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关于改进电子产品高低温湿热试验设备的研究

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2020.04.22

    随着科学技术的飞速发展,电子技术及电子信息技术在各个领域越来越多地得到应用。大量的电子产品,电子信息产品投放市场,质量如何?在使用、贮存、运输过程中能否经得住各种环境的考验,它们的使用寿命多长,也越来越引起各个领域乃至全社会的关注。为此,国家、地方及相关产业部门都对这些产品引进或制定了一系列标准或规范。国家和地方相关检验机构及生产厂检部门依据相关标准对这些产品的技术性能进行检测,并按相关标准或规范进行气候(高温、低温、湿热、温度变化、低气压甚至盐雾、霉菌、淋雨、砂尘、光辐射),机械(振动、冲击、碰撞、离心、跌落、运输),寿命甚至物理和化学方面的试验和检测,看其经过试验的产品性能是否符合相关标准或规范的规定。并判定合格与否,进行相关试验的设备和相关性能检测的仪器性能如何,是否适用,可靠程度多高,却是相关检验机构和相关检验人员所十分关心的问题。

关于改进电子产品高低温湿热试验设备的研究

    本文对上述试验中,湿热试验的目的、机理、产生湿热条件的方法做了简略的阐述。同时对80年代和90年代进口的试验设备的部分性能、优点和进行高低温湿热试验所存在的问题做了简要的说明。并对这两台设备提出了改进的意见和应该采取的措施。
    高低温湿热试验的目的是确定湿热环境下产品的适应能力。高低温湿热试验又分为恒定湿热和交变温热两种。恒定湿热试验是指温湿度在整个试验期间不变。交变湿热试验是指温湿度在一个周期中交替地作高温高湿和低温高湿的变化。它除了和恒定湿热试验一样受到吸附、吸收和扩散作用外,还有呼吸作用和升温阶段的凝露。
    湿热条件的产生方法也有多种,如甘油或化学溶液法、水挥发加湿法、气泡加湿法、蒸汽加湿法、喷雾加湿法等等。我们用于湿热试验的设备采取的加湿方法主要有三种。第一种是水挥发加湿,RK-TD型高低温试验箱和RK-TH恒温恒湿箱就是采用这种方法加湿。第二种是喷雾加湿法,如R-WTD型潮湿箱和R-PTH型潮热箱。第三种是蒸汽加湿法,如R-TD型温湿度箱等。R-PTH和RK-TH是恒温湿箱,目前能够进行交变湿热试验的有RK-TD和R-TD等设备。
    RK-TD高低温试验箱可进行常温到150℃的高温试验,和0℃到- 40℃的低温试验。微处理机能设定8步程序,如果对升降温速率不作严格要求,可进行有关标准规定的交变湿热试验,和温度渐变的温度变化试验。由于微处理机对温湿度以及时间的设置值精度很高,所以是进行温度突变高温、低温,以及恒定湿热试验比较理想的设备,但对湿度渐变的高温、低温、以及交变湿热试验则不然。因为该设备微处理机所能设定的步数不够多,每进行一步程序,加热或制冷几乎都是全功率的,不能严格保证其升温降温速率符合要求。
    由于设备全功率加热,其升温速度高达6~ 8℃/分,实际上升曲线已不是缓慢上升,而是带有几个台阶,某些地方已经超出了标准所允许的范園。从高温高湿到低温高湿是靠1.5KW压缩机制冷实现的,降温速率比标准规定的快得多。尽管也可以设置三步程序,但也会形成三个台阶。与升温阶段不同的是,降温阶段相对湿度只有短暫降低(几分钟,仍大于80%的规定),而后就很快就达到所设定的范围(即大于等于95%)。但是升温阶段却不同,温度上升必然带来相对湿度下降,虽然加湿加热器按微处理机的指令不断加热,加大水蒸汽的挥发,但相对湿度的增长就没有温度的增长那么快。至少在每个程序段的温度上升阶段相对湿度要低于95%这个最低规定值。只有每段程序的恒温阶段相对湿度才能达到微处理机上设定的指令值。另外,箱内温度上升过快,样品表面的水份又开始挥发,这就可能产生多次凝露又多次挥发的现象。这种效果与温度缓慢.上升所产生的效果很难说没有区别。因此改变这种台阶式升温现象是完全必要的。为此当然可以更换微处理机,换上程序步数更多的微处理机,设定更多的步数,每.步程序之间的温差和时间差尽可能小。
在不更换微处理机的条件下,我们认为可采取下列措施解决这个问题。
