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【技术文章】高低温湿热试验箱常见故障及解决措施

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2019.08.26
    据国外某基地对所使用的产品统计,因温度湿度导致的失效比例高达59 % ,因此,高低温湿热试验是验证产品环境适应性测试的一个重要环节。而在环境试验开展过程中,由于试验设备故障或试验准备不足等原因造成的问题严重影响了试验工作的顺利开展。为进一步优化环境试验保障条件,本文针对高低温湿热试验中存在的典型问题进行分析,并提出改进建议。

    1、高低温试验常见问题

    环境试验是考验受试产品质量特性的一项重要手段,因此,开展环境试验已经成为军工产品等电子产品的硬性要求,在产品的设计定型、批生产、验收等阶段必须通过实验室或外场试验来验证产品是否达到了技术要求。电子产品常见的环境试验有高温试验、低温试验、湿热试验等项目,需要进行多项试验。由于周期长,成本高,涉及范围广等因素 ,如果试验过程中发 生问题,会造成较为严重的影响,如由于试验实施错误造成受试产品故障,极端情况下需要重新生产产品重新开展试验;如产品在试验过程中,高低温湿热试验箱发生过程,已经开展的试验是否有效需要论证是否有效,如无效也需要重新开展。

    基于气候环境试验过程中问题的影响较大,本文梳理了高低温湿热试验过程中常见问题,并选择对产品影响较大的凝露、高低温湿热试验箱内温度均匀度偏差较大、气候环境试验箱常见故障等三个方面进行了阐述,分析了问题出现的原因,并给出了解决方案,常见问题如图1所示。

图1 高低温湿热试验常见问题

    2、问题描述

    2.1 凝露
    在军用电子设备在开展低温、温度循环等环境试验时,在升降温过程中,由于受试产品与试验箱内空气相比,存在-定的热惯性,受试产品的温度会滞后于周围空气温度。如果受试产品表面的温度低于周围空气的露点温度,空气中的水分就会在受试产品表面凝结,形成凝露。凝露现象形成的水分会通过腐蚀或电化学反应等对受试产品表面造成不良后果,在加电测试时,产品上的水分会对造成漏电、短路和绝缘电阻下降等问题,进而影响产品的测试结果网。
    2.2 均匀度
    试验箱内空气通过在试验箱工作室以及空气调节单元内循环,实现箱内空气温湿度保持在一定的范围内。但根据笔者长时间的环境与可靠性试验经验,在试验箱正常运行时,试验箱内的空气也会存在均匀度异常的情况,尤其是对于大型试验箱或受试产品占据箱内空间较大时,试验箱内均匀度受影响程度更为严重。
    2.3 设备故障
    随着产品的环境与可靠性试验的验证需求越来越大,试验设备在质量保证体系中发挥的作用越来越突出。试验设备资源运行过程中的各类故障,-直以来都是制约试验验证能力满足需求的瓶颈。
    设备发生故障,会对试验造成较为严重的影响。试验条件超过允差的设备故障,会使受试产品承受其设计极限温度的应力,造成受试产品损坏或试验结果不可信。对于周期较长的环境试验,如过程中因设备发生中断,需要进行中断处理,并依据试验具体情况确定处理措施,会造成试验周期的延长。
    如按GJB150.9A-2009《军用装备实验室环境试验方法第9部分:湿热试验》开展10个循环的交变湿热试验,如在第7个循环第20小时发生欠试验中断,则需要从第7循环的开始点重新开始试验。受试产品额外经历了近20h的湿度应力,影响了验证效果、试验周期和试验成本。

