如何选择环境试验设备及牢靠性试验设备环境试验设备是如何工作的.docx
如何选择环境试验设备及牢靠性试验设备环境试验设备是如何工作的如何选择环境试验设备及牢靠性试验设备一、设备选择依据：存在于地球表面及大气层空间中的自然环境因素和诱发环境因素的种类，目前还无法统计出一个的确的数目，其中对工程产品（设备）的使用及寿命影响较大的因素不下十几种。从事工程产品环境条件讨论的工程师们将自然界存在以及人类活动所诱发的环境条件整理归纳为一系列的试验标准和规范，用以引导工程产品的环境及牢靠性试验。如引导军工产品进行环境试验GJB150中华人民共和国国家军工标准军工设备环境试验方法，引导电工电子产品进行环境试验的GB2423中华人民共和国国家标准电工电子产品环境试验方法指南等。因此，我们选择环境及牢靠性试验设备时紧要的依据是工程产品的试验规范和试验标准。其次，为了规范试验设备中环境试验条件的容差，保证环境参数的掌控精度，国家技术监督机构及各工业部门还订立了一系列的环境试验设备及检测仪器仪表的检定规程。如中华人民共和国国家标准GB5170电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法，又如国家技术监督局颁布实施的JJG190-89电动振动试验台系统试行检定规程等。这些检定规程也是选择环境及牢靠性试验设备的紧要依据，不符合这些检定规程要求的试验设备是不允许投入使用的。二、设备选择基本原则：环境及牢靠性试验设备的选择应遵奉并服从以下五条基本原贝I:1、环境条件的再现性在试验室内完整而地再现自然界存在的环境条件是可望而不可及的事情。但是，在确定的容差范围之内，人们完全可以正确而貌似地模拟工程产品在使用、贮存、运输等过程中所经受的外界环境条件。这段话用工程的语言概括，就是“试验设备所制造的围绕被试产品周边的环境条件（含平台环境）应当充分产品试验规范所规定的环境条件及其容差的要求”。如用于军工产品试验的温度箱不仅要充分国军标GJB150.386、GJB150.4-86中依据不同的均匀性和温度掌控精度的要求。只有这样，才能保证在环境试验中环境条件的再现性。2、环境条件的可重复性一台环境试验设备可能用于同一类型产品的多次试验，而一台被试的工程产品也可能在不同的环境试验设备中进行试验，为了保证同一台产品在同一试验规范所规定的环境试验条件下所得试验结果的可比较性，必定要求环境试验设备所供应的环境条件具有可重复性。这也就是说，环境试验设备施用于被试验产品的应力水平（如热应力、振动应力、电应力等）对于同一试验规范的要求是一致的。环境试验设备所供应环境条件的可重复性是由国家计量检定部门依据国家技术监督机构所订立的检定规程检定合格后供应保证。为此，必需要求环境试验设备能充分检定规程中的各项技术指标及精度指标的要求，并且在使用时间上不超过检定周期所规定的时限。如使用特别普遍的电动振动台除充分激振力、频率范围、负载本领等技术指标外，还必需充分检定规程中规定的横向振动比、台面加速度均匀性、谐波失真度等精度指标的要求，而且每次检定后的使用周期为二年，超过二年必需重新检定合格后才能投入使用。3、环境条件参数的可测控性任何一台环境试验设备所供应的环境条件必需是可观测的和可掌控的，这不仅是为了使环境参数限制在确定的容差范围之内，保证试验条件的再现性和重复性的要求，而且从产品试验的安全启程也是必需的，以便防止环境条件失控导致被试产品的损坏，带来不必要的损失。目前各种试验规范中大体要求参数测试的精度不应低于试验条件允许的误差的三分之一、4、环境试验条件的排它性每一次进行环境或牢靠性试验，对环境因素的类别、量值及容差都有严格的规定，并排出非试验所需的环境因素渗透其中，以便在试验中或试验结束后判定和分析产品失效与故障模式时，供应的确的依据，故要求环境试验设备除供应所规定的环境条件外，不允许对被试产品附加其它的环境应力干扰。如电动振动台检定规程中所限定的台面漏磁，加速度信噪比、带内带外加速度总均方根值比。随机信号的检验、谐波失真度等精度指标都是为了保证环境试验条件的*性而订立的检定项目。5、试验设备的安全牢靠性环境试验，特别是牢靠性试验，试验周期长，试验的对象有时是价值很高的军工产品，试验过程中，试验人员常常要在现场四周操作巡察或测试工作，因此要求环境试验设备必需具有运行安全、操作便利、使用牢靠、工作寿命长等特点，以确保试验本身的正常进行。