抗老化)性做出准确的相关性预测，有助于材料及配方的筛选、优化，其测试数据的准确可靠是提升相关产品质量的重要保障。有效避免了现有技术中缺少针对紫外线加速耐候试验机进行计量的专用的、统一的、规范的、有效的校准装置和方法的缺陷。
附图说明
41.图1紫外线加速耐候试验机的整体结构图。
42.图2是测量模块的结构图。
43.图3是温度测量模块的结构图。
44.图4是湿度测量模块的结构图。
45.图5是紫外线辐照度测量模块的结构图。
46.图6是紫外线波长测量模块的结构图。
47.图7是传感器测量模块固定支架的结构图。
具体实施方式
48.鉴于紫外线加速耐候试验机广泛用于研究开发、质量控制和材料检定，加强对紫外线加速耐候试验机的质量监管，确保紫外线加速耐候试验机试验数据准确可靠和量值溯源统一，有助于确保材料光老化测试结果的准确性，进而有助于提高材料研究开发水平和产品竞争力，对于促进行业技术进步与科技产业发展具有积极意义。
49.紫外线加速耐候试验机的工作原理为：对许多产品来说，抗老化和光稳定性是很重要的。在短短几周或几个月内，使用紫外线加速耐候试验机可以获得可再现的、可靠的老化测试数据。其短波长紫外光照和冷凝循环系统可逼真地模拟阳光、露水和雨水等对材料的破坏作用。
50.紫外线加速耐候试验机采用荧光紫外灯模拟阳光对材料的老化。尽管紫外线(uv)能量只占阳光总能量的5％，但是它却是造成户外产品性能下降的主要因素，所以仅通过紫外光照就可以测试高分子材料的降解老化。
51.紫外线加速耐候试验机可以安装使用多种类型的紫外灯管。每种灯管的总uv能量
和光谱是各不相同的。uva-340灯管的光谱在295nm到365nm范围内，非常好地模拟阳光紫外线，因此uva-340测试与户外曝晒的相关性很好。uvb-313灯管发出的短波紫外光比一般地球表面的阳光紫外线要强，它可以最大程度地提高试验速度。客户应根据产品不同的使用条件，选择合适的灯管。
52.紫外线加速耐候试验机适用于非金属材料的耐阳光和人工光源的老化试验。源采用8只额定功率为40w的紫外荧光灯作发光源。紫外线荧光灯管分布在机器的两侧，每侧各4只。参照标准gb/t 14522《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料——人工气候加速试验方法》gb/t 16422.3《塑料实验室光源暴露试验方法》等相应标准条款设计制造。紫外灯管采用的是40w，280nm～400nm的紫外线和波长280nm～320nm的紫外线。
53.紫外线加速耐候试验机测试室底部的水槽被用来加热产生蒸汽，在较高的温度下，热蒸汽使测试室内保持100％的相对湿度。测试样品实际上形成测试室的侧壁，样品的另一面暴露在室内周围的空气中。室内相对较冷的空气就使得测试样品的表面比测试室内的热蒸汽的温度低好几度。这一温度差造成通过冷凝循环在样品表面液态形式的水慢慢冷凝而成。除了标准的冷凝机制，还可用水喷淋系统来模拟其它一些损害情况，比如热冲击或机械腐蚀。使用者可操作紫外线加速耐候试验机来产生潮湿循环并伴随紫外线，这一模拟与自然老化非常相似。
54.紫外线加速耐候试验机温度控制系统，可提高试验温度用于加速实验。一般而言在较高的温度环境下，光照的破坏作用会显著增大，试验箱的内部通常通过控制黑板(非绝缘黑板)温度、黑标(绝缘黑板)温度、试验箱内空气温度等来实现试验过程中的温度调节，一般可最高设定到80℃。
55.紫外线加速耐候试验机已经在全球广泛使用,紫外线加速耐候试验机已成为实验室加速耐候试验的世界标准：符合iso、astm、din、jis、sae、bs、ansi、gm、u.s.govt等标准和国标，紫外线加速耐候试验机在膜材料行业全产业链中广泛使用，除此之外还有更广泛应用行业，例如：涂料油墨油漆、树脂、塑料、印刷包装、粘合剂、汽车摩托车工业、化妆品、金属、电子、电镀、医药等。紫外线加速耐候试验机可靠的老化测试数据可对产品的耐候(抗老化)性做出准确的相关性预测，并有助于材料及配方的筛选、优化，其测试数据的准确可靠是提升相关产品质量的重要保障。因此迫切需要开展相关的计量溯源技术和方法研究。
56.问题和需求1：目前紫外线加速耐候试验机计量校准规范的缺失、无法有效溯源的难题。
57.问题和需求2：缺少紫外线加速耐候试验机的多参数在线校准装置。装置基于无线紫外传感器模块、无线温度传感器模块、无线湿度传感器模块、无线紫外辐照度及紫外波长传感器模块、无线通讯及上位机自动数据记录和数据处理模块，使用其开展紫外辐照的波长范围、规定波长范围内紫外辐照度、紫外辐照度不均匀度、紫外辐照度不稳定度和试验箱内温度湿度准确度、均匀性、波动性等指标检测校准，解决紫外线加速耐候试验机无法有效溯源的难题，为紫外线加速耐候试验机的过程监管提供准确的量值溯源，提高紫外线加速耐候试验机出厂检验、生产质检和应用结果的可靠性和有效性，促进紫外线加速耐候试验机产品的标准化和质检技术升级，引领和带动紫外线加速耐候试验机相关产业高质量发展与进步。
58.下面将结合附图和实施例对本技术做优选的说明。
4、主控电路板3-5、耐高温电池3-6与无线充电模块3-7；
