一、設備選擇依據(jù)
存在于地球表面及大氣層空間中的自然環(huán)境因素和誘發(fā)環(huán)境因素的種類,目前還無法統(tǒng)計出一個確切的數(shù)目,其中對工程產(chǎn)品(設備)的使用及壽命影響較大的因素不下十幾種。從事工程產(chǎn)品環(huán)境條件研究的工程師們將自然界存在以及人類活動所誘發(fā)的環(huán)境條件整理歸納為一系列的試驗標準和規(guī)范,用以指導工程產(chǎn)品的環(huán)境及可靠性試驗。如指導軍工產(chǎn)品進行環(huán)境試驗GJB150――中華人民共和國國家軍用標準《軍用設備環(huán)境試驗方法》,指導電工電子產(chǎn)品進行環(huán)境試驗的GB2423――中華人民共和國國家標準《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗方法指南》等。因此,我們選擇環(huán)境及可靠性試驗設備時主要的依據(jù)是工程產(chǎn)品的試驗規(guī)范和試驗標準。
其次,為了規(guī)范試驗設備中環(huán)境試驗條件的容差,保證環(huán)境參數(shù)的控制精度,國家技術監(jiān)督機構及各工業(yè)部門還制訂了一系列的環(huán)境試驗設備及檢測儀器儀表的檢定規(guī)程。如中華人民共和國國家標準GB5170《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設備基本參數(shù)檢定方法》,又如國家技術監(jiān)督局頒布實施的JJG190-89《電動振動試驗臺系統(tǒng)試行檢定規(guī)程》等。這些檢定規(guī)程也是選擇環(huán)境及可靠性試驗設備的重要依據(jù),不符合這些檢定規(guī)程要求的試驗設備是不允許投入使用的。
二、 設備選擇基本原則
環(huán)境及可靠性試驗設備的選擇應遵循以下五條基本原則:
1、環(huán)境條件的再現(xiàn)性
在試驗室內(nèi)完整而地再現(xiàn)自然界存在的環(huán)境條件是可望而不可及的事情。但是,在一定的容差范圍之內(nèi),人們*可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存、運輸?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件。這段話用工程的語言概括,就是“試驗設備所創(chuàng)造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的環(huán)境條件(含平臺環(huán)境)應該滿足產(chǎn)品試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件及其容差的要求”。如用于軍工產(chǎn)品試驗的溫度箱不僅要滿足國軍標GJB150.3-86、GJB150.4-86中根據(jù)不同的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣,才能保證在環(huán)境試驗中環(huán)境條件的再現(xiàn)性。2、環(huán)境條件的可重復性
一臺環(huán)境試驗設備可能用于同一類型產(chǎn)品的多次試驗,而一臺被試的工程產(chǎn)品也可能在不同的環(huán)境試驗設備中進行試驗,為了保證同一臺產(chǎn)品在同一試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗條件下所得試驗結果的可比較性,必然要求環(huán)境試驗設備所提供的環(huán)境條件具有可重復性。這也就是說,環(huán)境試驗設備施用于被試驗產(chǎn)品的應力水平(如熱應力、振動應力、電應力等)對于同一試驗規(guī)范的要求是一致的。、環(huán)境試驗設備所提供環(huán)境條件的可重復性是由國家計量檢定部門依據(jù)國家技術監(jiān)督機構所制定的檢定規(guī)程檢定合格后提供保證。為此,必須要求環(huán)境試驗設備能滿足檢定規(guī)程中的各項技術指標及精度指標的要求,并且在使用時間上不超過檢定周期所規(guī)定的時限。如使用非常普遍的電動振動臺除滿足激振力、頻率范圍、負載能力等技術指標外,還必須滿足檢定規(guī)程中規(guī)定的橫向振動比、臺面加速度均勻性、諧波失真度等精度指標的要求,而且每次檢定后的使用周期為二年,超過二年必須重新檢定合格后才能投入使用。
