引言

衛(wèi)生間雖然占據(jù)家中的面積很小,但是在復(fù)雜的衛(wèi)生間環(huán)境中,造成衛(wèi)生間物品腐蝕的原因很多。首先是下水道反味帶來(lái)的氣體,當(dāng)下水道水封設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)時(shí),公共管道的氣體會(huì)返回到室內(nèi)腐蝕物品:另外,在衛(wèi)生間環(huán)境中會(huì)進(jìn)行沐浴等活動(dòng),現(xiàn)在很多家庭衛(wèi)生間沒(méi)有窗戶,通風(fēng)差,造成衛(wèi)生間久濕不干,與沐浴液、洗手液、肥皂等清洗劑結(jié)合,空氣中極易產(chǎn)生腐蝕性氣體:再者,衛(wèi)生間作為排泄場(chǎng)所,人員活動(dòng)會(huì)帶來(lái)臭味(主要為氨類物質(zhì)),長(zhǎng)期在密閉環(huán)境中也會(huì)帶來(lái)一定的腐蝕。

根據(jù)《家用和類似用途電器的安全坐便器的特殊要求》(IEC60335-2-84:2019)標(biāo)準(zhǔn)的要求,智能坐便器需在室溫且一個(gè)大氣壓強(qiáng)下,濃度為0.0005%±0.0002%的鹽酸環(huán)境中保存96h,排盡鹽酸后,在濃度為0.055%±0.005%的氨氣環(huán)境中保存96h[1]。鹽酸氨氣試驗(yàn)室通過(guò)試驗(yàn)箱對(duì)相關(guān)環(huán)境的模擬,在一定的容積空間內(nèi)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。目前,由于該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容尚未轉(zhuǎn)化為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),許多智能坐便器生產(chǎn)廠家未進(jìn)行該方面的測(cè)試,相關(guān)設(shè)備也鮮有廠家生產(chǎn),但是由于衛(wèi)生間環(huán)境造成的智能坐便器產(chǎn)品腐蝕的情況卻時(shí)有發(fā)生。鑒于此,本文提出了一種鹽酸氨氣試驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)方法,該裝置可以實(shí)現(xiàn)鹽酸、氨氣濃度的調(diào)節(jié)和功能自動(dòng)切換,具有抗腐蝕性和自動(dòng)保護(hù)功能。

1鹽酸氨氣試驗(yàn)箱設(shè)計(jì)原理

該鹽酸氨氣試驗(yàn)箱主要用于模擬智能坐便器在衛(wèi)生間環(huán)境中耐鹽酸、氨氣的防腐蝕能力,試驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)總體要求為:箱內(nèi)內(nèi)膽應(yīng)大于一個(gè)智能坐便蓋的尺寸,具有氣體控制裝置,箱內(nèi)氣體濃度和溫度監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)裝置,人機(jī)操作界面,故障自動(dòng)報(bào)警裝置:試驗(yàn)箱本身及各個(gè)氣路管道不會(huì)被鹽酸、氨氣腐蝕。

經(jīng)測(cè)量,目前市面上分體式智能坐便蓋的底部平整,其尺寸普遍在600mm×500mm×120mm上下浮動(dòng),某些一體機(jī)式智能坐便蓋跟陶瓷配套,其底部會(huì)有凸出部分,高度范圍一般為200~300mm。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,每次試驗(yàn)時(shí)間需192h,為了提高氣體的利用率,滿足大批量試驗(yàn)需求,箱內(nèi)空間共計(jì)5.76m3,即5760L的空間。箱內(nèi)放置智能坐便蓋,可分為兩層放置,一層可放6個(gè),單次試驗(yàn)共計(jì)可放12個(gè)智能坐便蓋。具體尺寸設(shè)計(jì)如下:單臺(tái)設(shè)備箱體占用空間w2345mm×D3318mm×H2395mm:內(nèi)膽總尺寸w1600mm×D2125mmxH1800mm:內(nèi)膽使用尺寸w1600mm×D2000mm×H1800mm。

其俯視圖和左視圖如圖1所示。

在氣體濃度設(shè)計(jì)方面,箱內(nèi)鹽酸濃度需要達(dá)到0.0005%,則單次試驗(yàn)需要5760L×0.0005%=0.0288L的鹽酸。若由濃度為0.1%的鹽酸氣瓶給試驗(yàn)箱內(nèi)提供鹽酸,在流量為4.0L/min的情況下,設(shè)供氣時(shí)間為%min,則可得等式為:4.0×0.1%×%=0.0288,計(jì)算得供氣時(shí)間%為7.2min。同理,若箱內(nèi)氨氣濃度要達(dá)到0.055%,則需3.168L的氨氣。若由濃度為10%的氨氣氣瓶給試驗(yàn)箱內(nèi)提供氨氣,在流量為4.0L/min的情況下,計(jì)算可得供氣時(shí)間為7.92min。試驗(yàn)箱將根據(jù)供氣瓶的濃度和流量精準(zhǔn)進(jìn)行供氣時(shí)間測(cè)算,并設(shè)計(jì)相應(yīng)的氣體傳感器及報(bào)警裝置,當(dāng)出現(xiàn)氣體用完或其他異常情況時(shí),報(bào)警器報(bào)警,并提示報(bào)警原因。

