专利名称：具有密封风化室的风化加速装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种风化加速装置，这种风化加速装置用于使测试试样以加速方式遭受在太阳辐射和其它风化作用，特别是，本发明涉及一种改进的风化加速装置，该风化加速装置提供了密封风化室，以便增加测试试样的加速风化降解速度。在本发明的一个实施例中，氧气引入该密封风化室内，以便增加氧气向测试试样中的扩散；且当与增加的紫外线水平相结合时，将增强光致氧化作用。本发明的其它实施例引入其它流体，以便提供合适的风化作用。
背景技术：
外部涂料例如漆和其它涂层的制造商、以及塑料和其它将在受到太阳辐射以及其它风化作用时退化的部件的制造商希望知道这些产品在暴露多年后的性能情况。不过，这些制造商通常需要在很短的时间内获得该信息，该时间比这些材料在正常情况下受到风化作用将花费的时间短得多。因此开发了风化加速装置，它将在短得多的时间内加速由于暴露在室外而受到的风化效果，因此，制造商实际上并不需要等待五或十年来确定它们的产品在实际暴露于室外五年或十年后的保持情况。
风化是气候对材料或产品的不利影响，通常导致产生不希望和过早的产品失效。消费者每年花费数百万美元来维护将必然受到降解的产品以及更换失效的产品。由于暴露在室外环境中而导致失效的材料占总成本的很大部分。
风化的三个主要因素是太阳辐射(光能)、温度和水(水汽)。但是不能判断各个因素最终使得材料怎样降解，因为不同类型的太阳辐射、不同的水汽相以及温度循环对暴露的材料有明显影响。这些因素与次要作用例如空气传播的污染物、生物现象和酸雨一起作用，从而引起“风化”。
在授予Robbins，III的美国专利No.4807247中公开了一种室外自然加速风化试验装置(“ONAWTA”)。
进行室外加速风化暴露试验的试样经受很高的自然紫外线辐射，并希望能够加速显示该测试试样将在自然受到紫外线风化的作用下怎样方式降解。光致氧化风化反应需要氧。测试试样材料的表面层从邻近的周围空气中吸收氧。不过，重要的风化反应也可以在更厚的测试试样材料的体积内或“非表面区域”内进行。和在自然或非加速风化情况下观察到的一样，在更低紫外线强度下，在大量光致氧化风化反应中使用氧的速度可以与氧从周围空气向测试试样材料的总体积中扩散的速度平衡。
不过，加速风化试验装置可以产生非常高的UV强度。因此，氧从周围空气进行的扩散的速度可能不够快，以致不足以供给用于光致氧化反应所需的氧，且即使UV强度增加几倍，速度也可能不会增加，因为在体积中的氧浓度可能受到扩散的限制。
不过，ONATWA产生非常高的紫外线强度。因此，氧从周围空气进行的扩散的速度可能不够快，以致不足以供给用于在测试试样材料的体积中进行光致氧化反应所需的氧。因此，即使UV强度增加几倍，速度也可能不会增加，因为在体积中的氧浓度可能受到扩散的限制。
在授予Kockott的美国专利No.3664188中公开了一种普通的室外物品加速风化试验装置(“IAAWTA”)，它使测试试样暴露在超过外界环境压力的选定气体中。该装置包括试验容器，该试验容器可透过照射，还进行密封，以便充满选定压力下的合适气体。Kockott断言装测试试样的较小试验容器更容易密封。因此，可以更容易控制使试样暴露于其中的气体。也可选择，在Kockott之前的装置中，包括辐射源和所有试样载体的整个试验腔室都进行密封，以便能引入特定气体。
上述室外自然和室内物品加速风化试验装置有几个缺点。一个缺点是，例如Robbins的现有技术ONAWTA没有公开或指出增加在测试试样周围的、不同于水的氧或其它流体和/或它们的压力。较早的试验方法简单地使测试试样在外界环境的氧气条件下暴露于较高紫外线中。因此，氧在外界环境条件下扩散到测试试样内的扩散速度有限。因此，不管怎样增加紫外线辐射剂量，降解速度都受到氧在该测试试样周围的大气中的氧浓度情况下扩散到材料内的扩散速度的限制。
而且，IAAWTA并没有指出、建议或提供与ONAWTA结合使用这里所述的本发明。没有这样指示或建议的一个原因是该IAAWTA不能复制该测试试样将在每天使用时受到的自然阳光的实际光谱以及该自然风化加速装置的强度限制。
本领域技术人员已经知道，室外自然阳光光源和室内人造光源试验装置彼此不同，并提供不同组的经验数据。例如，汽车工程师协会(“SAE”)公布了使用阳光菲涅耳反射装置来进行汽车外部材料的加速曝光的标准试验方法J1961以及使用控制发光水冷氙弧装置(室内人造光源)来进行汽车外部材料的加速曝光的标准试验方法J1960。
INAAWTA的另一缺点是难以复制ONAWTA的光谱功率分布。IAAWTA的强度可以提供增加功率来调节。不过，光谱功率分布与太阳明显不同。因此，INAAWTA的波长通过增加功率而放大。因此，与该波长相关的非自然机械降解也放大。因此，与物品风化加速装置相比，ONAWTA通常提供更实际的数据结果，因为它与测试试样最终使用环境中的阳光光谱功率分布更匹配。
因此，本领域需要一种改进的自然风化加速装置，它有密封的风化室，用于增加光致氧化速度，并冷却测试试样。
附图的简要说明
图1是本发明一个实施例的ONAWTA的透视图。
图2是图1的ONAWTA的一部分的分解图。
图3是图2的ONAWTA沿线I-I的剖视图。
图4是与图1的ONAWTA操作连接的流体源的示意图。
图5是与图1的ONAWTA操作连接的流体源的示意图。
图6是与图1的ONAWTA操作连接的流体源的示意图。
图7是与图1的ONAWTA操作连接的流体源的示意图。
图8是图2的ONAWTA的另一实施例沿线I-I的剖视图。
图9是图2的ONAWTA的另一实施例沿线I-I的视图。