3、環(huán)境條件參數(shù)的可測控性
任何一臺環(huán)境試驗設備所提供的環(huán)境條件必須是可觀測的和可控制的,這不僅是為了使環(huán)境參數(shù)限制在一定的容差范圍之內(nèi),保證試驗條件的再現(xiàn)性和重復性的要求,而且從產(chǎn)品試驗的安全出發(fā)也是必須的,以便防止環(huán)境條件失控導致被試產(chǎn)品的損壞,帶來不必要的損失。目前各種試驗規(guī)范中大體要求參數(shù)測試的精度不應低于試驗條件允許的誤差的三分之一。
4、環(huán)境試驗條件的排它性
每一次進行環(huán)境或可靠性試驗,對環(huán)境因素的類別、量值及容差都有嚴格的規(guī)定,并排除非試驗所需的環(huán)境因素滲透其中,以便在試驗中或試驗結束后判斷和分析產(chǎn)品失效與故障模式時,提供確切的依據(jù),故要求環(huán)境試驗設備除提供所規(guī)定的環(huán)境條件外,不允許對被試產(chǎn)品附加其它的環(huán)境應力干擾。如電動振動臺檢定規(guī)程中所限定的臺面漏磁,加速度信噪比、帶內(nèi)帶外加速度總均方根值比。隨機信號的檢驗、諧波失真度等精度指標都是為了保證環(huán)境試驗條件的*性而制定的檢定項目。
5、試驗設備的安全可靠性
環(huán)境試驗,特別是可靠性試驗,試驗周期長,試驗的對象有時是價值很高的軍工產(chǎn)品,試驗過程中,試驗人員經(jīng)常要在現(xiàn)場周圍操作巡視或測試工作,因此要求環(huán)境試驗設備必須具有運行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長等特點,以確保試驗本身的正常進行。試驗設備的各種保護、告警措施及安全連鎖裝置應該完善可靠,以保證試驗人員、被試產(chǎn)品和試驗設備本身的安全可靠性。
三、 溫濕度箱的選擇
1、容積的選擇
將被試產(chǎn)品(元器件、組件、部件或整機)置入氣候環(huán)境箱進行試驗時,為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗條件,氣候箱工作尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應遵循以下幾點規(guī)定:
a)被試產(chǎn)品的體積(W×D×H)不得超過試驗箱有效工作空間的(20~35)%(推薦選用20%)。對于在試驗中發(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于10%。
b)被試產(chǎn)品的迎風斷面積與該斷面上試驗箱工作室總面積之比不大于(35~50)%(推薦選用35%)。
c) 被試產(chǎn)品外廓表面距試驗箱壁的距離至少保持100~150mm,(推薦選用
上述三點規(guī)定實際上是相互依存和統(tǒng)一的。以
括上述三點規(guī)定,氣候環(huán)境試驗箱的工作腔容積至少應是被試產(chǎn)品外廓體積的3~5倍。
作出這種規(guī)定的理由有以下幾點:
1〕被試驗件置入箱體后擠占了流暢的通道,通道變窄將導致氣流流速的增加。加速氣流與被試驗件之間的熱交換。這與環(huán)境條件的再現(xiàn)不符,因為在有關標準中對涉及溫度環(huán)境試驗都規(guī)定試驗箱內(nèi)試驗樣件周圍的空氣流速不應超過
2〕氣候箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)〔如溫度、濕度、鹽霧沉降率等〕的精度指標都是在空載狀態(tài)下檢測的結果,一旦置入被試驗件后,對試驗箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)生影響,試驗件占有的空間越大,這種影響也就越嚴重。實測試驗數(shù)據(jù)表明,流場中迎風面與背風面的溫差可達到3~8℃,嚴重時可大到
3〕根據(jù)熱傳導的原理,箱壁附近氣流的溫度通常與流場中心溫度相差2~3℃,在高低溫的上下*,還可能達到
