Ci4000 Weather-Ometer氙燈老化測試儀

 

美國ATLAS公司的Ci4000為自動型閉環(huán)控制帶大觸摸屏幕LCD顯示，同時控制光輻照量、黑板溫度、箱內(nèi)溫度、箱內(nèi)濕度、噴淋周期、運行時間等控制參數(shù)，控制器在出廠時已預設十幾個程序，用戶也自編三個程序，程序被調(diào)用執(zhí)行后，即為自動運行，不需要人工監(jiān)控。

它的燈管發(fā)光功率為6500W。試樣主要受到光譜波長為300-800nm光線的輻射，但能在340nm、420nm和300-400nm作為監(jiān)控點，通過控制該處的輻射強度。因為在試驗過程中，為了保證試驗結果的重現(xiàn)性，需要保持試驗過程參數(shù)的恒性，其中光源的輻照強度是一個主要的控制參數(shù)。為了克服燈管的衰減和電壓的不穩(wěn)性，Ci4000通過光傳感器測量對監(jiān)測點的輻照強度，在與設值進行比較后，通過電流調(diào)節(jié)對燈管功率進行閉環(huán)控制，來保證樣品受到的輻照強度始終恒。用于產(chǎn)品室外老化的美國標準，多采用340nm作為監(jiān)控點；室內(nèi)耐曬的美國標準中，多采用420nm作為監(jiān)控點；而歐洲標準中室內(nèi)與室外都常用300-400nm。所以推薦在主機中采用340nm作為*監(jiān)測點，再選用420作為第二監(jiān)測點（出廠時已裝配）。在進行某一個試驗時，這兩個監(jiān)測點均監(jiān)視，但只能控制其中一個。另外，我們還推薦購買一個300-400nm光過濾盒，當需要用到300-400nm監(jiān)控點時，用戶自行改裝，改裝后主機會自動識別。但如果用戶不愿意自己加裝，Atlas公司也提供了近似的轉(zhuǎn)換公式。一般，在內(nèi)外過濾片均為硼硅玻璃時，340nm處的讀數(shù)乘以115，即為300-400nm段的輻射強度。試驗機以將累計輻射能量來控制試驗時間的長短。

 在不同的真實環(huán)境和地域里，日光中的光譜能量分布是不同的，為了能模擬不同的日曬環(huán)境，Ci4000利用燈管外的內(nèi)外過濾片的不同組合，對氙燈發(fā)出的光譜能量進行裁剪。根據(jù)貴司的測試要求，推薦使用內(nèi)外濾光片均為Type“S”Borosilicate硼硅玻璃材質(zhì)的濾光片，適用于材料室外老化常規(guī)標準要求；使用內(nèi)濾光片為Type“S”Borosilicate硼硅玻璃材質(zhì)的濾光片，外濾光片為Soda Lime鈉鈣玻璃材質(zhì)的濾光片組合，適用于材料室內(nèi)耐曬常規(guī)標準要求。

 燈管的使用期建議為每2000小時更換，濾光片也需要時更換，Atlas公司提供了4000小時備件包，根據(jù)內(nèi)外濾光片組合不同來選擇。備件包中含兩根燈管和若干內(nèi)外濾光片及其它消耗件，足以滿足4000小時試驗之用。

在試驗標準中，黑板溫度也是一個重要控制參數(shù)，它的意義是近似試樣在接受輻射時其表面的溫度。樣品在接受照射時，會因為吸收了光線中的紅外段能量而使表面溫度升高，不同顏色的表面溫度會不同。在老化過程中，溫度也是影響老化速度的重要原因。因為根據(jù)電化學原理，溫度每升高10℃，電化學反應速度會提高一倍。所以在試驗過程中樣品的表面溫度也是一個重要的控制參數(shù)。黑板溫度計和試樣一樣，也裝在樣品夾上，掛在樣品架上。美國標準和歐洲標準常用的黑板溫度計不同，美標稱為BPT，歐標稱為BST（黑板標準溫度），美標黑板溫度計是一塊涂有標準涂料的金屬板，而歐洲的是在此金屬板后附有塑料熱層，一般BST的讀數(shù)會比BPT高5度以上。為了符合不同標準，所以推薦采用雙通道黑板溫度測量與控制。

 Ci4000的燈管直立在試驗箱中心，圍繞著上下三層的轉(zhuǎn)動樣品架，放65個樣品（樣品尺寸為70x145x3mm），它保證每塊樣品受到均勻的輻射強度。每個樣品后需襯一塊鋁板，如果每次的試樣不足以掛滿樣品架，也需將空的樣品夾襯上鋁板后掛滿整個樣品架。

 Ci4000為水冷式氙燈老化儀，內(nèi)外濾光片在過濾光線的同時形成水套，其中通過純水的流動來帶走氙燈發(fā)光時產(chǎn)生的巨大熱量。純水（<1ppm）用于燈管冷卻、噴淋和加濕，水純度高減少雜質(zhì)在濾光片上沉積，防止影響輻射強度；噴淋是模擬下雨；加濕是用壓縮空氣將純水打成水霧噴出，來控制箱內(nèi)濕度。所以用戶需準備純水或純水產(chǎn)生裝置。在Ci4000的左下前部有一個小純水箱，流經(jīng)燈管的純水流回該水箱，純水損耗后水位下降，機器會自動進水補充；在該水箱里又裝有蛇型降溫管，內(nèi)通自來水，因為純水在吸收了燈管的熱量后水溫升高，當純水箱內(nèi)溫度超過55℃時，蛇型管中的自來水開始流動來冷卻純水，使純水保持冷卻燈管的效率。自來水的溫度建議在20℃以下，如果用戶考慮自來水的使用成本和水溫，建議裝備一個冰水機，循環(huán)使用。當純水箱內(nèi)溫度超過65℃時，Ci4000會自動停機保護。

 

老化義：

材料在日常使用中有能長時間曝露在戶外日光、玻璃窗后或戶內(nèi)人造光中，從而會使其發(fā)生褪色、發(fā)黃或強度等物理性質(zhì)發(fā)生變化，這種變化我們通常稱為光老化或日曬老化。

 

實驗室老化意義：

為了要比自然老化測試更快速地評估材料的抗老化性能，通常我們采用帶人工光源的測試設備來重現(xiàn)和加速老化過程，這樣以不受日常循環(huán)和氣候條件的影響，并以得到一個控的測試環(huán)境，從而保證試驗過程參數(shù)的重復性和試驗結果的重現(xiàn)性。

 

實驗室加速老化的影響因素：

A. 光：

A.1光的質(zhì)量：

光的模擬逼真性濕耐光試驗的基礎，我們必須保證儀器中光線的光譜能量分布（波長和能量值的對應關系，簡稱SPD）應盡能地近似于材料自然老化時環(huán)境的光線，并且在整個試驗過程中保持其分布曲線的穩(wěn)。我們需要根據(jù)材料的終使用環(huán)境，選用不同組合的過濾光片，對光源的SPD進行適當?shù)倪^濾，以模擬各種情況的自然環(huán)境光。

A.2光的數(shù)量（即強度）：

在保證SPD的前提下，我們要采用加強照射功率來實現(xiàn)加速試驗。為了保證試驗結果的重現(xiàn)性，我們需要用閉環(huán)控制的方法來保證其輻照強度的恒，避免了因燈管自然衰減而影響試驗結果。另外，我們要求儀器能提供足夠大的強度控制范圍來面對不同行業(yè)、不同時期發(fā)展的需要。

B. 水：

B.1 濕度：

耐光褪色試驗需要給濕，很多材料對濕度較敏感，甚至超過直接的噴淋效果。因此需要人工模擬設備具備濕度控制的功能，其中利用壓縮空氣激蕩水霧進行加濕的方法比加熱增濕的效果更穩(wěn)和快速，沒有滯后的影響。

B.2 直接噴淋：

耐侯老化試驗需要噴淋，利用材料對水的吸附和解吸附作用，促進材料的老化，同時對正在接受輻照的樣品表面產(chǎn)生溫度的沖擊作用。噴淋的方式有正面噴淋和背面噴淋兩種；正面噴淋主要模擬自然界下雨的過程，而背面噴淋模擬夜晚表面結露的現(xiàn)象。

在一些汽車廠商的試驗標準中（如SAE）明確要求在試驗過程中同時進行正噴和背噴。

C. 溫度：

C.1樣品表面溫度：

樣品在接受輻照時，其表面吸收了光線中的見光和紅外段的能量而升溫，在同等輻照下，溫度因樣品表面顏色深淺而不同。樣品表面溫度的高低也直接影響著老化的進行速度，因為根據(jù)電化學原理，溫度每升高10℃，電化學反應速度會加快一倍。為了統(tǒng)一控制，我們采用黑板溫度和黑標準溫度作為主要的控制參數(shù)，對其進行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。

C.2環(huán)境溫度：

樣品在接受光照時，除了表面溫度升高對老化的影響，它所處的環(huán)境溫度也會影響到老化過程，所以我們選用的人工老化試驗機也需要對試驗箱的箱內(nèi)溫度進行立閉環(huán)控制。

D．另外，高性能氙燈的有效冷卻與正確排列，輻照能的均勻產(chǎn)生和穩(wěn)控制，樣品架的合理設計,濾光片的科學配用均是保證日曬老化試驗性和重現(xiàn)性的重要因素。

