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人工模拟的环境试验设备解析

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人工模拟的环境试验设备解析

环境试验作为可靠性试验的一种类型已经发展成为一种预测产品使用环境是如何影响产品的性能和功能的方法。也就是说,在产品投入市场之前,环境试验被用来评估环境影响产品的程度;当产品的功能受到了影响,环境试验被用来查明原因,并采取措施保护产品免受环境影响以保持产品的可靠性。这些试验已经远远地超过了其zui初的目的,现在被广泛应用于包括材料和产品的研发、生产过程中的各种不同检查、运输之前的检验和运输后的质量控制,也被用来分析产品的实际使用过程中出现的缺陷以及新产品的改进。环境试验对于检测方法和保持产品可靠性是非常有效的。

我们这里讲的环境试验是狭义的,实际是指人工模拟的环境试验(以下称为环境试验)。广义上环境试验基本分为自然暴露试验人工模拟试验现场运行试验三类。自然暴露试验,是将样品长期暴露在自然环境条件下进行测试。现场运行试验,是将样品装置在各种典型的使用现场并使它处于正常运行状态进行测试。这两种试验都能直接反映产品实际使用中的性能和可靠性,也是验证人工模拟试验准确性的基础。但是试验周期都较长,花费人力物力大,并且前者试验条件不能控制,影响试验的再现性,且有时跟不上产品的发展;后者数据反馈慢。因此为了在较短时间内能鉴定产品对环境的适应能力,在科研和生产工作中多采用人工模拟环境试验,即在实验室的试验设备(箱或室)内模拟一个或多个环境因素的作用,并予以适当的强化。人工模拟试验的试验条件的确定,要求既能模拟环境中主要因素影响的真实性,又能在时间上起一定的加速作用,但是加速的程度不应改变产品实际损坏机理的规律。为此,人工模拟试验的试验条件和方法必须与产品环境条件的等级、数值有机地起来。

当然,使用环境试验设备进行的试验并不可能完全地再现出产品的使用环境以及模拟出所有的环境因素,在这里必须理解环境试验的局限性。由单一因素(温度、湿度、压力、振动、冲击或某一物质如盐)构成的环境试验称之为简单环境试验。实际上产生完全单一的环境很困难,而且大部分试验环境都是十分复杂的。因此在设计试验条件时,试验人员需要选择对产品有zui大影响zui为重要的环境因素,所以说环境试验只能是一个与真实环境还存在很大区别的人为环境。

一般性,产品的缺陷是由以下几个方面造成的:

a. 原材料的浓度和多样性、摩擦、磨损、应力、热、电流以及电场强度,这些因素会影响产品某些方面的性能;

b. 在产品设计和制造过程中由产品特性(原材料、制造工艺、结构部件以及大规模生产时)所引发的因素;

c. 外界环境产生的应力。

因此,试验条件必须依据具体的产品条件而定,对于不同的产品是不一样的。如果被试验研究的产品发生了变化,相应的环境试验也要改变。

2. 温度试验设备

温度试验设备一般由工作室、调节设备、辅助设备、控制系统组成。其中调节系统包括加热器、蒸发器和送风装置等,辅助设备主要室制冷机组,控制系统包括温度控制器、程序设定器、安全报警装置等。

加热器多用电阻丝或电热管的电加热方式实现;除了对无散热试样高温试验的干燥箱可以采用自然加热以外,一般都要都配有送风装置进行强迫空气循环,送风方式多用上侧送下侧回或全面孔板顶送下侧回的方式,对于整个试验设备的均匀性能很重要。

制冷方式使用较多为机械制冷,冷冻机有半封闭或全封闭形式,冷却回路也有水冷形式或空冷形式,冷媒现已多采用环保型冷媒,节流方式采用毛细管或者电子膨胀阀方式,可以提高精度和回路的寿命,并且能长期连续工作。

控制系统现在一般采用PID方式,使加热功率随设备实际温度与设定温度偏差自动进行调节、控制,实现无级调节,温度波动度小;显示部分也由以前数显方式提升到液晶触摸屏方式,例如ESPEC集团的P计装就是采用6.54英寸TFT彩色液晶显示画面,清晰美观,更便于操作。

另外,设备的保温层采用玻璃棉或者聚氨酯发泡层,导热系数小,耐温性好。温度检测采用热电偶、铂电阻和热敏电阻方式等,精度高。

进行温度试验时需要考虑详尽周全,所以考虑选择相应合适的试验设备也是至关重要的。

1. 必须要求测试范围要满足产品失效可能性试验范围,即无论是高温箱还是低温箱或者冷热冲击箱都应能够满足试验要求所规定的极值温度条件。

2. 必须以保证试验样品的体积不应大于试验设备工作容积的1/5的原则来选择试验设备。

3. 为保证试验区内温度的均匀性,根据样品的散热性来选择是否采用强迫空气循环或无强迫空气循环方式。例如上海ESPEC生产的LG型干燥箱采用热风自然对流方式,特别适宜粉状物干燥,而LC干燥箱就采用热风强制循环方式。设备温度分布的差异对试验结果影响会更大,当采用较大的样品时,或者在同一时间测试的样品数量较大时,试验的结果将随着位置的不同而存在很大差别,因此应该选择温度均匀性尽可能好的设备。例如上海ESPEC生产的Z系列调温箱,均匀性达到2.0℃

4. 样品温度有采用上风和采用下风传感器温度测量两种方式。设备的温度控制传感器位置及控制方法是可以选择的,要根据试验要求选择合适的设备。

5. 防止试验区产生热辐射或者热传导所引起的样品吸热或放热,要求设备的加热或冷却系统装置对样品无影响。

6. 便于记录、显示,进行循环试验时要求安装自动计数器、指示灯、记录设备以及自动关闭等仪表装置。

7. 便于样品放置可以要求用于放置或悬挂的样品架,且样品架不会因高低温变化改变其机械性能。

8. 应具有将测试电源引入设备工作室内的引线孔。

9. 无论对于样品的损坏性和试验人员安全都要有保护防范措施。例如设有观察窗及照明,设有电源断相、缺水、超温保护、操作人员保护等报警装置。

10. 是否需要远程遥控监测功能。

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