观点 / Champion
瓦特产品设计公众号 坚持日更的 36/40 天
今天，想接着之前的文章：《电机控制器的整机气密测试压力标准的由来》继续聊聊密封相关的话题。
在电机控制器上有个很不起眼的小零件：透气阀。
根据它组装到壳体上的方式不同的话，有：卡扣式、螺纹式和背胶式。
由于塑料卡扣容易断裂以及粘接的强度问题，现在很多都会选取螺纹式样的。
它的作用毋庸置疑就是平衡腔体内外的气压。
而平衡气压又会带来附加的好处：
如保护壳体的密封性良好、防止污染物进入、保护电子设备、减少凝露和防止发生腐蚀。
在计算透气阀的呼吸能力之前，需要引入几个概念：
湿度、饱和水汽密度、露点、凝露现象和呼吸效应。
湿度、饱和水汽密度和露点
湿度，表示空气干湿程度，即空气中所含水汽多少的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。
湿度一般指的是空气中水蒸气的含量。单位体积的空气中含有的水蒸气的质量叫作绝对湿度。空气的绝对湿度并不能决定地上水蒸气的快慢和人对潮湿程度的感觉。人们把某温度时空气的绝对湿度和同温度下饱和气压的百分比叫作相对湿度。
水汽密度是指单位体积内含有的水汽的质量,其单位一般以克每立方米(g/m3)。
而饱和水汽密度就是在某一温度和体积内，空气中所能吸收的水汽分子数量达到最大时的水汽密度。
最后看下露点：
露点（Dew point），又称露点温度（Dew point temperature），在气象学中是指在固定气压之下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。在此温度时，凝结的液态水如果飘浮在空中被称为雾；而如果沾在固体表面上时则称为露，因而得名露点。
凝露现象和呼吸效应
我们知道，温度越高，气体压力越大，通过相对湿度的公式可知，相对湿度就越大，从而空气中包含的水汽数量就越多。这个时候，如果保持相对湿度不变，将温度降低，通过露点我们知道，当温度降低到露点时，空气就会饱和，空气的相态就会从气态转变为液态，如果此时电控产品内部零件表面的温度比这个露点温度还低的话，就会在产品表面形成液滴，也就是凝露。
凝露会导致电子设备产生下列的失效模式：
金属氧化、电化学腐蚀、材料膨胀、物理强度降低、电气短路等。
透气阀的呼吸能力评估
(表3-1 饱和水汽密度查询表）
也就是说，当电控经过上述的温度和湿度的变化后，电控内部空气出现了凝露现象，而且冷凝水的重量大约为0.08g，体积大约为0.1ml。
我们还知道1ml的水大约有20滴，所以上述0.1ml大概就是2滴水。
另外PCB板上有三防漆进行保护，所以在转向这种小体积的控制器是否可以考虑取消透气阀，因为凝露形成的水数量比较少。
但是如果产品装有透气阀，在降温的过程中气体可以通过透气阀内外进行流通，平衡内外温差，降低凝露可能性。相当于增加了一个保护措施。
最后，介绍下透气阀的透气能力评估：
(图3-1）
图3-1是GORE的一种卡扣式透气阀，它的透气能力在15L/h,压力在7Kpa时。
也是我们在电控产品中经常选用的一种型号，那么我们可以继续借助上面的例子来看下这个型号合不合适。
在计算前需要用到理想气体方程：PV=nRT
具体可以看下之前的文章：《电机控制器的整机气密测试压力标准的由来》。
和计算压差一样，可以得到公式：∆V=V（1-T2/T1）;
那么电控的工作环境温度在-40~105℃：
① 所以一种工况就是当电控从室温25℃升温至105℃，透气阀需要向外排气；
② 另一种就是从25℃降温至-40℃，透气阀需要向内吸气；
那我们分别来计算下排放和吸入的空气量。
上述透气阀的能力在15L/h@7Kpa, 换算下单位为250ml/min@7Kpa。
那么上述的排气76.6ml需要的时间为18.4秒左右，也就是使用这种透气阀，大约在18.4秒能够达到内外气压平衡。
通常电控的透气阀要求时间在1min内能够达到气压平衡，所以这个透气阀的呼吸能力能够满足要求。
END