 

CI4000老化儀介紹：

A：老化設備分類：目前上主要有兩種氙燈老化儀，分別為水冷式和風冷式，這是根據(jù)氙燈燈管的冷卻方式不同來劃分的。一般風冷式氙燈老化儀只局限于滿足一些歐洲標準，而水冷式基本上以滿足歐洲和美國的所有標準。

B：美國ATLAS公司的Ci4000為水冷式氙燈老化儀，為目前上設計先進、應用廣泛、得到客戶認度的氙燈老化儀器。

C：Ci4000為自動型閉環(huán)控制帶大觸摸屏幕LCD顯示，同時控制光輻照量、黑板溫度、箱內(nèi)溫度、箱內(nèi)濕度、噴淋周期、運行時間等控制參數(shù)，控制器在出廠時已預設十幾個程序，用戶也自編三個程序，程序被調(diào)用執(zhí)行后，即為自動運行，不需要人工監(jiān)控。

△ 光輻照量控制：

為了保證試驗結果的重現(xiàn)性，我們必須要使氙燈的光譜能量分布SPD和輻照強度在試驗過程中保持恒控。SPD中的每段波長的光波都在老化過程中起著特的作用，雖然在光譜能量中，紫外線部分所占的比例很小，但它是使物質(zhì)內(nèi)部化學鍵斷裂而發(fā)生老化的主要原因；見光和紅外部分能使材料的溫度上升，從而加快整個老化過程，所以要實現(xiàn)重復性的老化過程，就必須保證試驗過程中光源的SPD保持穩(wěn)，SPD發(fā)生變化，就有能會影響實驗結果。對于SPD的穩(wěn)，它實際上與機器的控制無關，只與氙燈本身的質(zhì)量和濾光片的性能穩(wěn)有關。

有些品牌儀器所選用的是類似于復印機中的氙燈，燈管內(nèi)的氙氣含量較低，雜質(zhì)含量大，在經(jīng)受高電壓、高溫激發(fā)后，容易發(fā)生化學反應，使其的SPD發(fā)生不逆的改變。越大的輻照強度，越容易加速這種化學變化。

Ci4000采用6500W水冷式氙燈，其中充注的是化學分析級高純度氙氣，氙燈在受到1萬多伏的點燈電壓激發(fā)時產(chǎn)生的弧光，與真實日光的光譜能量分布十分接近。采用不同組合的內(nèi)外過濾片對氙弧的SPD進行裁剪，就能模擬不同場合中的日光光譜。由于燈管中的雜質(zhì)含量低，就保證了SPD曲線的穩(wěn)。一般推薦用戶每2000小時更換燈管，就是為了嚴格地保證這個目的。Ci4000控制器以自動累計燈管使用時間，并提示更換信息。

實驗證明，在一固電壓瓦數(shù)下，工作過120小時的氙燈的輻射比工作過1500小時后的氙燈的輻射能量多得多。也就是，如果一個樣品暴露時間為1500小時，那么在前數(shù)百小時，氙燈新的時候樣品接受日光能就比用舊的多。但如果我們引入輻射自動控制系統(tǒng)，樣品無論在新燈和舊燈情況下都接收到相同的能量。控制光源的輸出不僅是需要，對研究發(fā)展老化試驗也是必要的。

在保證了氙燈光源SPD曲線穩(wěn)的基礎上，為了控制氙燈的輻照強度恒，我們在SPD上選取340nm、420nm波長點和300-400nm段進行控制。光線直接穿過濾光片后，通過一個光路傳到測試室外的一個檢測盒，在檢測盒中先通過一個特的光柵濾波器（340nm或420nm）后照射到光電檢測器上，變換為電訊號，這訊號送到檢測電路與設值比較，如果訊號小于設值，也即輻射低于要求的水平，功率調(diào)整器接受控制信號自動增加功率，使輻射達到設值。如果輻射多于設值，，功率調(diào)整器接受控制信號自動減小功率，直到輻射到達設值。

其中340nm控制點是耐候老化試驗常用的，配合相應的過濾片組合，模擬日光的直接照射，一般用于建材、汽車外飾件、涂料等的耐候試驗。

420nm控制點是日曬試驗常用的，配合相應的過濾片組合，模擬透過玻璃窗的日光照射，一般用于紡織品、油墨、汽車內(nèi)飾件等的試驗。

300-400nm控制段是歐洲和GB某些標準要求的，現(xiàn)在的用途范圍較窄。

除了自動控制輻射能量恒外，光監(jiān)測器將輻射功率對時間積分得出樣品已接收到多少輻射能量。試驗以編程預輻射能量，實驗過程中，積分電路將驅(qū)動計數(shù)器，使計數(shù)器從設置點逐漸減為零，當?shù)竭_零點時，儀器自動停止試驗。

