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厂家该如何攻克电子类水表的环境挑战?

百科知识中国仪表网2015年11月26日 10:49人气:12958

  【中国仪表网 百科知识】随着社会的进步,生活水平的提高,电子类的产品逐步覆盖人们的生活。除了较常见的电视机、电脑,现在电子类的水表也正在慢慢渗透生活及生产。但是在用电子水表的同时,你了解怎么防护电子类水表吗?
  
 

  电子类水表通常由于具备了较为强大的管理功能和某些计量性能指标的提高,越来越受用户的青睐。长期以来,我国的供水行业以使用机械式水表为主,特别是大口径水表,通常安装在户外,遭受日晒、雨淋、水泡、风吹,工作环境较为恶劣,但是机械式水表能够适应这样的环境。然而,电子类水表则不然,电子元器件最怕水,也怕温度的极限变化,恶劣的环境对电子类水表是严重的挑战。行业里似乎有一种共识,只有解决电子类水表的环境适应性问题,才能实现电子类水表代替机械水表的目标。
  
  因此,电子类水表的防水能力是各个厂家极力试图攻克的一个难关,可谓是前赴而后继。应该说,至今为止,尚未有一个厂家敢拍着胸脯说——我已经完全攻克了。
  
  水表行业将这个问题简化为外壳防护设计,按照GB4208-2008《外壳防护等级》确定外壳防护的IP等级。很多厂家认为,如果达到了IP68的防护等级,电子类水表就能够实现持续在水下工作,满足恶劣环境的使用要求。
  
  IP68被认为是外壳防护等级中的最高级别了,通过IP68的试验,产品理论上具备了抗持续潜水的能力。诚然,一些产品已经达到了IP68的外壳防护等级,一些厂家甚至做了持续潜水一年以上的试验,也证明了产品仍然工作正常。但是,一旦到了实际应用,预想中的IP68等级却完全不管用,这到底是什么原因?
  
  任何的试验都仅仅是模拟实际的使用工况,不可能完全达到实际工况的条件。试验与实际工况的不同表明试验要求仍然偏低,无法模拟实际工况,这是比较直观的认识。但是我们需要从更深层次去认识这个问题。
  
  外壳防护失效,表明水已经从防护外壳渗透进了内部电路,破坏了电路的工作特性,导致电路工作不正常。
  
  许多人认为水能够从外壳渗透进入内部,是因为密封的机械结构设计还存在缺陷。这种观点也对也不对。为什么?说这样的观点对的原因是机械结构可能存在设计缺陷,说这个观点不对的原因是机械结构可能并不定存在设计缺陷,而是忽略了材料特性的影响。
  
  水从一处转移到另一处,有两种运动途径,一是宏观运动,二是微观运动。良好的机构结构设计能够很好地阻止水的宏观运动,但未必能阻止水的微观运动。水的微观运动是分子级的热运动,与材料的特性密切相关。要阻止水分子的热运动,材料本身的分子间隙必须比水分子小。绝大多数的金属材料有足够小的分子间隙,能够阻止水分子的热运动渗漏,因此,金属材料的吸水率指标几乎为零。然而,在电子类水表的密封材料中,经常会使用塑料、橡胶等高分子材料。大多数的高分子材料都有一定的吸水率,并且有较大的体膨胀系数,相当一部分的水正是通过材料本身吸水转移进去的,而这正是被很多机械设计工程师所疏忽的。
  
  有一个现象可以佐证这个观点。一个被认为外壳密封结构设计良好的线路板,打开外壳后发现线路板上凝结着一滴滴象汗水一样的水珠。这个水珠是怎样形成的?原因很简单。水分子正是被高分子材料吸入,渗透进了内部空腔,这个过程是日积月累的。而电子水表的低功耗设计也正好助长了这个过程,由于电子线路板没有足够的发热量,使得内部空腔的温度始终低于外界,形成负压,水分子进入后没有足够的能量再出来,足够多的水分子形成水蒸汽,水蒸汽冷凝后形成了水滴。
  
  那又怎么来理解长期浸水工作正常,反而到了一会儿浸水一会儿干燥的条件下却出故障了呢?
  
  要解释为个现象,首先来了解一下物理学上的热寂现象。当一个封闭的系统达到绝对的热平衡后,这个系统会停止一切物理变化和化学变化,进入死寂状态。也就是说系统越接近热平衡状态,它就越稳定。我们的世界之所以五彩缤纷,正是由于宇宙系统能量分布的不平衡。
  
  长期浸水状态与忽干忽湿的状态相比,前者的热平衡状态显然比后者更稳定,而忽干忽湿必然伴随着强烈的热量交换,无疑分子运动的强度也更加大。在忽干忽湿条件下,还会因为不同材料的膨胀系数不同而产生密封间隙,也加剧了水分子的渗漏。正是在这样的综合作用下,一个认为是已经很理想的密封结构设计,仍然产生了意想不到的结果。
  
  感谢设计师们的努力。相信没有达不到的目的,只有付不起的代价,努力终将会有结果的。
  
  然而在未达到终极目标之前,我们是否可以换一种思路呢?老祖宗大禹治水的故事告诉我们,堵未必是最好的选择,疏堵结合也是一种可选择的技术路线。电子线路怕水,但经过处理后却并不怕潮。电子类水表适应不了的工作环境不妨就避开它,当然这需要说服用户去接受这个现实。事物总会有它的两面性,扬长而避短才是最好的选择。
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