图10是图2的ONAWTA的另一实施例沿线I-I的视图。
发明的优选实施例的详细说明简单地说，在一个实施例中，用于将太阳辐射集中在测试试样上的风化加速装置包括框架，该框架支承布置为对着目标板的反射阳光集中器。槽道与目标板相连，并包括盖体，以便确定腔室。流体源与该腔室连通，因此，引入该腔室中的流体与测试试样反应，以便使测试试样在暴露于集中的太阳辐射中时加速降解。
在另一实施例中，用于将太阳辐射集中在测试试样上的风化加速装置包括框架，该框架支承布置为对着空气通道的反射阳光集中器，该空气通道有用于使空气运动穿过其中的风扇以及目标板。槽道与目标板相连，并包括盖体，以便确定腔室。测试试样布置在腔室内。一个装置与试样相连，用于使试样保持在合适温度。
在另一实施例中，用于将太阳辐射集中在测试试样上的风化加速装置包括框架，该框架支承布置为对着目标板的反射阳光集中器。槽道与目标板相连，并包括盖体，以便确定腔室。测试试样布置在腔室内，以便确定一个空腔，这样，试样的第一面暴露于腔室中，试样的第二面暴露于该空腔中。一个装置布置在该空腔内，并与试样相连，用于使试样保持在合适温度。
图1表示了总体以参考标号20表示的、本发明实施例的ONAWTA的透视图。风化加速装置20使太阳辐射集中在多个测试试样上，且在试验循环中使该测试试样暴露在来自流体源的流体中。本领域技术人员应当知道，流体可以为液体、气体或液体和气体混合的形式。基本的风化加速装置20包括与操作部分24相连的支承部件22。操作部分24包括框架26，该框架支承反射阳光集中器28，该反射阳光集中器28布置成与空气通道30相对。
反射阳光集中器28设置为菲涅耳反射装置，该反射装置具有一系列十平面镜，它将自然阳光集中在固定于目标板(最好如图2所示)上的一系列测试试样上，该目标板固定在空气通道30上，该空气通道30为大约6英寸宽和55英寸长。菲涅耳反射阳光集中器将太阳辐射引导至目标板区域上，且强度为大约8倍阳光。本领域技术人员应当知道，集中器的强度可以通过添加或减少镜子、改变镜子的反射特征、在镜子和测试试样之间的光通路中插入滤光元件元件其它任意合适方式而进行增加或减小。
阳光集中器的镜架和目标板都由框架26支承，该框架26可随着太阳的日间运动而旋转。对太阳位置敏感的太阳追踪机构32控制电马达的操作，该电马达用于使试验装置随着太阳的运动而旋转。太阳追踪机构32可以是具有该功能的普通装置。
已经开发了用于操作这里所述类型的室外加速风化试验装置的标准试验方法。美国材料试验协会(ASTM)公布了标准，例如(但不局限于)标准G90，该标准G90涉及用于进行该室外加速风化试验的试验步骤和操作参数。由SAE(如上所述)、Ford、国际标准组织(ISO)、美国国家标准协会(ANSI)、日本工业标准(JIS)以及其它涉及加速风化试验的标准组织也开发了其它标准。不过，并没有开发这样的标准，即它包含结合ONAWTA试验循环使用密封风化室。
支承部件22可以形成为如图1所示的双通道(dual-access)追踪装置，或者为如上述Robbins，III所述的单轴追踪装置。这两种追踪装置可以采用任何普通太阳追踪单元32，该太阳追踪单元32控制支承部件22和操作部分24的方向和位置，以便使镜架28保持垂直于阳光的入射线。这些支承部件都是本领域公知的，并在ASTM标准G90-94中进行了介绍。在本发明的教导范围内，也可以利用其它合适支承部件来相对于太阳调节该装置。
框架26垂直于镜架28向上延伸。空气通道30具有大致矩形截面，并由框架26的上端支承。优选是成鼠笼式鼓风机组件形状的空气循环机构34与该空气通道30的一端连通。应当知道，适于使空气运动的任意装置都可以代替该鼠笼式鼓风机。优选是，该鼠笼式鼓风机组件包括由电马达驱动的风扇，以便使外界冷却空气流过该空气通道30。在本发明的教导范围内，任意普通控制系统都可以与该空气循环机构34相连。例如，控制系统可以包括与传感器相连的温度检测面板，以便确定在目标板上的测试试样的温度，从而能够选择控制施加给鼠笼式鼓风机组件内的电马达或其它任意合适控制系统的电能。
空气通道30包括导流板(最好如图2所示)，该导流板延伸至目标板的长度，且在普通用途中，如Robbins，III所述，使外界冷却空气沿越过目标板的方向流动，以便冷却测试试样。如下所述，在本发明中，空气导流板起到不同功能，并主要用作通气口，以便引导来自空气通道的冷却空气。
在本发明的实施例中，槽道36与目标板相连，并包括盖体(最好如图2所示)，以便确定腔室。流体源(如下面详细所述)与该腔室连通，因此，流体能够在试样暴露在集中的太阳辐射中时以及在暴露时期之间引入该腔室，以便与试样反应，从而加速试样降解。槽道36包括基座38和一对从该基座伸出并相对布置的细长侧壁40。至少一个第一端口42布置在一个侧壁40中。第一导管44使各第一端口42与流体源操作连接，这样，在各第一端口中的第一导管确定了用于使流体从流体源到腔室的第一通道。
优选是，除了风化加速装置20的总体操作(即太阳追踪和镜架调节)外，控制装置50还可以程序控制，与第一通道和流体源操作连接的至少一个调节器，用于控制流体从该流体源向腔室的供给的流体源；以及与第二通道操作连接的至少一个第二调节器54，用于控制从腔室中排出流体的合适速度。至少一个第一和第二调节器中的每一个都由控制装置50控制，这样，来自控制装置50的信号将驱动调节器从第一正常关闭位置到第二打开位置并持续合适时间，因此，在试验循环过程中，流体可以供给该腔室或从该腔室中排出。在本发明的教导范围内，该至少一个第一和第二调节器中的每一个都可以从第一正常关闭位置打开到第二打开位置，该第二打开位置为完全打开位置的合适百分度。应当知道，优选是控制装置50为电/电子设计，它可编程，以便提供上述功能，且机械设计也可以用于提供相同的功能。例如，尽管为了简单、可编程、可靠和低成本，优选是采用数字固态装置，但是应当知道，模拟装置例如基于定时器的系统也提供相同功能。而且，在本发明的教导范围内，调节器的驱动也可以由操作人员人工执行。
