温湿度环境试验箱选型指南

上一篇 / 下一篇  2011-03-06 14:41:17

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  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,目前还无法统计出个确切的数目。其中对工程产品(设备)的使用及寿命影响较大的因素不下几十种。从事工程产品环境条件研究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,用以指导工程产品的环境及可靠性试验。如指导军工产品进行环境试验的GJB150—中华人民共和国国家军用标准《军用设备环境试验方法》,指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,我们选择环境及可靠性试验设备时主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,保证环境参数的控制精度,国家技术监督机构及各工业部门还制订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可靠性试验设备的重要依据,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

  环境及可靠性试验设备的选择应遵循以下五条基本原则:

  1.环境条件的再现性

  在试验室内完整而精确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,在一定的容差范围之内,人们完全可以正确而近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“试验设备所创造的围绕被试产品周边的环境条件(含平台环境)应该满足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满足国军标GJB150.3-86、 GJB150.4-86中根据不同类型产品所规定的高温、低温的试验量值、试验时间,同时也应满足试验规范中对温度场的均匀性和温度控制精度的要求。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,必然要求环境试验设备所提供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。

  环境试验设备所提供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制定的检定规程检定合格后提供保证。为此,必须要求环境试验设备能满足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。如使用非常普遍的电动振动台除满足激振力、频率范围、负载能力等技术指标外,还必须满足检定规程中规定的横向振动比、台面加速度均匀性、谐波失真度等到精度指标的要求,而且每次检定后的使用周期为二年,超过二年必须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提供的环境条件必须是可观测的和可控制的,这不仅是为了使环境参数限制在一定的容差范围之内,保证试验条件的再现性和重复性要求,而且从产品试验的安全出发也是必须的,以便防止因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误差的三分之一。

  4.环境试验条件的排它性

  每一次进行的环境或可靠性试验,对环境因素的类别、量值及容差都有严格的规定,并排除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断和分析产品失效与故障模式时,提供确切的依据,故要求环境试验设备除提供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唯一性而制定的检定项目。

  5.试验设备的安全可靠性

  环境试验,特别是可靠性试验,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,试验人员经常要在现场周围进行操作或测试工作,因此要求环境试验设备必须具有运行安全、操作方便、使用可靠、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、告警措施及安全联锁装置应该完善可靠,以保证试验人员、被试产品和试验设备本身的安全可靠性。

  三、 温湿度箱的选择

  1. 温湿度箱容积的选择

  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,为了保证被试产品周围气氛能满足试验规范所规定的环境条件,气候箱工作空间尺寸与被试产品外廓尺寸之间应遵循以下几点规定:

  a.被试产品的体积(W×D×H)不得超过试验箱有效工作空间的(20-35)(推荐选用20)。对于在试验中发热的产品推荐选用不大于30 。

  b.被试产品的迎风断面积与该断面上试验箱工作腔总面积之比不大于(35-50)(推荐选用35)。

  c.被试产品外廓表面距试验箱壁的距离至少应保持100-150mm(推荐选用150mm)。

  上述三点规定实际上是相互依存和统一的。以1立方米正立方体箱子为例,面积比为1:(0.35~0.5)相当于体积之比为1:0.207~0.354。距箱壁100-150mm 相当于体积之比为1:0.343~0.512。

  总括上述三点规定,气候环境试验箱的工作腔容积至少就是被试产品外廓体积的3~5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场中气流的通道,通道变窄将导致气流流速的啬。加速气流与被试验件之间的热交换,这与环境条件的再现性不符,因为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周围的空气流速不应超过1.7m/s,以防止试验样件和周围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0.6~0.8m不超过1m/s,满足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(50~100),平均最高风速为(1.17)m /s,满足标准规定的要求。如果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最高风速,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3~8℃,严重时可大到10℃以上。因此,必须尽量满足a、b两项要求,以保证被试产品周围环境参数的均匀性。

  3) 根据热传导的原理,箱壁附近气流的温度通常与流场中心温度相差2~3℃,在高低温的上下限时,还可能达到5℃。箱壁的温度与箱壁附近流场的温度又相差 2~3℃(视箱壁的结构和材料而定)。试验温度与外界大气环境温度相差越大,上述温差也越大,因此,距箱壁(100~150mm)距离内的空间是不可利用空间。

  2.温度范围

  目前,国外温度试验箱的温度范围大体上为(-73 ~ +177℃),或(-70 ~ +180℃)。国内多数厂家为(-70 ~ +120℃),也有高温到150℃。这个温度范围通常可以满足辆绝大多数军用、民用产品温度试验的需要,除非确有特殊需要,如安装位置靠近发动机等热源的产品外,不可盲目利用的工作腔体积也就越小。另一方面,上限温度越高,对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的耐热性要求也越高。箱体密封性的要求也越高,使箱体的制作成本增加。


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