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環(huán)境及可靠性試驗設備選擇的五條基本原則

  日期:2012-02-22 10:03:06   點擊:
 
 

環(huán)境條件的再現(xiàn)性
      在試驗室內(nèi)完整而精確地再現(xiàn)自然界存在的環(huán)境條件是可望而不可及的事情。但是,快速溫變試驗機在一定的容差范圍之內(nèi),人們完全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。

      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,快速溫變試驗機為了保證同一臺產(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(jié)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,快速溫變試驗機必須要求環(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。

      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。

 

      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1.7m/s,以防止試驗樣件和周圍氣氛產(chǎn)生不符合實際的熱傳導。在空載時試驗箱內(nèi)平均風速為0.6~0.8m/s,不超過1m/s,滿足a)、b)兩點要求所規(guī)定的空間及面積比時,流場的風速可能增大(50~100)%,平均最高風速為(1~1.7)m/s。滿足標準規(guī)定的要求。如果在試驗中不加限制地加大試驗件的體積或迎風斷面積,則實際試驗時氣流風速將增大到超出試驗標準所規(guī)定的最高風速,其試驗結(jié)果的有效性將受到懷疑。
      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(jié)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10℃以上。因此,必須盡量滿足a〕、b〕兩項要求,以保證被試產(chǎn)品周圍環(huán)境參數(shù)的均勻性。
      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℃,在高低溫的上下限時,還可能達到5℃。箱壁的溫度與箱壁附近流場的溫度又相差2~3℃(視箱壁的結(jié)構和材料而定)試驗溫度與外界大氣環(huán)境相差越大,上述溫差也越大,因此,距箱壁(100~150mm)距離內(nèi)的空間是不可利用空間。

      實現(xiàn)高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠,進行加濕。低溫低濕則相對難于控制,因為此時的絕對含濕量很低,有時比大氣中的絕對含濕量低很多,需要對箱體內(nèi)流動的空氣除濕,使空氣變得干燥。

     目前國內(nèi)外絕大多數(shù)的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理,是在箱體的空氣預調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管。當濕空氣經(jīng)過冷管時,其相對濕度會達到100%RH,因空氣飽和在光管上結(jié)露,使空氣變得更干燥。這種除濕方式理論上可達到零度以下的露點溫度,但是當冷點表面溫度到達0℃時,光管表面結(jié)露的水滴會結(jié)冰,從而影響光管表面的熱交換,使除濕能力下降。又因為箱體不可能絕對密封,大氣中的濕空氣會滲入到箱體內(nèi),使露點溫度回升。另一方面,在光管間流動的濕空氣只是在和光管(冷點)接觸的瞬間達到飽和狀態(tài)而析出水蒸汽,因此這種除濕方法很難使箱體內(nèi)的露點溫度在到0℃以下。實際所達到的最低露點溫度為5~7℃。露點溫度5℃相當于絕對含濕量為0.0055g/Kg,對應相對濕度20%RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進相對濕度達到20%RH,此時的露點溫度為-3℃,采用致冷方式除濕是很困難的,必須選用空氣干燥系統(tǒng)才能實現(xiàn)。

      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~+130℃,但考核降溫速度的變溫范圍卻不盡相同,根據(jù)試驗不同的試驗要求,快速溫度變化試驗箱變溫范圍有的是-55~+80℃,而有的是-40~+80℃。
      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5 min平均速度)。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內(nèi),最高溫度與最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5 min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最大、最關鍵的一段是,在降溫段最后的一個5 min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5 min平均速度)更科學。因此試驗設備最好具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度(每5 min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。