图2是本发明的风化加速装置的一个实施例的一部分的分解图。空气通道30表示为颠倒位置，这样，清楚表示了该空气通道的底部以及空气导流板60。开口面62确定于空气通道30中，且目标板70与该开口面62相连。多个支承杆64从空气通道30的一个细长面越过开口面62伸向另一细长面，以便与目标板70连接。
优选是，目标板70通过螺纹紧固件与支承杆64连接，该螺纹紧固件穿过在支承杆64和目标板70中的孔延伸。本领域技术人员应当知道，其它形状的连接件也可以用于使目标板70与空气通道30相连。例如，直角紧固件、挂钩和环紧固件、推入配合的紧固件、粘接剂或其它合适的紧固件装置都可以用于使目标板70与空气通道30可拆卸地连接。
目标板70的宽度尺寸小于开口面62的宽度尺寸，以便限定一间隙，由空气循环机构产生的气流通过该间隙导向空气导流板60，以便流过通常安装在目标板70上的试样。不过，在本发明中，槽道36与目标板70相连，且测试试样安装在该目标板70中。因此，该间隙也提供了用于由空气循环机构产生的冷却空气的排出口，如后面所述。优选是，槽道36通过螺纹紧固件与目标板70相连。不过，本领域技术人员应当知道，也可以采用任意合适的紧固件装置、材料或设备。
槽道36包括基座38以及一对从该基座38伸出并相对布置的细长侧壁40。各侧壁40中形成有细长接收部66，用于接收盖体80的边缘82。垫圈布置在盖体80和接收部66之间，以便密封该槽道36(如下面详细所述)。当盖体80与槽道36操作连接，从而使盖体边缘82容纳于相对的细长接收部66内时将确定槽道90。
至少一个第一端口42布置在一个侧壁40上，用于与第一导管操作连接，以便确定用于使流体从流体源到腔室的第一通路。在本发明的教导范围内，各至少一个第一端口42也可以布置在任一端壁41中。各第一端口42优选是构成为螺纹倒刺装配件，以便容易装配，并能与确定于一个侧壁40中的互补螺纹孔互换。本领域技术人员应当知道，具有不同结构的端口以及其它合适装置也可以代替它们。例如，AN装配件、螺纹管装配件、压缩装配件、推入锁定装配件或其它任意合适装置。不过，第一端口42可以成一体地形成为侧壁40的一部分。
在本发明的一个实施例中，至少一个第二端口43布置在一个侧壁40中，并与第二导管操作连接，以便确定用于以合适速度将流体从腔室90中排出的第二通路。优选是，各至少一个第二端口43布置成与连接第一端口42的壁相对，不管该壁是侧壁40还是端壁41。在本发明的教导范围内，各第二端口43可以构成为与上述各第一端口42相同。
盖体80具有光透射性，优选是包括滤光器元件。在本发明的教导范围内，盖体80和滤光器元件可以形成一体或单独形成。优选是，该盖体为透明的，而滤光器元件由硼硅酸盐形成。本领域技术人员应当知道，用于盖体和滤光器元件的其它结构也可以提供合适功能。例如，盖体也可以为半透明，由玻璃或任意其它合适材料形成。滤光器元件可以由石英、透明基片、半透明基片、车用窗基片、建筑用窗玻璃、蒸镀薄膜光学涂层、干涉滤光器、四分之一波滤光器、特定波长滤光元件、或者其它任意合适结构。
图3是图2沿线I-I的分解剖视图。空气通道30包括支承杆和空气导流板60。应当知道，该剖视图穿过支承杆64，以便示意表示该目标板70怎样与空气通道30连接。间隙63确定于目标板70和空气通道30的、邻近空气导流板60的壁之间。该间隙63打开，以便允许空气通过该间隙排出。如上所述，螺纹紧固件65或其它任意合适装置使目标板70与支承杆64相连。
槽道36通过上述螺纹紧固件92而与目标板相连。该槽道36包括盖体80，以便确定腔室90，其中，测试试样100布置在该腔室90内，以便暴露在由较大箭头102表示的集中阳光和紫外线辐射中。该槽道36还包括基座38和一对从该基座伸出并相对布置的细长侧壁40。优选是，各侧壁40中形成有细长接收部66，用于接收盖体80的边缘82。垫圈84布置在盖体80和接收部66之间，以便密封该槽道36，这样，流体保持在该腔室90内。接收部66的一部分67布置成遮蔽垫圈84以防止该垫圈84暴露在集中的太阳辐射102中。因此，垫圈84的使用寿命明显增加，同时明显提高了降解试验结果的准确性和可重复性。
在本发明的教导范围内，并不必须用接收部66来安装盖体80和遮蔽垫圈84。例如，垫圈84可以布置在各侧壁40的顶部，同时盖体80布置在该垫圈84上。保持器例如直角元件可以构成为与盖体80和侧壁40啮合，以便将该盖体80固定在槽道上，并遮蔽垫圈84以防止该垫圈84暴露在集中的太阳辐射102中。也可选择，当不需要接收部或保持器来安装盖体80时，该盖体80可以包括不透明元件，该不透明元件遮蔽垫圈84以防止该垫圈84暴露在集中的太阳辐射102中。
至少一个第一端口42布置在一个侧壁40中，且第一导管44使各至少一个第一端口42与流体源(如图4-7所示)操作连接，这样，第一导管44和各至少一个第一端口44确定了用于使流体从流体源到腔室90的第一通路。至少一个调节器与该第一通路操作连接，用于控制流体引入腔室90内的合适速度和量。
至少一个第二端口43布置在另一侧壁40中，并与第二导管48操作连接，以便确定用于以合适速度从腔室90中排出流体的第二通路。至少一个调节器与该第二通路操作连接，用于控制从腔室90中排出流体的合适速度。