试验设备的各种保护、告警措施及安全连锁装置应当完善牢靠，以保证试验人员、被试产品和试验设备本身的安全牢靠性。三、温湿度箱的选择1、容积的选择将被试产品（元器件、组件、部件或整机）置入气候环境箱进行试验时，为了保证被试产品四周气氛能充分试验规范所规定的环境试验条件，气候箱工作尺寸与被试产品外廓尺寸之间应遵奉并服从以下几点规定：a）被试产品的体积（WXDXH）不得超过试验箱有效工作空间的（2035）%（推举选用20%）o对于在试验中发热的产品推举选用不大于10%ob）被试产品的迎风断面积与该断面上试验箱工作室总面积之比不大于（3550）%（推举选用35%）Oc）被试产品外廓表面距试验箱壁的距离至少保持100150mm,（推举选用150mm）o上述三点规定实际上是相互依存和统一的。以1立方米正方体箱子为例，面积比为1：（0.35-0.5）相当于体积之比为1：（0.2070.354）。距箱壁10015Omm相当于体积之比为1：（0.3430.512）。总括上述三点规定，气候环境试验箱的工作腔容积至少应是被试产品外廓体积的35倍。作出这种规定的理由有以下几点：（1）被试验件置入箱体后挤占了流畅的通道，通道变窄将导致气流流速的加添。加速气流与被试验件之间的热交换。这与环境条件的再现不符，由于在有关标准中对涉及温度环境试验都规定试验箱内试验样件四周的空气流速不应超过1.7ms,以防止试验样件和四周气氛产生不符合实际的热传导。在空载时试验箱内平均风速为0.60.8ms,不超过lms,充分a）、b）两点要求所规定的空间及面积比时，流场的风速可能增大（50100）%,平均zui高风速为（1-1.7）m/so充分标准规定的要求。假如在试验中不加限制地加大试验件的体积或迎风断面积，则实际试验时气流风速将增大到超出试验标准所规定的ZUi高风速，其试验结果的有效性将受到怀疑。(2)气候箱工作腔内环境参数(如温度、湿度、盐雾沉降率等)的精度指标都是在空载状态下检测的结果，一旦置入被试验件后，对试验箱工作腔内环境参数的均匀性将产生影响，试验件占有的空间越大，这种影响也就越严重。实测试验数据表明，流场中迎风面与背风面的温差可达到389，严重时可大到10。C以上。因此,必需尽量充分a)、b)两项要求，以保证被试产品四周环境参数的均匀性。(3)依据热传导的原理，箱壁相近气流的温度通常与流场中心温度相差23(,在高处与低处温的上下限时，还可能达到5o箱壁的温度与箱壁相近流场的温度又相差23。C(视箱壁的结构和材料而定)试验温度与外界大气环境相差越大，上述温差也越大，因此，距箱壁(10015Omm)距离内的空间是不可利用空间。2、温度范围的选择目前，国外温度试验箱的范围大体上为一73+177P,或一70+180。国内多数厂家一般为一80+130,60+130,-40-+130oC,也有高温到15(C°这些温度范围通常可以充分国内绝大多数军工、民用产品温度试验的需要，除非确有特别需要，如安装位置靠近发动机等热源的产品外，不可盲目提高温度上限。由于上限温度越高，箱体内外的温差越大，箱体内部流场的均匀性也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面，上限温度值越高，对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的耐热性要求越高。箱体密封性的要求也越高，使箱体的制作成本加添。3、湿度范围的选择国内外环境试验箱给出的湿度指标大都是2098%RH或3098%RH,假如湿热试验箱没有除湿系统，则湿度范围为60-98%,这一类试验箱只能做高湿试验，但它的价格低得多。值得注意的是在湿度指标后面应当注明相应的温度范围，或给出zui低露点温度。由于相对湿度是与温度直接相关的，对于同样的含湿量，温度越高,相对湿度就越小，如含湿量为5gKg（指1公斤干空气中含有5克的水蒸汽），当温度为29。C时，相对湿度为20%RH,温度为6。C时,相对湿度为90%RH,当温度降至4。C以下，相对湿度超过100%,在箱体内会显现结露现象。实现高温、高湿只需要往箱体空气中喷水蒸汽或雾化的水珠，进行加湿。