一、引言

二、模擬氙燈加速耐氣候試驗箱的技術核心

（一）溫濕度控制系統

1. 溫度控制原理與技術

• 試驗箱采用溫度傳感器（如高精度鉑電阻溫度計）實時監測箱內溫度。傳感器將溫度信號轉換為電信號傳輸給溫度控制器。溫度控制器基于 PID（比例 - 積分 - 微分）控制算法，根據設定溫度與實際溫度的差值，精確調節加熱系統（如加熱絲、加熱管等）和制冷系統（包括壓縮機、冷凝器、蒸發器等）的運行功率。例如，當箱內溫度低于設定溫度時，控制器增加加熱系統的功率，使溫度升高；當溫度高于設定溫度時，啟動制冷系統降低溫度。為了確保溫度的均勻性，試驗箱配備了優化的風道設計和循環風機。風道將冷熱空氣均勻地分布到箱內各個角落，循環風機促使空氣快速流動，使箱內溫度在空間上的差異控制在極小范圍內，一般溫度均勻性可達到 ±2℃以內。

2. 濕度控制原理與技術

• 濕度控制主要通過加濕系統和除濕系統實現。加濕系統通常采用蒸汽加濕或超聲波加濕方式。蒸汽加濕是將水加熱產生蒸汽，然后將蒸汽注入箱內以增加濕度；超聲波加濕則是利用超聲波發生器將水霧化成微小水滴后送入箱內。除濕系統可采用冷凝除濕或分子篩吸附除濕。冷凝除濕是利用制冷系統使空氣冷卻到露點溫度以下，水蒸氣凝結成水滴排出箱外；分子篩吸附除濕則是利用分子篩對水分子的吸附特性去除箱內多余水分。濕度傳感器（如電容式濕度傳感器）實時監測箱內濕度，濕度控制器根據設定濕度與實際濕度的差值，調節加濕系統和除濕系統的工作狀態，將濕度控制精度維持在 ±5% RH 左右。

（二）光照控制系統

1. 氙燈的驅動與功率調節

• 氙燈作為試驗箱的核心光源，其驅動系統采用專門的鎮流器和觸發器。鎮流器為氙燈提供穩定的工作電流，確保氙燈正常發光。觸發器則在氙燈啟動時產生高壓脈沖，使氙燈內的氙氣電離導通，實現快速啟動。為了適應不同的測試需求，光照控制系統可以調節氙燈的功率。通過改變輸入到鎮流器的電壓或電流，實現對氙燈功率在一定范圍內的連續調節，例如從 500W 到 1500W 不等。這樣可以模擬不同強度的光照環境，如晴天、陰天等自然光照條件。

2. 光照時間與周期控制

• 試驗箱配備了高精度的定時器，能夠精確設定氙燈的光照時間和黑暗周期。例如，可以設置光照時間為 12 小時，黑暗時間為 12 小時，模擬自然的晝夜交替。定時器與光照控制系統聯動，在設定的時間點自動開啟或關閉氙燈，確保試驗過程中光照條件的準確性和重復性。

（三）樣品架與空氣循環系統

1. 樣品架設計

• 樣品架采用耐腐蝕、耐高溫的材料（如不銹鋼或鋁合金）制成，其結構設計充分考慮了樣品的放置方式和光照、溫濕度的均勻性。樣品架一般具有多層結構，可以同時放置多個樣品，并且能夠調整樣品的角度和位置，使樣品在試驗過程中各個表面都能均勻地接受光照、溫濕度的作用。例如，采用旋轉式樣品架或可調節角度的擱板，確保樣品的方位測試。

2. 空氣循環系統功能與設計

• 空氣循環系統不僅要保證箱內溫濕度的均勻性，還要確保樣品周圍的空氣能夠及時更新，帶走樣品老化過程中產生的揮發性物質。循環風機的風量、風壓經過精心設計，以滿足不同體積試驗箱的需求。風道的布局合理，避免出現氣流死角，使箱內空氣形成良好的循環回路。例如，采用上進下出或下進上出的風道設計，配合高效的空氣過濾器，過濾掉空氣中的灰塵和雜質，防止其對樣品測試結果產生干擾。

三、模擬氙燈加速耐氣候試驗箱的光源特征

（一）光譜特性

1. 與自然陽光的相似性

• 氙燈的光譜分布與自然陽光具有較高的相似性。在紫外線（UV）、可見光（VIS）和紅外線（IR）波段都有較為連續的光譜輸出。在紫外線波段，氙燈能夠發射出從 290nm 到 400nm 的紫外線，這一范圍涵蓋了自然陽光中導致材料老化的主要紫外線波長區域。例如，290 - 320nm 的 UV - B 波段和 320 - 400nm 的 UV - A 波段，這些紫外線能夠引發材料中的化學鍵斷裂、分子鏈降解等老化反應。在可見光波段，氙燈的光譜分布也與自然陽光相近，能夠提供類似于自然光照條件下的視覺效果和光化學作用。紅外線波段的輻射則主要影響材料的熱效應，氙燈在這一波段的輸出可以模擬自然陽光的熱輻射，使材料在光照過程中同時承受光化學和熱老化作用。

2. 光譜穩定性

• 氙燈的光譜穩定性較好，在長時間的運行過程中，其光譜分布的變化較小。這得益于氙燈的制造工藝和驅動系統的穩定性。高質量的氙燈采用特殊的電極材料和氣體填充技術，能夠保證在不同功率下光譜輸出的一致性。同時，鎮流器和觸發器的穩定工作也有助于維持氙燈的光譜穩定性。例如，在連續運行 1000 小時后，氙燈在各個波段的光譜強度變化率一般不超過 5%，這為材料老化測試提供了可靠的光源條件，確保測試結果的準確性和可重復性。

（二）光強穩定性

1. 光強控制技術

• 試驗箱通過光傳感器（如硅光電池）實時監測氙燈的光強。光傳感器將光強信號轉換為電信號傳輸給光強控制器。光強控制器根據設定光強與實際光強的差值，調節氙燈的功率或通過光衰減器調整光強。例如，當光強低于設定值時，增加氙燈功率；當光強高于設定值時，降低功率或啟動光衰減器。同時，試驗箱還可以采用閉環反饋控制系統，不斷修正光強的偏差，使光強穩定性達到較高水平。一般情況下，在設定光強下，氙燈的光強波動范圍可以控制在 ±3% 以內，滿足大多數材料老化測試對光強穩定性的要求。

2. 光強均勻性

• 為了確保樣品在試驗箱內各個位置接收到均勻的光照強度，試驗箱在光學設計上采取了多種措施。采用特殊的反射鏡和透鏡組合，對氙燈發出的光線進行聚焦和散射處理，使光線均勻地分布在樣品架區域。例如，反射鏡的形狀和表面處理經過優化，能夠將光線反射到特定的方向，透鏡則將光線進一步分散，提高光強的均勻性。此外，樣品架的位置和結構設計也考慮了光強均勻性因素，通過調整樣品架與光源的距離和角度，使樣品表面的光強差異最小化。一般在樣品架區域內，光強均勻性可達到 ±10% 以內，保證了不同位置樣品測試結果的可比性。

四、總結