优选是，从腔室90中排出的流体将用于分析试样100的降解产物。用于确定试样90的降解产物的分析技术可以是任意普通方法。例如，可以采用傅里叶变换红外光谱测定法、气体色谱技术、高压液体色谱技术和其它任意合适方法。
试样100可以安装在槽道36的基座38上，优选是可以通过支座绝缘子101而偏离基座38合适量。
图4表示了本发明的流体源120的一个实施例。在该实施例中，流体源120包括储罐122，该储罐122装有流体124；以及调节器126，用于控制流体124通过第一通路从储罐122流向腔室的流量。流体124可以是用于增强试样降解的任意合适成分。例如，该流体可以是水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物、臭氧或其它任意合适流体。优选是，在本实施例中，流体124是处于压力下的气体，这样，打开调节器126将使流体124能够流向腔室。气体可以是用于增强试样降解的任意合适气体。例如，该气体可以是氧气、氮气、氧化硫、氧化氮、氧化氢、臭氧或其它任意合适气体。
图5表示了本发明的流体源120的另一实施例。在该实施例中，流体源120包括多个储罐122，各储罐122装有不同的流体124，且各储罐122与集管128操作连接，以便通过第一通路与腔室连通。调节器126使各储罐与集管128操作连接，至少一个调节器126由控制系统50来电驱动。布置在各储罐122内的流体124可以是如上所述用于增强试样降解的任意合适流体。在本发明的教导范围内，一个或多个或所有调节器126可以人工驱动。
图6表示了本发明的流体源120的还一实施例。在该实施例中，流体源120包括储罐122，该储罐122装有流体124；以及调节器126，用于控制流体124通过第一通路从储罐122流向腔室的流量。在本实施例中，流体124优选是液体，该液体可以是适于增强试样降解的任意液体。例如，该液体可以是水、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、过氧化物、或其它任意合适液体。在本实施例中，控制系统50电驱动调节器126，以便控制流体124从储罐122流向腔室。泵可以与第一通路操作连接，以便能够使流体124从储罐122流向腔室。其它方法例如重力供给方法也可以用于提供相同功能。
图7表示了本发明的流体源120的还一实施例。在该实施例中，流体源120包括聚集器130，该聚集器130通过第一通路而与第一储罐132、第二储罐136以及腔室连通。第一储罐132装有处于压力下的气体134，并有调节器135，用于控制气体134从第一储罐132流向聚集器130的流量。第二储罐136装有液体138。它有调节器139，用于控制液体138从第二储罐136流向聚集器130的流量。
液体138通过调节器139而由泵139从第二储罐136中抽出，该泵使液体通过导管142泵送至聚集器130内。喷嘴144布置在导管142的远端，以便使液体雾化和喷射到聚集器130内。在第一储罐132内的气体增压，这样，当调节器135打开时，气体134流过导管146，并使聚集器130增压。在聚集器中的压力可通过压力计148来观察。
聚集器130增压，这样，气体134在喷洒到聚集器130内时将扩散到液体中。泵150将该气体/液体134、138的组合从聚集器130中抽出，并通过第一通路将它们的组合导向腔室。在本实施例中，气体134可以是用于加速试样降解的任意合适气体。例如，该气体可以是氧气、氮气、氧化硫、氧化氮、氧化氢、臭氧或其它任意合适气体。而且，该液体可以是适于加速试样降解的任意液体。例如，该液体可以是水、有机溶剂、无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、过氧化物、或其它任意合适液体。控制系统50电驱动至少一个调节器。在本实施例中，液体调节器139通过控制系统50进行电驱动，而气体调节器135人工控制。应当知道，需要时，控制系统也可以对两个调节器都进行电驱动，以便获得预定功能。
图8表示了本发明的另一实施例。在该实施例中，空气通道30与风扇连通，该风扇用于使空气运动通过该空气通道30，以便以后面将详细介绍的方式使测试试样保持在合适温度。通过风扇运动的空气的体积可通过在Robbins，III的美国专利No.4807247(该文献整个被本文参引)中所述的控制系统以普通方式进行调节，或者通过其它任意合适控制系统来进行调节。
空气通道30包括支承杆64和空气导流板60。应当知道，该剖视图穿过支承杆64，以便表示该目标板70怎样与空气通道30连接，且确定于目标板和空气通道30的、邻近空气导流板60的壁之间的间隙63打开，以便允许空气通过该间隙排出这在本实施例中特别重要。如上所述，优选是螺纹紧固件65用于使目标板70与支承杆64相连。
在本实施例中，目标板70的结构大致如上所述，还包括形成于其中的多个开口72，以便于使试样100保持在合适温度，如下面详细所述。
槽道36通过上述螺纹紧固件92与目标板70相连。该槽道36还包括盖体80，以便确定腔室90，测试试样100布置在该腔室90内，以便暴露在反射阳光集中器发出的紫外线辐射中。该槽道36还包括基座38和一对从该基座伸出并相对布置的细长侧壁40。优选是，各侧壁40中形成有细长接收部66，用于接收盖体80的边缘82。
垫圈84布置在盖体80和接收部66之间，以便密封该槽道36，这样，流体保持在该腔室90内。由流体施加在盖体80上的压力使盖体80压靠在垫圈84上，以便提供合适密封。侧壁40的一部分67遮蔽垫圈84以防止该垫圈84暴露在来自反射阳光集中器的集中太阳辐射102中。在本发明的教导范围内，该垫圈可以由任意合适材料形成。例如，该垫圈可以由橡胶、硅酮、氯丁橡胶、尼龙、或者其它任意工程或天然弹性体材料而形成。