低温低湿则相对难于掌控，由于此时的含湿量很低，有时比大气中的含湿量低很多，需要对箱体内流动的空气除湿，使空气变得干燥。目前国内外绝大多数的温湿度箱都接受制冷除湿的原理，是在箱体的空气预调室内加一组制冷光管。当湿空气经过冷管时，其相对湿度会达到100%RH,因空气饱和在光管上结露，使空气变得更干燥。这种除湿方式理论上可达到零度以下的露点温度，但是当冷点表面温度到达0时，光管表面结露的水滴会结冰，从而影响光管表面的热交换，使除湿本领下降。又由于箱体不可能密封,大气中的湿空气会渗入到箱体内，使露点温度回升。另一方面，在光管间流动的湿空气只是在和光管（冷点）接触的瞬间达到饱和状态而析出水蒸汽，因此这种除湿方法很难使箱体内的露点温度在到0。C以下。实际所达到的ZUi低露点温度为57。露点温度5。C相当于含湿量为0.0055gKg,对应相对湿度20%RH的温度为30oCo假如要求温度20。C进相对湿度达到20%RH,此时的露点温度为一3T,接受致冷方式除湿是很困难的，必需选用空气干燥系统才能实现。4、掌控方式的选择温度、湿度试验箱有恒定试验箱、交变试验箱两种情况。一般的高处与低处温试验箱一般指的是恒定高处与低处温试验箱，其掌控方式为：设定一个目标温度，试验箱具有自动恒温到目标温度点的本领。恒定温湿度试验箱的掌控掌控方式也仿佛，设定一个目标温度、湿度点，试验箱具有自动恒温到目标温度、湿度点的本领。高、低温交变试验箱具有设定一条或者多条高处与低处温变化、循环的程序，试验箱有本领依据预置的曲线完成试验过程，并且可以在ZUi大升温、降温速率本领的范围内，掌控升温、降温的速率，即可以依据设定的曲线的斜率掌控升温、降温速率。同样,高处与低处温交变湿热试验箱也具有预置温度、湿度曲线，并且依据预置进行掌控的本领。当然，交变试验箱都具有恒定试验箱的功能，但交变试验箱的制造成本较高，由于交变试验箱需配置有曲线自动记录装置、程序掌控仪，还须解决试验箱在工作室内温度较高的情况下开启制冷机等问题，因此，交变试验箱的价格比恒定试验箱的价格一般要高20%以上。因此，我们应当实事求是的以试验方法的需要为启程点，选用恒定试验箱或者是交变试验箱。5、变温速率的选择一般的高处与低处温试验箱没有降温速度的指标，从环境温度降温到标称的zui低温度的时间一般为90120min°高处与低处温交变试验箱、高处与低处温交变湿热试验箱都有变温速度的要求，其变温速率一般要求UCmin,在此速率的范围内速度可调。而快速温度变化试验箱的变温速率较快，升温、降温速率可以达到3oCmin-15oCmin,在某些温度段升温、降温速率甚至可以达到30oCmin以上。各种规格、速度的快速温度变化试验箱的温度范围一般都是相同的，即60+13(C,但考核降温速度的变温范围却不尽相同，依据试验不同的试验要求，快速温度变化试验箱变温范围有的是一55+80°C,而有的是一40+80。关于快速温度变化试验箱的变温速率有两种提法，一种是全程平均升降温速度，一种是线形升降温速度（实际上是每5min平均速度）。全程平均速度是指在试验箱的变温范围内，zui高温度与ZUi低温度之差值与时间之比。目前国外各环境试验设备生产厂家供应的变温速率的技术参数都是指的全程平均速率。线形升降温速度指在任意的每5min时间段内，能够保证的变温速率。而实际上对于快速温度变化试验箱来说，保证线形升降温速度的难度zui大、ZUi关键的一段是，在降温段ZUi后的一个5min的时间段内，试验箱可以达到的降温速率。从某种角度讲，线形升降温速度（每5min平均速度）更科学。因此试验设备具有全程平均升降温速度和线形升降温速度（每5min平均速度）这两个参数。一般来说，线形升降温速度（每5min平均速度）是全程平均升降温速度的1/2、6、风速有关标准规定，进行环境试验时温湿箱内的风速应小于L7ms,对于试验本身来说，风速越小越好，风速过大会加速试验件表面与箱体内流动气流的热交换，于试验的真实性不利。但为了保证试验箱工作室内的均匀性，试验箱内具有循环风是必需的。但是快速温度变化试验箱以及温度、湿度、振动等多因素综合环境试验箱，为努力探求变温速率，必需加快箱体内循环气流的流速，风速通常在23ms0因此，对于不同的使用目的，风速的限制是不一样的。7、温度波动度温度波动是一个比较简单实现的参数，全部环境试验设备厂家生产的多数的试验箱实际的温度波动都可以掌控在0.3。