环境适应性模拟试验：7.2组的研究结果

通过传感器在实际危险气体的公路与海路运输、森林火灾防护、煤矿安全检测等使用领域中可能出现的恶劣环境分析，进行实验室条件下环境模拟试验，这样在传感器未使用前就进行一次实际应用中的考核性实验，可以用来评价设计的传感器的可靠性能力^[124]，验证所设计的一系列工作是否解决了实际应用过程中的一些关键问题。

1.高、低温试验

在实际使用过程中，气体传感器必须满足不同温度情况下的使用，以避免气体传感器在偏离于常温而在过高或过低温度情况下不能正常使用。结合实际使用过程中的情况分析，对于传感器的使用与存放的最高温一般到80℃适合要求，最低在-40℃合适。因此，高、低温贮存实验按-40℃、80℃进行，每项进行48h，以验证进行上述温度试验后是否能够恢复并正常工作。

另一方面，是要验证传感器系统是否能够在一定的温度变化范围内正常工作。将传感器安装在高低温箱内，接通电源，20min后起动通风机，使试验箱内的气流速度稳定在0.8m/s±0.2m/s，以不大于1℃/min的升温速率使实验箱内温度升至45℃±2℃稳定2h，观察记录数据。低温实验时，使试验箱内的气流速度稳定在0.8m/s±0.2m/s，以不大于1℃/min的降温速率使实验箱内温度降至-10℃±2℃稳定2h，观察记录数据。

通过上述试验测试，并分析其测试结果表明，所选的元器件及电路与系统的设计满足实际使用的要求。

2.抗冲击与振动试验

在传感器的使用与实验测试过程中，都有可能遇到大的冲击与振动的情况，那么对与传感器系统需要满足一定的抗冲击和振动的性能才能够适应于具体的使用环境，通过分析并结合实际工作中的情况，拟定三个自由度方向的抗冲击试验（50g），三个自由度方向的抗振动实验（6.5g），振动频率为60Hz，具体试验如图7-9所示。其测试结果表明，系统能正常工作，无零点漂移，紧固部件无松动，传感器无机械损伤。

图7-9 抗振动与冲击试验

图7-10 公路路况模拟试验

3.公路模拟运输试验

由于传感器系统需要装在车辆或者船只上使用，因此，根据车辆运行与船只不同的行驶特点，传感器需要克服公路与海路等各种路况条件下工作，对于因公路与海路运行引起的对传感器的影响是否保持正常工作，需要实验验证，图7-10是模拟公路运输过程的具体实验，传感器被固定在平板上，平板被固定在电动机带动的几个凸轮上，其运行速度可调，通过凸轮实现模拟车辆与船只运行过程中的情况，测试时间48h。

4.化学烟雾模拟试验

根据前述传感器的设计描述，气体需要自动扩散进入气室中，从外界扩散进入到气室内的气体会含有各种物质，包括大颗粒灰尘等，所以传感器也必须克服一定程度的烟雾、颗粒情况下工作。图7-11所示为具体的实验过程，其传感器被置于固定的箱体内，箱体被关闭后，一些化学试剂被放在箱体装置内，通过外部控制这些化学试剂反应，采用周期性喷洒盐雾，盐雾沉降量为1.5mL/80cm²·h，模拟出现场烟雾、腐蚀等情况，验证传感器系统是否在这种情况下能否正常工作，测试时间为48h。(www.xing528.com)

图7-11 化学烟雾模拟试验

5.电磁兼容试验

通常情况下，在系统使用过程中，会遇到外界电磁环境带来的干扰等各方面的影响，使得内部电路与器件的正常工作受到影响，从而影响输出信号，发生判断不准的现象。因此，在仪器设备设计的过程中，需要考虑电磁屏蔽设计，仪器的外形壳体需要特殊处理或加工，在设计过程中，其外壳采用塑料模具加工制成，其内外表面经过特殊处理，并被涂敷一层防静电的金属材料，对内部工作电路起到了屏蔽作用。

将试样安放在绝缘台上，接通电源，使试样处于正常监视状态20min。调节1～1000MHz的功率信号发生器的输出使电磁干扰报警仪的读数为10V/m，在试验过程中，频率设在1～1000MHz的频率范围内以不大于0.005倍频程每秒的速率缓慢变化，同时转动试样，观察并记录试样工作情况。因为使用的发射天线具有方向性，故先使发射天线发射，对准试样进行试验。在1～1000MHz的频率范围内，分别用天线的水平极化和垂直极化进行试验。试验期间，观察并记录试样的工作状态。试验在屏蔽室内进行，为避免产生较大的检测误差，天线的位置按图7-12的要求布置，将发射天线置于中间，试样与电磁干扰报警仪分别置于发射天线两边各1m处。

图7-12 试验设备的布置

图7-13所示为对所设计的外形壳体在中科院微电子所进行的电磁兼容试验，结论为合格。

静电试验，是将样机放在绝缘支架上，且距接地板四周距离不少于100mm，接通电源，使样机处于正常监视状态20min。调整静电发生器输出电压为8000V，用球形放电头充电后尽快触及样机壳体表面，每次放电后，应将静电发生器移开并充电。对样机表面进行放电8次，对样机周围0.1m处接地板放电2次，每次放电的时间间隔至少为1s，经测试零点正常。

6.防爆测试

将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，其外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离开的作用，并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力，而外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。通过防爆测试以验证所设计的外形壳体是否能够避免因其本身工作而引起气体的爆炸事故，是一个应用中的关键技术和试验。

图7-13 电磁兼容试验测试