装置160布置成与试样100的一侧相连，并使该试样保持合适温度。该装置160包括基座162，该基座162与试样相连；以及至少一个肋164，该至少一个肋164从该基座162上伸出，并穿过槽道36的基座以及目标板70的开口而伸入空气通道30中。该至少一个肋164将热量从试样100传递和发散到通过风扇而运动穿过空气通道30的空气中。然后，该空气通过间隙并经过空气导流板60而排出。在本实施例中，装置160优选是金属散热器。应当知道，该装置也可以由具有合适传热特性的其它材料构成。例如，该装置可以由任意能够导热的非绝热材料构成。
至少一个第一端口42布置在一个侧壁40中，第一导管44使各至少一个第一端口42与流体源(如图4-7所示)操作连接，这样，第一导管44和各至少一个第一端口44确定了用于使流体从流体源到腔室90的第一通路。各至少一个第一端口42可以如上述构成。至少一个调节器与第一通路操作连接，以便控制流体供给的合适速度。
在本发明的一个实施例中，至少一个第二端口43布置在另一侧壁40中，并与第二导管48操作连接，以便确定用于以合适速度从腔室90中排出流体的第二通路。各至少一个第二端口可以如上述构成。而且，可以提供用于从腔室供给和排出流体的可选实施例。例如，除了上述实施例，第一导管和第二导管或第三导管也可以根据情况而同心布置。至少一个调节器与该第二通路操作连接，用于控制排出流体的合适速度。
从腔室90中排出的流体将用于分析试样100的降解产物。用于确定试样90的降解产物的分析技术可以是任意普通方法。例如，可以采用傅里叶变换红外光谱测定法、气体色谱技术、高压液体色谱技术和其它任意合适方法。
应当知道，在本实施例中，第一端口42构成为推入配合件或干涉配合件，它不需要螺纹来与槽道36的侧壁40啮合。上面已经介绍了提供端口的各种结构。第一导管44可以以任意普通方式与端口42相连，例如周向夹紧、软管倒钩、软管压缩夹持或其它任意合适连接结构。
本发明的该实施例的其它结构和功能与上述实施例相同。
图9表示了本发明的另一实施例的剖视图。该实施例的总体结构和功能如上面参考图3和8所述。不过，本实施例的装置160的结构不同，用于提供相同的功能。在本实施例中，装置160包括基座170，该基座170与试样100相连。至少两个间开支脚172a、172b从基座170伸入空气通道30，以便将热量从试样100发散到经过该空气通道30的空气中。顶部174与支脚172a、172b相连，并有施加有电压源180的第一端176和第二端178。优选是，该装置160为热电装置，它有由半导体材料构成的支脚，这样，在第一端176和第二端178之间的电压差导致热量从试样100向运动穿过该空气通道30的空气发散。
应当知道，热电装置是固态热泵，它通过珀尔贴效应(Peltiereeffect)进行工作，它的原理是当电流经过两个导体时具有加热或冷却的作用。施加给两个不同材料的自由端的电压产生温度差。通过该温度差，珀尔贴冷却将使热量从一端向另一端传送。在本实施例中，热电装置包括一排p-和n-型半导体元件，它们作为两种不同导体。即，支脚172a为p-型半导体元件，而支脚172b为n-型半导体元件。在使用其它支脚的情况下，如图所示，将以p-型、n-型、p-型、n-型的顺序重复排列。该排元件钎焊在两个陶瓷板之间，并进行电串联和热并联。当DC电流从n-型至p-型经过一对或多对元件时，在基座170处的温度减小导致从测试试样100吸收热量。该热量通过电子输送而由该热电装置传送，并当电子从高能状态运动到低能状态时在顶部174(热侧)释放热量。热电装置160的热泵能力与装置中的电流以及n-型和p-型元件(或对)的对数成正比。空气循环机构使空气经过热电装置的支脚，从而使热量从该顶部179传送给空气，该空气再通过间隙和经过空气导流板而排出。
本发明的该实施例的其余结构和功能与参考图3和8所述相同。
图10是本发明另一实施例的剖视图，涉及一种用于将太阳辐射集中在测试试样100上的风化加速装置。应当知道，本发明的该实施例与图3中所示实施例类似。空气通道30包括支承杆64和空气导流板60。不过，与图3所示实施例相同，空气循环机构并不是使本实施例合适作用所必须的。如上所述，目标板70通过如上述的合适紧固件而与支承杆64相连。
槽道36通过螺纹紧固件92或其它合适紧固件而与目标板70相连，如上所述。槽道36包括盖体80，以便确定腔室90。槽道36还包括基座38以及一对从该基座38伸出并相对布置的细长侧壁40。各侧壁40中形成有细长接收部66，用于接收盖体80的边缘82。垫圈84布置在盖体80和接收部66之间，以便密封该槽道36，从而使流体保持在该腔室90中。优选是，在本实施例中，垫圈84为C形，以便在其中接收盖体80的边缘，并与确定接收部66的各表面相符。因此，在本实施例中，垫圈84并不依靠流体的压力来密封该腔室90。
试样100布置在腔室90内，以便确定空腔180，这样，试样100的第一面100a暴露于腔室90中，该试样100的第二面100b暴露于空腔180中。装置160布置在空腔180中，并与试样100相连，用于使试样100保持在合适温度。
在本实施例中，装置160构成为柔性壁容器，用于接收冷却剂，以便使试样保持在合适温度。如图10中所示为固体的柔性壁容器布置在第一工作位置，这时该柔性壁容器160中没有冷却剂。在第二工作位置时，如图10中阴影所示，柔性壁容器160中布置有冷却剂，因此它膨胀，以便与试样和空腔壁相符。