Ci4000輻照控制的特點是以進行*、第二雙監(jiān)測點設置，如果用戶既要進行日曬試驗又要做耐候試驗，他只需選購此功能。儀器在出廠時就會預置雙光路和光柵濾波器，分別分離所需波長的能量進行檢測，用戶在啟動測試程序后，機器會根據(jù)測試要求，自動選用某個監(jiān)測點的讀值進行輻照強度的閉環(huán)控制。另外機器還有自我檢查判別功能，如果用戶調(diào)用未安裝的監(jiān)測點，機器會自動發(fā)出提示信息

△ 黑板溫度控制：

黑板溫度也是一個重要控制參數(shù)，它的意義是代表著試樣在接受輻射時其表面的溫度。樣品在接受照射時，會因為吸收了光線中的紅外段能量而使其表面溫度升高，不同顏色樣品的表面溫度會不同。黑板溫度計和試樣一樣，也裝在樣品夾上，掛在樣品架上。

美國標準和歐洲標準常用的黑板溫度計不同，美標稱為BPT（黑板標準溫度），歐標稱為BST（黑標準溫度計），美標黑板溫度計（BPT）是一塊涂有標準涂料的金屬板，而歐標黑標準溫度計（BST）是在此金屬板后附有塑料熱層。通常情況下，BST的讀數(shù)會高于BPT。

Ci4000在輻照強度恒控制的情況下，中央控制器通過變頻器自動控制試驗箱上方的風機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)流經(jīng)樣品表面的空氣流速，從而穩(wěn)地閉環(huán)控制黑板溫度。一般在黑暗周期是不要求控制黑板溫度的。

Ci4000還以選擇雙通道黑板溫度設置，機器會同時有兩個黑板溫度監(jiān)測回路，分別安裝BST和BPT傳感器。用戶在調(diào)用執(zhí)行程序后，機器會自動調(diào)用所要求傳感器（BPT或者BST）數(shù)據(jù)進行閉環(huán)控制。這樣的話，客戶就以兼顧美國標準和歐洲標準的要求。

Ci4000的黑板溫度計是和樣品一起安裝在旋轉(zhuǎn)樣品架上的，它的讀數(shù)真實而有代表性。而某些品牌的黑板溫度計只能固安裝在測試角落位置，由于輻照強度的不均勻性，它的讀數(shù)代表性就值得商榷。

△ 箱內(nèi)溫度控制：

Ci4000中央控制器會自動控制機器背部風門的開口程度（Smart-damp功能），引入所需的低溫空氣，來降低箱內(nèi)溫度，或是開動箱底部的加熱器，來對箱內(nèi)的溫度進行閉環(huán)控制。

△ 箱內(nèi)濕度控制：

Ci4000通過相對濕度傳感器進行自動比例閉環(huán)控制箱內(nèi)濕度，它利用壓縮空氣激蕩純水通過細小噴嘴形成水霧來進行加濕的，這種加濕方法迅速安，而且噴嘴的角度調(diào)。

某些品牌的機器加濕方法是利用加熱增濕，這種方法的缺陷是反應滯后、偏差大，同時濕氣所帶入的熱量會嚴重地影響到箱內(nèi)溫度的平衡控制

△ 噴淋控制：

Ci4000以立控制正面噴淋和背面噴淋，正面噴淋主要模擬自然界下雨的過程，而背面噴淋模擬夜晚表面結露的現(xiàn)象。

△ 明暗周期控制：

    Ci4000以立控制燈管的開和關，分別代表了黑夜和白晝。

△ 機器運行控制：

Ci4000的中央控制器為直觀的TFT液晶觸摸屏界面，觸摸屏輸入，中文或英文界面，大容量編程控制，儲存程序共為20個，出廠預置程序為16個供直接調(diào)用，其中包括SAE J1885、SAE J1960、AATCC 16E、AATCC 169-1、ISO 105-B02、04、06、ASTM G155-1、G155-4、FORD INTERIOR、GMW 3414TM、ISO4892-2-A、ISO11341-1，還有兩個分別是輻照強度和功率校準程序，另外用戶根據(jù)需要自編四個程序并儲存。

試驗設參數(shù)：輻照強度、黑板溫度、箱內(nèi)干球溫度、箱內(nèi)濕度、明暗周期、噴淋周期的立設和閉環(huán)控制。

試驗箱自動操作,能根據(jù)測試時間或累積輻照能量自動停止試驗。

標準設備配Smart Media卡，RS-232接口或2者兼?zhèn)洹?/div>