作為電子工程師，想必大家對于暴露在戶外惡劣環境中的電子系統設計都會有些心得，做好防水防塵設計、將內部核心組件與外部環境隔離開，是其中的關鍵要訣。不過，在有些應用中，情況并沒有那么簡單。

比如，在實際應用中，有些設備會因為外部環境和天氣的變化，以及內部電子元器件工作時發熱，導致設備內部氣體產生熱脹冷縮的變化，造成設備內外部的氣壓差。在這種壓力差的作用下，可能會導致設備密封蓋板的變形，或者由于氣體反復進出產生的“呼吸效應”，加速密封件的老化，使得水汽等雜質進入設備內部，進而造成電子元器件的失效、老化甚至是設備故障。

想要解決此類可靠性問題，就需要我們這篇文章的主角登場了，它就是——防水透氣閥。

初識防水透氣膜

從名稱中就可以看出，這個閥門有兩個作用：

• 一個是防水，即根據需要隔絕液體水或者是水霧/氣進入設備內部；

• 二是在防水的同時能夠允許氣體自由通過，以實現設備內外部的壓力平衡。

經由防水透氣閥的氣體交換過程，好似設備根據內外部氣壓的大小進行“呼吸”，因此也被稱為“呼吸器”。

防水透氣閥之所以能夠實現這一功能，其秘訣就在于閥門中有一層高分子材料制成的防水透氣薄膜，該薄膜上面有很多微孔，其直徑（通常為幾百納米到幾十微米）是水滴直徑的數千分之一，同時又是空氣中氣體分子的1,000倍左右，因此也就具有了“阻水通氣”的特性。防水透氣閥的通氣量，一般取決于高分子薄膜的開孔率、厚度和孔徑等參數，通過調整這些參數就能制造出不同規格的產品。

當然，防水透氣閥也不是實現“防水透氣”這個目標唯一的技術路徑，能夠實現相似功能的方案還有氣囊和透氣孔。前者是通過在密封設備腔體上外接一個氣囊，來應對可能發生的氣壓變化，但氣囊容易破損且安放需要預留足夠的空間，所以適用范圍有限；后者則是通過迷宮式的氣道設計，盡可能在通氣的同時阻止水和灰塵等異物的進入，但總是難免有“漏網之魚”，使得防水防塵的性能打折扣。因此相較而言，防水透氣閥是一個更優的解決方案。

圖1：防水透氣膜在防水的同時能夠允許氣體自由通過，以實現設備內外部的壓力平衡

（圖源：Amphenol LTW）

防水透氣閥的典型應用

正是因為防水透氣閥的特性優勢，其應用十分廣泛。

防水透氣閥在通信行業也是不可或缺的存在。無線基站等通信基礎設施所處的環境復雜，且位置分散、維護難度大，而其對可靠性又有很高的要求。

有分析表明，戶外通信設備在夏季白天工作時，由于溫度的上升會在設備殼體內部產生至少100mbar的正壓，如果密閉殼體內的空氣無法排出，這些壓力會聚集在密封件、連接器等殼體上比較薄弱的地方；而當遇到寒冷天氣，設備內部的空氣又會因收縮形成負壓，外部較高的氣壓同樣會在殼體薄弱處產生較大應力。這樣的情況反復循環出現，就會加速密封件的老化，減弱設備抵御惡劣環境的能力，對可靠性產生不良影響。應對這一挑戰，防水透氣閥顯然是不二之選。

防水透氣閥還有一個重要應用場景，就是在光伏行業中。與其他戶外設備相類似，太陽能設備內部也會因元件散熱和天氣條件引起的溫度變化，產生較大的氣壓差，熱量和壓力的積聚會使得設備內部一些關鍵組件變形或者失效，也容易將外界環境中的水汽、灰塵等吸入設備內部，引發短路、腐蝕等風險，影響設備使用壽命。因此，通過防水透氣閥來實現設備內外的壓力平衡，也就成了保障光伏設備性能和可靠性，延長使用壽命的關鍵一環。

如果仔細觀察，我們會發現防水透氣閥的應用領域還有很多，在設備殼體需要良好密封性和透氣性的場合，防水透氣閥都可以大顯身手。

圖2：防水透氣閥的典型應用場景

（圖源：Amphenol LTW）

選擇合適的防水透氣閥

防水透氣閥應用的拓展也催生出了豐富的產品組合，它們按照材質可以分為金屬和塑料類型，按照安裝方式有螺紋和卡入式等不同的產品，用戶可以根據實際需要進行選型。

雖然防水透氣閥的產品形態各異，但在選型時還是有幾個主要的技術指標和特性需要重點權衡。

防護性能

也就是我們常說的IP防護等級，它代表產品防水防塵能力的大小，一般防水透氣閥都需要達到IP65至IP68甚至更高的等級。

透氣量

這個關鍵指標反映的是透氣閥快速平衡壓力的能力，即在一定氣壓下，單位面積單位時間的透氣量。業內通行的方法是以70mbar下每平方厘米的透氣效果來衡量。

環境耐受性

包括結構的穩固耐用性，以及耐溫度、耐腐蝕、阻燃性、抗氧化性等，這些特性對于長期暴露在惡劣環境中的防水透氣閥來講，自然十分重要。

產品易用性

產品的安裝是否方便快捷，是否有效減少維護成本，這也是要重點考量的一個特性。有些防水透氣閥還會根據特定應用進行優化，強化產品的適用性和易用性。

Amphenol LTW可以提供綜合性能出色、類型豐富的防水透氣閥產品，這些產品基于高性能的疏水/疏油膜而構建，滿足IP68 / IP69K的防護等級, 可防止液體、油和水分進入, 并減少密封外殼中的冷凝。

這些防水透氣閥包括鋁合金、不銹鋼、塑膠等多種類型，提供螺紋及卡入式不同的鎖合方式，透氣性高達10,000 ml/min @ 70mbar，阻燃等級達到UL 94V-0，工作溫度范圍-40°C至+125°C（或+150°C），可以說能夠覆蓋大多數密封防水和平衡透氣的應用場景要求。

圖3：Amphenol LTW的防水透氣閥產品

（圖源：Amphenol LTW）

值得一提的是，在提供多樣化產品組合的同時，Amphenol LTW還在提升選型便利性方面為開發者準備了快速易用的產品選型工具。眾所周知，最終選擇哪款防水透氣閥，氣壓平衡時間是一個關鍵指標，確定它要根據透氣量、腔體體積、環境溫度等各種參數進行計算。

為了簡化這一計算工作，Amphenol LTW提供了一款透氣閥平衡時間的在線計算器，輸入參數后便可快速得出結果，用戶按圖索驥，更容易找到心儀的防水透氣閥。

圖4：防水透氣閥平衡時間在線計算器

（圖源：Amphenol LTW）

本文小結

設計在惡劣環境中工作的設備，可靠性是重中之重。在確保設備可靠性的諸多舉措中，防水透氣閥的作用不容小覷，在這個小閥門身上，蘊含著不少門道。參透了其中的訣竅，才能夠像Amphenol LTW這樣，為各類應用提供高性能、多樣性的解決方案。想選擇一款可靠的透氣閥，就來這里看看吧——

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