柔性壁容器160与进口182和出口184操作连接，该进口182与冷却剂源连通，该出口184调节成以合适速度从柔性壁容器中排出冷却剂。在本实施例中，冷却剂和柔性壁容器可以由适于从试样100中吸收热量的任意非绝热材料构成。例如，冷却剂可以为冷空气、乙二醇、氟碳制冷剂、乙醇、制冷剂气体、用于换热的流体或其它任意合适材料。柔性壁容器可以可以由任意天然或工程弹性体材料如橡胶，或者其它任意合适材料。
由图10可知，试样100相对松弛地布置在形成于腔室中的槽186内。该结构有助于试样100的排出和更换。不过，应当知道，这些试样100也可以以任意合适方式可拆卸地安装在槽186或其它安装结构上，从而提供与这里所述相同的作用。
冷却剂源可以根据上面参考图4-7所述的实施例构成，以便获得合适的冷却效果。换句话说，冷却剂源可以有储罐、多个储罐、气体和液体的组合、以及用于组合气体和液体的聚集器、电驱动调节器、泵、或者上面参考图4-7所述的其它任意功能结构。
本发明的该实施例还包括至少一个第一端口42、至少一个第二端口43、流体源、盖体、以及上面参考图3详细所述的任意和全部其它结构元件。
尽管已经参考优选实施例介绍了本发明，但是这些说明只是用于说明目的，并不构成对发明范围的限定。在不脱离由附加权利要求确定的、本发明的真正精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种变化和改变。例如，机械或光学控制机构可以代替控制和输入信号，也可以使用其它方法来调节温度，即采用镜子，而不是吹动空气。例如，用散焦镜代替改变鼓风机速度，这也可以提供相同的效果。另外，在空气通道中可以采用节气阀或机械阀来改变在测试试样上流动的冷却空气的量。最后，滤光器(偏振、干涉、可调等)可以用于进行辐射和调温。
权利要求
1.一种用于将太阳辐射集中在测试试样上的风化加速装置，包括框架，该框架支承一个对着目标板的反射阳光集中器，所述风化加速装置包括槽道，该槽道与目标板相连，并包括盖体，以便确定腔室；以及流体源，该流体源与该腔室连通，因此，引入该腔室中的流体与测试试样反应，以便使测试试样在暴露于集中的太阳辐射中时加速降解。
2.根据权利要求1所述的装置，其中该槽道还包括基座以及一对从该基座上伸出并相对布置的细长侧壁。
3.根据权利要求2所述的装置，其中各侧壁中形成有细长接收部，用于接收盖体的边缘。
4.根据权利要求3所述的装置，其中一垫圈布置在盖体和接收部之间，以便密封该槽道，从而使流体保持在该腔室内。
5.根据权利要求4所述的装置，其中接收部的一部分遮蔽垫圈，以防止该垫圈暴露在集中的太阳辐射中。
6.根据权利要求2所述的装置，其中至少一个第一端口布置在一个侧壁中，第一导管使各至少一个第一端口与流体源操作连接，这样，第一导管和各至少一个第一端口确定了用于使流体从流体源到腔室的第一通道。
7.根据权利要求6所述的装置，其中第二端口布置在另一侧壁中，并与第二导管操作连接，该第二导管确定了用于以合适速度将流体从腔室中排出的第二通路。
8.根据权利要求7所述的装置，其中调节器与第二通路操作连接，用于控制排出流体的合适速度。
9.根据权利要求8所述的装置，其中从腔室中排出的流体将用于对试样的降解产物进行分析。
10.根据权利要求9所述的装置，其中该分析基本从以下分析技术中选定傅里叶变换红外光谱测定法、气体色谱技术以及高压液体色谱技术。
11.根据权利要求6所述的装置，其中调节器与第一通路和第三导管操作连接，这样，该调节器可以进行驱动，以便通过第三导管从腔室中排出流体。
12.根据权利要求1所述的装置，其中流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
13.根据权利要求1所述的装置，其中盖体具有可透光性，并包括滤光器元件。
14.根据权利要求13所述的装置，其中该滤光器元件基本从以下组中选择硼硅酸盐、石英、透明基片、半透明基片、车用窗玻璃、建筑用窗玻璃、蒸镀薄膜光学涂层、干涉滤光器、四分之一波滤光器以及特定波长滤光元件。
15.根据权利要求1所述的装置，其中流体源包括储罐，该储罐装有流体；以及调节器，用于控制流体从储罐流向腔室的流量。
16.根据权利要求15所述的装置，其中该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动该调节器，从而使流体流向腔室。
17.根据权利要求15所述的装置，其中该流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
18.根据权利要求1所述的装置，其中流体源包括多个储罐，各储罐装有不同的流体，且各储罐与集管操作连接，用于与腔室连通。
19.根据权利要求18所述的装置，其中调节器使各储罐与集管操作连接，该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动至少一个调节器。
20.根据权利要求18所述的装置，其中该流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
21.根据权利要求1所述的装置，其中流体源包括聚集器，该聚集器与第一储罐、第二储罐以及腔室连通；第一储罐装有处于压力下的气体，并有调节器，用于控制气体从第一储罐流向聚集器的流量；第二储罐装有液体，它有调节器，用于控制液体从第二储罐流向聚集器的流量；其中，液体通过喷嘴而喷射到聚集器内，气体使该聚集器增压，这样，在流体泵送至腔室中之前，气体扩散到喷射的液体中。
22.根据权利要求21所述的装置，其中气体基本从以下组中选择氧气、氮气、氧化硫、氧化氮、氧化氢和臭氧。
23.根据权利要求21所述的装置，其中液体基本从以下组中选择水、有机和无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐和过氧化物。