74.所述上壳3-2与下壳3-4自上而下的经由密封圈密合在一起形成壳体，所述辐照度传感器3-1伸出上壳3-2的顶壁，主控电路板3-5、耐高温电池3-6与无线充电模块3-7均设置在壳体内，所述辐照度传感器、主控电路板3-5、耐高温电池3-6与无线充电模块3-7顺序相连。
75.上壳材料选用304不锈钢材质，解决紫外辐射直射带来的老化问题，下壳体选用pom材质，避免全金属材质屏蔽信号。中间设有双层密封圈，通过下端无线充电模块供电，以及无线数据传输方式实现全密封结构设计。具有机械强度高、耐辐射老化、水汽腐蚀、高温等特性。
76.所述紫紫外线光谱分布测量模块4包括光波长传感器4-1、上壳4-2、密封圈4-3、下壳4-4、主控电路板4-5、耐高温电池4-6与无线充电模块4-7；
77.所述上壳4-2与下壳4-4自上而下的经由密封圈密合在一起形成壳体，所述光波长传感器4-1伸出上壳4-2的顶壁，主控电路板4-5、耐高温电池4-6与无线充电模块4-7均设置在壳体内，所述辐照度传感器、主控电路板4-5、耐高温电池4-6与无线充电模块4-7顺序相连。
78.上壳材料选用304不锈钢材质，解决紫外辐射直射带来的老化问题，下壳体选用pom材质，避免全金属材质屏蔽信号。中间设有双层密封圈，通过下端无线充电模块供电，以及无线数据传输方式实现全密封结构设计。具有机械强度高、耐辐射老化、水汽腐蚀、高温等特性。
79.所述传感器测量模块固定支架5包括角点固定座5-1、伸缩杆5-2与传感器放置凹槽5-4；
80.所述角点固定座5-1与中心点固定座6的顶壁上都开有传感器放置凹槽5-4；
81.所述伸缩杆5-2的两端分别连接着所述角点固定座5-1与中心点固定座6。
82.伸缩杆选用304不锈钢材质，固定座采用铝合金cnc一体加工，表面阳极氧化处理，整体结构轻盈、坚固、防水、耐腐蚀和老化。伸缩杆长度以及夹角a均可调节，基本上可适用于市场上的各厂家、各尺寸的紫外线加速耐候试验机校准检测。
83.所述温度测量模块1的测量方式为：ads1147芯片产生作为恒流源提供恒定电流，pt100铂热电阻的阻值随温度的变化发生变化，然后ads1147芯片采集铂热电阻两端的电压变化并将其转换成数字信号，然后控制器，通过spi协议读取ads1147的ad通道获取当前所测量的数值，最后控制器通过线性公式的计算将其对应的标准值传输给上位机进项显示。综合测试，该电路所测得的温度准确可靠，重复性较好，基本满足所研制设备对温度测量的具体要求。
84.所述湿度测量模块2考虑到紫外线加速耐候试验机箱体内较为苛刻的环境，采用含有已校准数字信号的输出的am2305温湿度复合传感器进行湿度参数的获取，am2305温湿度复合传感器获取柜体内湿度值，将模拟信号处理为数字信号通过iic通讯协议传输给控制器，控制器经过数字滤波转换将测得标准值经无线通讯传输给上位机进行显示。
85.am2305温湿度复合传感器测量湿度的范围广泛，可以满足测量环境对较高湿度的测量的要求，同时控制器将传感器传输的信号进行分段处理，将其分为中、低湿段0-80％rh，高湿段80-100％rh进行线性拟合，进一步提高测量的准确度。
86.所述紫外线辐照度测量模块3和紫外线光谱分布测量模块4采用波长范围280nm-400nm的uv灯管模拟太阳光进行加速试验；而ohsp350uvs芯片专用于测量紫外全波段的光谱辐射照度及波长，拥有较高的测量精度，可用于检测分析中心位置的紫外光谱；hpl-200uv紫外辐照测量模块测量波长范围为200nm-400nm，广泛应用于老化试验或太阳光中的强度及能量测试。同时，二者皆支持无线通讯，可以通过蓝牙通讯协议将测得的需要的数据传输至上位机软件进行分析处理。完全满足研制设备的基本要求。
87.本发明的紫外线加速耐候试验机多参数在线校准装置技术指标：
88.紫外线波长：(300～370)nm，
±
2nm
89.紫外辐照度：0.1w/m2～2.0w/m2，
±
5％
90.温度：(10～90)℃，
±
0.2℃
91.湿度：(30％～100％)rh，
±
2％rh
92.本发明的紫外线加速耐候试验机校准规范技术指标：
93.辐照度范围：uva340：0.3w/m2～1.1w/m294.uva313：0.3w/m2～1.35w/m295.温度范围：rt+10℃～+80℃
96.湿度范围：≥50
±
3％rh
97.温度均匀度：
±
3℃
98.温度波动度：
±
0.5℃。
99.本发明解决了如下难题：
100.1)解决了紫外线加速耐候试验机校准方法的缺失；
101.2)解决紫外线加速耐候试验机多参数在线校准装置的缺失；
102.3)突破高温、高湿度、高紫外线强度下无线传感器的设计；
103.4)突破针对不同规格和尺寸的试验机多点多参数测试的定位难题；
104.5)突破恶劣封闭环境下多点信号可靠性传输难题。
105.以上以用实施例说明的方式对本技术作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本技术的区域的状况下，能够做出各种变化、改变和替换。