2、溫度范圍的選擇
目前,國外溫度試驗箱的范圍大體上為-73~+
3、濕度范圍的選擇
國內(nèi)外環(huán)境試驗箱給出的濕度指標大都是20~98%RH或30~98%RH,如果濕熱試驗箱沒有除濕系統(tǒng),則濕度范圍為60~98%,這一類試驗箱只能做高濕試驗,但它的價格低得多。值得注意的是在濕度指標后面應該注明相應的溫度范圍,或給出zui低露點溫度。因為相對濕度是與溫度直接相關的,對于同樣的含濕量,溫度越高,相對濕度就越小,如含濕量為
4、控制方式的選擇
溫度、濕度試驗箱有恒定試驗箱、交變試驗箱兩種情況。
普通的高低溫試驗箱一般指的是恒定高低溫試驗箱,其控制方式為:設定一個目標溫度,試驗箱具有自動恒溫到目標溫度點的能力。恒定溫濕度試驗箱的控制控制方式也類似,設定一個目標溫度、濕度點,試驗箱具有自動恒溫到目標溫度、濕度點的能力。高、低溫交變試驗箱具有設定一條或者多條高低溫變化、循環(huán)的程序,試驗箱有能力根據(jù)預置的曲線完成試驗過程,并且可以在zui大升溫、降溫速率能力的范圍內(nèi),控制升溫、降溫的速率,即可以根據(jù)設定的曲線的斜率控制升溫、降溫速率。同樣,高低溫交變濕熱試驗箱也具有預置溫度、濕度曲線,并且根據(jù)預置進行控制的能力。當然,交變試驗箱都具有恒定試驗箱的功能,但交變試驗箱的制造成本較高,因為交變試驗箱需配置有曲線自動記錄裝置、程序控制儀,還須解決試驗箱在工作室內(nèi)溫度較高的情況下開啟制冷機等問題,因此,交變試驗箱的價格比恒定試驗箱的價格一般要高20%以上。因此,我們應當實事求是的以試驗方法的需要為出發(fā)點,選用恒定試驗箱或者是交變試驗箱。5、變溫速率的選擇
普通的高低溫試驗箱沒有降溫速度的指標,從環(huán)境溫度降溫到標稱的zui低溫度的時間一般為90~120min。高低溫交變試驗箱、高低溫交變濕熱試驗箱都有變溫速度的要求,其變溫速率一般要求
各種規(guī)格、速度的快速溫度變化試驗箱的溫度范圍一般都是相同的,即-60~+
關于快速溫度變化試驗箱的變溫速率有兩種提法,一種是全程平均升降溫速度,一種是線形升降溫速度(實際上是每5min平均速度)。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內(nèi),zui高溫度與zui低溫度之差值與時間之比。目前國外各環(huán)境試驗設備生產(chǎn)廠家提供的變溫速率的技術參數(shù)都是指的全程平均速率。線形升降溫速度指在任意的每5min時間段內(nèi),能夠保證的變溫速率。而實際上對于快速溫度變化試驗箱來說,保證線形升降溫速度的難度zui大、zui關鍵的一段是,在降溫段zui后的一個5min的時間段內(nèi),試驗箱可以達到的降溫速率。從某種角度講,線形升降溫速度(每5min平均速度)更科學。因此試驗設備具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度(每5min平均速度)這兩個參數(shù)。一般來說,線形升降溫速度(每5 min平均速度)是全程平均升降溫速度的1/2。
6、風速
有關標準規(guī)定,進行環(huán)境試驗時溫濕箱內(nèi)的風速應小于
7、溫度波動度
溫度波動是一個比較容易實現(xiàn)的參數(shù),所有環(huán)境試驗設備廠家生產(chǎn)的多數(shù)的試驗箱實際的溫度波動都可以控制在±
為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實際環(huán)境狀況,在環(huán)境試驗中必須保證被試產(chǎn)品的周邊處在同一溫度環(huán)境條件下,為此,必須對試驗箱內(nèi)的溫度梯度和溫度的波動度加以限制。在國軍標GJB150.1-86軍用設備環(huán)境試驗方法總則中明確規(guī)定“試驗樣品附近測量系統(tǒng)的溫度應在試驗溫度的±
9、濕度的精度控制
環(huán)境試驗箱中測量濕度多數(shù)是采用干濕球法,環(huán)境試驗設備的制造標準GB10586要求,相對濕度偏差應在±23%RH。為滿足濕度控制精度的要求,濕度試驗箱的溫度控制精度較高,溫度波動一般小于±
10、冷卻方式選擇
試驗箱如果帶有制冷系統(tǒng),制冷系統(tǒng)需要進行冷卻。試驗箱有風冷、水冷兩種形式。