24.根据权利要求21所述的装置，其中该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动至少一个调节器。
25.根据权利要求1所述的装置，其中垫圈布置在槽道和盖体之间，从而遮蔽该垫圈以防止集中的太阳辐射。
26.一种用于将太阳辐射集中在测试试样上的风化加速装置，包括框架，该框架支承一个对着空气通道的反射阳光集中器，该空气通道有用于使空气移动穿过其中的风扇以及目标板，所述风化加速装置包括槽道，该槽道与目标板相连，并包括盖体，以便确定腔室；测试试样，该测试试样布置在腔室内；以及与试样邻接的装置，用于使试样保持在合适温度。
27.根据权利要求26所述的装置，其中该与试样邻接的装置包括基座，该基座与试样邻接；以及至少一个肋，该肋从该基座伸入空气通道中，以便将热量从试样发散到通过风扇而经过空气通道运动的空气中。
28.根据权利要求27所述的装置，其中该与试样邻接的装置是金属散热器。
29.根据权利要求26所述的装置，其中该与试样邻接的装置包括基座，该基座与试样邻接；至少两个支脚，该至少两个支脚从基座伸入空气通道中，以便将热量从试样发散到经过该空气通道运动的空气中；顶部，该顶部与各支脚相连，并具有第一端和第二端；以及电压源，该电压源施加到顶部的第一和第二端。
30.根据权利要求28所述的装置，其中相邻支脚由不同的半导体材料构成。
31.根据权利要求26所述的装置，还包括流体源，该流体源与腔室连通，因此，引入腔室内的流体与试样反应，以便在试样暴露在集中的太阳辐射中时加速试样的降解。
32.根据权利要求26所述的装置，其中该槽道还包括基座以及一对从该基座上伸出并相对布置的细长侧壁。
33.根据权利要求32所述的装置，其中各侧壁中形成有细长接收部，用于接收盖体的边缘。
34.根据权利要求33所述的装置，其中垫圈布置在盖体和接收部之间，以便密封该腔室，从而使流体保持在该腔室内。
35.根据权利要求34所述的装置，其中接收部的一部分遮蔽垫圈，以防止该垫圈暴露在集中的太阳辐射中。
36.根据权利要求32所述的装置，其中至少一个第一端口布置在一个侧壁中，第一导管使各至少一个第一端口与流体源操作连接，这样，第一导管和各至少一个第一端口确定了用于使流体从流体源到腔室的第一通道。
37.根据权利要求36所述的装置，其中第二端口布置在另一侧壁中，并与第二导管操作连接，该第二导管确定了用于以合适速度将流体从腔室中排出的第二通路。
38.根据权利要求37所述的装置，其中调节器与第二通路操作连接，用于控制排出流体的合适速度。
39.根据权利要求38所述的装置，其中从腔室中排出的流体将用于对试样的降解产物进行分析。
40.根据权利要求39所述的装置，其中该分析基本从以下分析技术中选定傅里叶变换红外光谱测定法、气体色谱技术以及高压液体色谱技术。
41.根据权利要求36所述的装置，其中调节器与第一通路和第三导管操作连接，这样，该调节器可以进行驱动，以便通过第三导管从腔室中排出流体。
42.根据权利要求26所述的装置，其中流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
43.根据权利要求26所述的装置，其中盖体具有可透光性，并包括滤光器元件。
44.根据权利要求43所述的装置，其中该滤光器元件基本从以下组中选择硼硅酸盐、石英、透明基片、半透明基片、车用窗玻璃、建筑用窗玻璃、蒸镀薄膜光学涂层、干涉滤光器、四分之一波滤光器以及特定波长滤光元件。
45.根据权利要求26所述的装置，其中流体源包括储罐，该储罐装有流体；以及调节器，用于控制流体从储罐流向腔室的流量。
46.根据权利要求45所述的装置，其中该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动该调节器，从而使流体流向腔室。
47.根据权利要求45所述的装置，其中该流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
48.根据权利要求26所述的装置，其中流体源包括多个储罐，各储罐装有不同的流体，且各储罐与集管操作连接，用于与腔室连通。
49.根据权利要求48所述的装置，其中调节器使各储罐与集管操作连接，该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动至少一个调节器。
50.根据权利要求48所述的装置，其中该流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
51.根据权利要求26所述的装置，其中流体源包括聚集器，该聚集器与第一储罐、第二储罐以及腔室连通；第一储罐装有处于压力下的气体，并有调节器，用于控制气体从第一储罐流向聚集器；第二储罐装有液体，它有调节器，用于控制液体从第二储罐流向聚集器；其中，液体通过喷嘴而喷射到聚集器内，气体使该聚集器增压，这样，在流体泵送至腔室中之前，气体扩散到喷射的液体中。
52.根据权利要求51所述的装置，其中气体基本从以下组中选择氧气、氮气、氧化硫、氧化氮、氧化氢和臭氧。
53.根据权利要求51所述的装置，其中液体基本从以下组中选择水、有机和无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐和过氧化物。
54.根据权利要求51所述的装置，其中该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动至少一个调节器。
55.根据权利要求26所述的装置，其中垫圈布置在槽道和盖体之间，从而遮蔽该垫圈以防止集中的太阳辐射。