    3、问题分析

    3.1 凝露原因分析
    高低温湿热试验箱空气处理单元中分布有蒸发器、空气循环装置、电加热器、除湿蒸发器等,为保证工作室内温度满足试验要求,蒸发器温度会低于工作室内空气温度。试验过程中蒸发器由于持续低温会结霜,在低温保持结束后升至高温或升至常温的过程中,霜会变成水,水会通过空气处理单元底部的泄水孔流出试验箱, 但由于工作,室底部结构原因,会存在部分水分无法通过泄水孔流出,会气化为水蒸气进入到试验箱内。
    为满足受试产品测试需求,试验箱均留有测试孔,通过测试电缆后,用棉质堵洞来封堵。在高低温试验时,整个试验箱相当于一个密封而不气密的腔体,会发生呼吸效应。试验箱进行低温试验室,试验箱内空气温度降低,压力随之降低,外界湿度含量较大的空气会通,过密封而不气密的缝隙进入到试验箱内,在蒸发器上结霜。
    3.2 均匀度异常原因
    试验箱内空气通过风机驱动在试验箱内循环,依次通过蒸发器、加热丝、出风口、工作室、产品等,然后通过回风口重新进入空气调节单元进行循环。在受试产品过多过大时,会影响空气在工作室内的循环,造成局部空气循环不畅,不能达到试验箱设置的温度,而距离出风口等位置较近的位置,空气流通顺畅,温度与试验箱设置温度--致,因此,造成温度均匀度异常的问题。此外,还与受试产品热容量以及试验箱工作室结构等有一定关系,热容大的产品周边空气温度与远离产品的位置相比会有一定差距,形体结构高或长的试验箱,受风速影响,也容易出现均匀度异常问题。
    3.3 设备故障原因分析
     高低温湿热试验箱主要制冷系统、加热系统、控湿系统、控制系统、保护系统和箱体结构等部分组成,常见故障为控制系统故障、电路故障、制冷系统故障、加热系统故障等。故障出现的原因有电气故障和机械故障两大类,设备长时间使用造成电子器件老化等易出现电气故障,如设备的控制系统;机械结构的频繁动作易发生机械故障,如电磁阀。

    4、解决措施

    4.1 凝露减低措施

    本文根据环境试验流程,针对试验前、试验中、试验后以及试验中断等异常情况下降低凝露的措施进行分析,可采取的措施有环境温湿度控制、降低箱内水分、湿空气物理隔离、干空气置换、吸附除湿、机械除湿、恢复控制、高温烘干和产品防护等方式,如图2所示。

图2 环境试验中降低凝露的措施

    试验前,通过高温烘干使试验箱内部蒸发器、风道等部位的所有水分变成水蒸气,再通过通入干风将工作室内空气置换出来。加强测试孔密封和在箱底放置保温材料,能够使箱底与试验箱内空气隔离,减少凝露造成的水分积聚。此外,在外界湿度较大时应利用除湿机或空气调节系统进行低湿度控制。
    试验中,可通过向试验箱内通入含湿暈低的空气,将试验箱内湿空气置换出来,是目前环境试验最常用的湿度控制方式。在试验箱内放置亲水性强的活性炭、硅胶等干燥剂,对试验箱内的水分进行吸附。或利用试验箱空气处理单元中布有除湿蒸发器,用于试验箱内空气湿度控制,能够起到一定程度的除湿作用。 此外,对湿度特别敏感的产品可以通过防护罩的方式开展环境试验。

    试验后,降低升温速率,缩小受试产品温度与试验箱内空气的露点温度之间的差值,能够明显降低受试产品表面凝露。特殊情况时,可以采用低升温速率和阶梯式升温结合的方式,该方式能够更大程度的降低产品凝露间,如图3所示。

图3 防凝露阶梯式升温方式

    高温烘干:即使降低升温速率,产品仍然后出现一定程度的凝露,进行烘干,能够尽快将产品表面的凝露消除,减少凝露对受试产品造成进一步的影响。高温烘干温度不得超过高温工作或高温贮存温度,推荐低于10℃ ,时间应不低于产品温度稳定时间, 如产品具有半密封结构,应适当延长时间。
    4.2 均匀度异常避免措施
    为防止受试产品和箱体本身的热量及体积对空气循环产生影响, GB 150A、GB 2423等环境试验标准,对受试产品的摆放以及产品与箱壁相互间的距离做出明确的要求5间。根据要求得知,在进行高低温湿热试验时,为避免产品之间以及箱壁对产品的影响,产品与箱壁之间、产品与产品之间应留有-定的间距,以便于空气流通,防止空气流通不畅造成均匀度异常。将产品放置于绝缘垫板上,并利用试验架等结构将受试产品支起,在受试产品底部形成空气流通。此外,对于占据试验箱空间较大的产品,应尽量选择面积小的面对应试验箱出风口,减少受试产品对空气循环造成的阻力。
    4.3 设备故障减少措施
    减少高低温湿热试验箱故障最有效的办法是采取预防性维修, 主要措施包括检修箱体结构、控制及配电系统、制冷系统和定期更换易损件等,减少机械和电气故障发生的次数。
    此外,为保证设备的使用寿命及减少设备使用过程中发生的故障次数,应定期对设备进行维护保养,保养内容应涵盖设备内外及电气部分清洁、机械结构检查及清理、制冷系统检修和湿热系统检修等部分。

    5总结

    随着环境试验在各类产品研制过程中发挥的作用越来越重要,如何保证环境试验实施的正确性已经成为了需要特别重视的--个问题。梳理各类环境试验执行过程中存在的问题,并采取相关措施,减少异常问题对试验造成的负面影响,保证环境试验的顺利进行。
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