為通過(guò)《家用和類似用途電器的安全坐便器的特殊要求》(IEC60335-2-84:2019)標(biāo)準(zhǔn)中的防銹測(cè)試,需設(shè)置0.0005%的鹽酸濃度下,溫度為25℃的環(huán)境中,運(yùn)行96h后排空鹽酸充入空氣:再設(shè)置0.055%的氨氣濃度下,溫度為25℃的環(huán)境中,運(yùn)行96h。觀察樣品的腐蝕情況即完成試驗(yàn)。其流程圖如圖2所示。

2鹽酸氨氣試驗(yàn)箱的硬件設(shè)計(jì)

鹽酸氨氣試驗(yàn)箱的電路主要由7個(gè)部分組成,分別是供電電源(有220V和24V兩部分)、主控板、傳感器部分(系統(tǒng)配有溫度傳感器、濕度傳感器、氨氣濃度傳感器、鹽酸濃度傳感器)、液晶觸控屏、電磁閥部分(包括鹽酸電磁閥和氨氣電磁閥)、風(fēng)扇部分(進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇和內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇)、加熱及加濕部分,其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3鹽酸氨氣試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)框圖

鹽酸氨氣試驗(yàn)箱核心為氣體控制裝置,主要包括鹽酸氣體輸入控制接口、氨氣氣體輸入控制接口、空氣輸入控制接口、氣體排廢管道、氣體箱內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)。氣體輸入控制接口由耐腐蝕的氣體電磁閥和流量計(jì)組成,排廢管道里連接一個(gè)排風(fēng)扇和一個(gè)自動(dòng)開閉的機(jī)械閥門。

為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度和濕度,需要通過(guò)濃度和溫度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整,涉及溫度傳感器、濕度傳感器、加熱器、加濕器、箱內(nèi)氣體循環(huán)風(fēng)機(jī)。溫度傳感器和濕度傳感器裝在箱內(nèi)側(cè)壁中部,加熱器由與箱內(nèi)底部長(zhǎng)寬適配的加熱膜構(gòu)成,加濕器通過(guò)超聲波方式將水霧化,并由風(fēng)機(jī)將霧化的水汽吹入箱體,在箱內(nèi)進(jìn)行空氣循環(huán)。

另外,為了方便操作,該鹽酸氨氣試驗(yàn)箱有一個(gè)人機(jī)操作界面,由7寸液晶觸控屏構(gòu)成,屏幕上有多個(gè)頁(yè)面:狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)面,其內(nèi)容有溫度顯示、濕度顯示、鹽酸濃度顯示值、氨氣濃度顯示值、已運(yùn)行時(shí)間等:運(yùn)行參數(shù)設(shè)定頁(yè)面,包括溫度設(shè)定值、濕度設(shè)定值、鹽酸濃度設(shè)定值、氨氣濃度設(shè)定值、需持續(xù)運(yùn)行時(shí)間、下一階段設(shè)定值等。

由于試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng),易出現(xiàn)無(wú)人值守狀態(tài),特設(shè)置報(bào)警器負(fù)責(zé)異常現(xiàn)象的報(bào)警:(1)加入鹽酸或氨氣一定時(shí)間后,箱內(nèi)氣體濃度變化不符合預(yù)期:(2)加濕器中水位過(guò)低:(3)加熱一定時(shí)間后,箱內(nèi)溫度變化不符合預(yù)期:(4)排廢氣一定時(shí)間后,箱內(nèi)氣體濃度不符合預(yù)期:(5)按照定時(shí)設(shè)置,設(shè)備完成指定工作等情況發(fā)生時(shí),報(bào)警器報(bào)警。

鹽酸氨氣試驗(yàn)箱電路原理圖如圖4所示,主控板外接24V電源,采用sTM32L100C6U6型號(hào)的微處理器(如圖中的U2A和U2B),封裝為UFOFPN-48,該封裝可節(jié)省主控板的面積,使主控板做得更小。該款處理器主頻36MHz,足夠?qū)崿F(xiàn)液晶屏顯示、電磁閥和風(fēng)扇的通斷控制、程序邏輯處理、傳感器輪詢檢測(cè)等功能。

對(duì)于氨氣濃度傳感器和鹽酸濃度傳感器的選型,考慮到試驗(yàn)箱中的氨氣運(yùn)行濃度為0.055%,即550ppm,選用氨氣濃度傳感器模塊的量程為0~1000ppm,濃度分辨率為1ppm:試驗(yàn)箱中的鹽酸運(yùn)行濃度為0.0005%,即5ppm,選用鹽酸濃度傳感器的量程為0~10ppm,分辨率為0.01ppm。試驗(yàn)箱中的加熱器由220V市電供電,由于試驗(yàn)箱中面積較大,選用功率為1000w的加熱器。

3結(jié)語(yǔ)

本文研究的鹽酸氨氣試驗(yàn)箱,可滿足12個(gè)智能坐便蓋同時(shí)進(jìn)行鹽酸/氨氣試驗(yàn),在試驗(yàn)過(guò)程中由主控芯片實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度、濕度、氣體濃度數(shù)據(jù),通過(guò)控制電磁閥、風(fēng)扇、加熱器、加濕器等設(shè)備,實(shí)時(shí)糾正實(shí)測(cè)值與設(shè)定值的偏差,保證產(chǎn)品時(shí)刻在標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。本文所設(shè)計(jì)的鹽酸氨氣試驗(yàn)箱,能滿足《家用和類似用途電器的安全坐便器的特殊要求》(1EC60335-2-84:2019)的試驗(yàn)要求,彌補(bǔ)該標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的設(shè)備空白,滿足智能坐便器生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)和改進(jìn)需求。