    (1)选择导热系数小的材料附在箱内散热面上,使箱内温度在每步程序的未端达到指令值。不过选择非常理想的材料也不很容易,况且材料的导热系数也会随着温度和湿度的增高而变大。也可以在箱内散热面上通一定流量的冷却水来降低其散热量。不过准确控制冷却水流量也不太容易,加热器在整个升温阶段全功率加热,也造成了能源的浪费和加热器本身的损耗。
    (2)设计一种间断性通电电路接在加热电路中,使其在升温阶段加热器间断性工作,保证箱内温度缓慢上升。这样一步程序就可完成从低温到高温的升温。
    (3)降低加热器的功率。散热面的散热量Q= K.S. △T(K为导热系数, S为散热面积,△T为散热面温升)。箱内升温速度与箱内散热面的散热量成正比,散热量又和散热面的温升成正比,温升又和加热器的功率成正比。只要降低了加热器的功率就能降低散热面的散热量,降低了散热面的散热量就能降低箱内的升温速度。可以通过计算或者通过实验选择-个功率合适的加热器。将这个加热器安装在原加热器同一位置,将原加热器用一个转换开关予以傍路,需要进行突变的高温试验或较高温度的高温试验时再转接到原来的加热器上。
    (4)用可控硅电路控制加热器功率。调节可控硅导通角降低加热器功率,一直到温度上升速度合适为止。可利用波段开关或琴键开关固定几个不同功率的导通角以满足其它试验对升温速率的要求。
    以上5条措施中,第2.第3、第4条比较实际一些。如果采用第3条能解决问题是最理想的。将原来的加热器进行分离,分离出一个功率合适的加热器,而从第2条或第4条中选择一条加以配合,解决温升速率问题是可能的。
    RK-TD的微处理机能设置50个程序段,一个简单循环或两种循环组合的复杂循环方式,可一次设定9 800次循环。温度范围从-70℃至180℃,相对湿度范围是10% ~98%。箱内升温速率通过微处理器可以精确地加以控制。能进行温度突变和温度渐变的高、低温试验,恒定湿热试验,交变湿热试验和温度渐变的温度变化试验。当样晶需要通电时,特别是需要定时间断性通电时,通过微处理器的程序设计都能有效地加以控制。
    用RK-TD进行交变湿热试验是比较理想的,它恰恰弥补了R-TD程序设计的不足。但是这台设备也存在一些不足。第一,这台设备耗电量较大,总功率高达17KW,第二,要保证升降温阶段温度变化速率的稳定,保证恒温阶段温度的稳定,保证各个阶段的相对湿度的稳定,除加热器频繁工作以外,两台压缩机也在频繁的启动,包括保证箱内温度和相对湿度均匀的两台风扇和冷凝器的风扇的启动,加起来的噪声是相当大的。可高达72分贝。第三,由.于加湿方式是蒸汽加湿,相对湿度波动较大,有时甚至高达士5%,同时箱内蒸汽管出口蒸汽的温度很高,造成温度上冲,致使制冷系统频繁启动,反过来又影响相对湿度的提高。以上因素造成它的温度的波动比R-TD大的多。第四,蒸汽发生器安装在压缩机和冷凝器附近,它所产生的热量直接影响制冷系统制冷效率。在室内温度较高,尤其在夏季,这种影响更为明显。因此在环境温度较高的情况下,温湿度控制精度难以保证,常常出现降温和加湿比较困难的现象。第五,RK-TD微处理机每段时间最大只能设18小时,要进行1000小时湿热试验或1000小时高温试验,只少要设定56段程序。这在键盘上操作要花很长时间。当然可以设两段程序,并在键盘上输人28个循环周期来解决这个问题,但都不如R-TD只输入一个温湿度值那么简便。况且用这台设备进行这类试验也是相当不经济的。因此,对这台设备进行一些改进也是必要的。
    第一,降低它的加热功率。该设备的加热功率是根据它的最高温度180℃设计的,这个温度在一般试验中很少遇到,既使偶尔有那么一-两项高温度的试验,也完全可以改用其它设备。降低它的功率,减少由于湿度上升所造成的压缩机频繁启动,对提高设备的控制精度,降低能耗,以及减少制冷系统的故障都大有好处。摘除一部分加热器,或者利用转换开头分离一部分加热器就能达到这个目的。
    第二,将蒸汽加湿方式改为水挥发加湿方式。在箱内后侧安装一个加湿水槽,在槽内安装一个加热器,依靠这个加热器将槽内的蒸馏水蒸发来改变湿度,其稳定度要比蒸汽加湿方法高得多。另外拆除了原来的蒸汽发生器对提高制冷系统的制冷效率也是大有好处的。
    第三,增设一个小功率制冷系统,使其能满足一般高温和湿热试验降温和减湿需要,将会改善设备的控制精度,降低能耗,降低噪声。
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