56.一种用于将太阳辐射集中在测试试样上的风化加速装置，包括框架，该框架支承一个对着目标板的反射阳光集中器，所述风化加速装置包括槽道，该槽道与目标板相连，并包括盖体，以便确定腔室；测试试样，该测试试样布置在腔室内，以便确定一个空腔，这样，试样的第一面暴露于腔室中，试样的第二面暴露于该空腔中；以及布置在该空腔内的装置，该装置与试样邻接，用于使试样保持在合适温度。
57.根据权利要求56所述的装置，其中该装置包括柔性壁容器，该柔性壁容器装有足以使试样保持在合适温度的冷却剂；且由于冷却剂布置于该柔性壁容器中，因此该柔性壁容器与试样和空腔相符。
58.根据权利要求57所述的装置，其中该柔性壁容器与进口和出口操作连接，该进口与冷却剂源连通，而该出口调节成以合适速度从该柔性壁容器中排出冷却剂。
59.根据权利要求57所述的装置，其中该冷却剂基本从以下组中选择冷空气、乙二醇、氟碳制冷剂、乙醇、制冷剂气体以及用于换热的流体。
60.根据权利要求56所述的装置，其中该槽道还包括基座以及一对从该基座上伸出并相对布置的细长侧壁。
61.根据权利要求60所述的装置，其中各侧壁中形成有细长接收部，用于接收盖体的边缘。
62.根据权利要求61所述的装置，其中垫圈布置在盖体和接收部之间，以便密封该腔室，从而使流体保持在该腔室内。
63.根据权利要求62所述的装置，其中接收部的一部分遮蔽垫圈，以防止该垫圈暴露在集中的太阳辐射中。
64.根据权利要求60所述的装置，其中至少一个第一端口布置在一个侧壁中，第一导管使各至少一个第一端口与流体源操作连接，这样，第一导管和各至少一个第一端口确定了用于使流体从流体源到腔室的第一通道。
65.根据权利要求64所述的装置，其中第二端口布置在另一侧壁中，并与第二导管操作连接，该第二导管确定了用于以合适速度将流体从腔室中排出的第二通路。
66.根据权利要求65所述的装置，其中调节器与第二通路操作连接，用于控制排出流体的合适速度。
67.根据权利要求66所述的装置，其中从腔室中排出的流体将用于对试样的降解产物进行分析。
68.根据权利要求67所述的装置，其中该分析基本从以下分析技术中选定傅里叶变换红外光谱测定法、气体色谱技术以及高压液体色谱技术。
69.根据权利要求64所述的装置，其中调节器与第一通路和第三导管操作连接，这样，该调节器可以进行驱动，以便通过第三导管从腔室中排出流体。
70.根据权利要求56所述的装置，其中流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
71.根据权利要求56所述的装置，其中盖体具有可透光性，并包括滤光器元件。
72.根据权利要求71所述的装置，其中该滤光器元件基本从以下组中选择硼硅酸盐、石英、透明基片、半透明基片、车用窗玻璃、建筑用窗玻璃、蒸镀薄膜光学涂层、干涉滤光器、四分之一波滤光器以及特定波长滤光元件。
73.根据权利要求56所述的装置，其中流体源包括储罐，该储罐装有流体；以及调节器，用于控制流体从储罐流向腔室。
74.根据权利要求73所述的装置，其中该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动该调节器，从而使流体流向腔室。
75.根据权利要求73所述的装置，其中该流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
76.根据权利要求56所述的装置，其中流体源包括多个储罐，各储罐装有不同的流体，且各储罐与集管操作连接，用于与腔室连通。
77.根据权利要求76所述的装置，其中调节器使各储罐与集管操作连接，该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动至少一个调节器。
78.根据权利要求76所述的装置，其中该流体基本从以下组中选择水、氧气、氮气、有机或无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐、氧化硫、氧化氮、氧化氢、过氧化物以及臭氧。
79.根据权利要求56所述的装置，其中流体源包括聚集器，该聚集器与第一储罐、第二储罐以及腔室连通；第一储罐装有处于压力下的气体，并有调节器，用于控制气体从第一储罐流向聚集器的流量；第二储罐装有液体，它有调节器，用于控制液体从第二储罐流向聚集器的流量；其中，液体通过喷嘴而喷射到聚集器内，气体使该聚集器增压，这样，在流体泵送至腔室中之前，气体扩散到喷射的液体中。
80.根据权利要求79所述的装置，其中气体基本从以下组中选择氧气、氮气、氧化硫、氧化氮、氧化氢和臭氧。
81.根据权利要求79所述的装置，其中液体基本从以下组中选择水、有机和无机溶剂、酸、碱、盐、溶解盐和过氧化物。
82.根据权利要求79所述的装置，其中该装置还包括控制系统，该控制系统电驱动至少一个调节器。
83.根据权利要求56所述的装置，其中垫圈布置在槽道和盖体之间，从而遮蔽该垫圈以防止集中的太阳辐射。
全文摘要
用于将太阳辐射集中在测试试样上的风化加速装置包括框架，该框架支承布置为对着目标板的反射阳光集中器。槽道与目标板相连，并包括盖体，以便确定腔室。流体源与该腔室连通，因此，引入该腔室中的流体与测试试样反应，以便使测试试样在暴露于集中的太阳辐射中时加速降解。也可以包括与该测试试样相连的冷却装置。
文档编号G01N3/00GK1501064SQ20031011497
公开日2004年6月2日 申请日期2003年11月14日 优先权日2002年11月15日
发明者亨利·K·哈德卡斯尔三世, 亨利 K 哈德卡斯尔三世 申请人:阿特拉斯材料测试技术有限责任公司