C的范围以内。8、温度场均匀度为了更正确地模拟产品在自然界所受到的实际环境情形，在环境试验中必需保证被试产品的周边处在同一温度环境条件下，为此,必需对试验箱内的温度梯度和温度的波动度加以限制。在国军标GJB150.1-86军工设备环境试验方法总则中明确规定“试验样品相近测量系统的温度应在试验温度的2。C以内，其温度工不超过UC/ni或总的ZUi大值为2.2。C（试验样品不工作）,o9、湿度的精度掌控环境试验箱中测量湿度多数是接受干湿球法，环境试验设备的制造标准GB10586要求，相对湿度偏差应在+23%RH0为充分湿度掌控精度的要求，湿度试验箱的温度掌控精度较高，温度波动一般小于0.2七。否则很难达到湿度掌控精度的要求。10、冷却方式选择试验箱假如带有制冷系统，制冷系统需要进行冷却。试验箱有风冷、水冷两种形式。风冷水冷使用条件设备安装简便，只需要接通电源即可使用。环境温度应低于28T,假如环境温度高于28。C对制冷效果有确定的影响（配备空调）需配置循环冷却水系统。换热效果相对于水冷方式而言是较差稳定、良好对使用环境的影响会导致试验箱四周的空气温度上升。不影响试验箱四周的温度。噪声较大（相对于水冷方式）较小结论选择何种冷却方式，应结合试验室的实际情况而定。在条件允许的情况下，优先考虑选择水冷方式。但假如选用的试验箱的制冷系统很小，也可以优先考虑选择水冷方式。四、温湿度试验设备情形分析1）温湿度环境试验设备的生产是持续了几十年的机械制造行业,其基本技术（如制冷，加热）已经成熟。便是随着工业技术的进步和进展，很多新的应用技术不断引入到环境试验设备中，如计算机技术，模糊掌控理论，多箱同步运行等，因此，很难给制造厂家下一个孰优孰劣的武断性结论。各个生产厂家积几十年的制造阅历所生产的设备都是可以使用的，其工作原理、所应用的技术，甚至结构、材料等都有很多相像之处。但是由于环境试验设备“多非标、多品种、小批量”的生产方式的制约，产品的牢靠性始终是困绕国内、国外制造商的一个问题。关键在于生产厂家必需管理精细，工艺完备、检测手段齐全、对质量认真负责（如通过IS09000论证）。同时，环境试验设备是一种耐用品，一些问题和设计缺陷需要多年使用才能暴露出来，通过统计分析才能发觉问题所在。一个成熟的、高牢靠性的产品往往需要多年改进、完善。因此，环境试验设备生产厂家具有确定生产规模和生产历史，是产品具有较高牢靠性的必要条件之一、2）生产过程的质量掌控。国内生产过程的质量掌控有很大提高。生产过程的质量掌控与生产厂家的管理水平、生产习惯有关，通过IS09000的论证是生产过程质量掌控走上规范化的一个标志。国内外生产温湿度环境试验设备的厂家在生产气候环境试验方面都积累了丰富的阅历。供应的都是可供使用的，在质量上都可信任。至于到底应当选用哪一家，哪一种型号的产品更符合要求，除了本文前面所述的一些原则和实在的技术指标要求外，还有一些值得重视和考虑的因素。a）性能/价格比。在对环境试验设备的技术参数、牢靠性充分考证的基础上，性价比是应当考虑的紧要因素。环境试验设备的进口无一例外都是通过代理商在国内进行销售的，价格的因素不仅取决于生产厂家的成本和利润，还包含着很多中心环节费用及销售提成。在相同的制造成本下，降低中心费用是降低订货价格的紧要因素，同一国家相关技术指标的产品，制造成本大体相当，不同国家（指西方发达国家）生产的产品即使有差别也不会太大。b）充分用户需要的程度和本领。用户订购一台温湿度环境试验箱，其要求依产品试验的需要而不同，如有的三综合试验箱常常用于产品部件或组件和环境应力筛选试验，此时设备的强制除湿本领以及附加空气干燥系统的可能性是用户应当重点挂念的项目，假如有的用户想利用三综合试验箱作环境试验（如湿热试验），则风速可调整性就是必需考虑的因素。c）售后服务及设备故障的处理本领。任何一台设备在使用中不可能不出故障，一旦显现问题使用者能否享受到适时的维护和修理服务，或者能依据设备自身具有的故障诊断本领很快确定出故障处理方法，使设备尽快恢复性能，重新投入使用。在这方面，国内外的生产厂家都已经或正在做出积极的努力，如建立快速反应的维护和修理队伍，如在计算机掌控系统中加添诊断及故障预警系统软件，用户可依据计算机供应的信息，尽快处理故障。电话：/2传真:
