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温度变化试验与温度循环试验对产品质量的影响

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2020.12.25
    环境因素对产品的影响是很大的,国内外很多资料表明,产品失效原因的大部分是由环境因素造成的。美国空军总部曾对沿海基地使用的产品进行过故障调查和分析,发生故障的产品52%是由环境因素引起的,其中温度因素引起的故障占各环境因素引起的故障的40%。对同一机种175架飞机上31种产品连续两年的故障统计分析,总故障的52%与环境因素有关,其中温度引起的故障占诸环境因素引起的55%。我国某部曾对机载产品失效情况进行分析统计,总故障中52.7%是环境因素引起的,其中温度因素引起的故障占诸环境因素的42%。由此可见环境因素对产品质量的影响确实是很大的。同时也证明了影响产品质量的各种环境因素中,温度因素对产品质量的影响更大,更突出。在温度因素中,温度变化因素比单一的高温因素或低温因素对产品的影响要大的多。产品在使用、储存和运输过程中会经常遇到这种环境因素。美国环境科学学会曾对各种环境应力的筛选做过统计分析,证明了温度环境的筛选效率比其他任何环境应力的筛选效率都高的多。因此许多产品,特别是机电、电工和电子产品的诸多标准中都有温度变化实验的检验项目。许多产品的工艺中也有同温度变化实验类似的温度循环筛选工艺。由于经济条件的限制许多中小企业缺乏用于这项试验或筛选的设备,少数企业从眼前经济利益考虑不愿意进行这样的试验和筛选,甚至许多应用产品的标准中没有温度变化这个检验项目。这对保证和提高产品的质量是极为不利的。
    温度变化试验的方法有三种,一个是具有规定转换时间的两箱法试验,它是用一台两箱式冷热冲击试验箱进行的。根据产品标准规定的下限温度TA(低温),上限温度TB(高温),温度持续时间t1,高、低温转换时间t2进行试验。它的转换时间t2是固定的,如电子 产品的温度变化试验方法规定的t2是2-3分钟,并规定采用自动两箱法t2可以少于30秒。 第二种方法是具有规定温度变化速率的温度变化试验。这种方法除规定了TA、TB、t1外,还规定了升降温速率。如电子产品规定的升降温速率是5分钟内平均速率为:1±0.2℃/min;3±0.6℃/min;和5±1℃/min三个等级。
    第三种方法是温度变化两液槽法。这种方法和第一种方法所规定参数基本相同,不同的是,这种试验是在两个不同温度的液槽中进行的。

    以上三种方法的试验,标准中均规定了循环次数。对于研制过程中新产品,如何确定循环次数,从统计规律中总结出来的经验说明,产品的故障率同温度的变化的循环次数有关,也同产品所含有的元器件、零部件的数量有关。所含元件件数,设备所含元器件数量与故障率的关系大致可用下图1和图2表示:

图1 循环次数

图2 循环次数

    从图1和图2可以看出,结构比较简单的元器件和含元器件、零部件较少的整机,一般选择5次循环就可以了。结构比较复杂,所用元器件、零部件较多的整机选择10次循环就可以将绝大部分故障因素暴露出来。为了设备、整机和仪器可靠性更高有时也可能选择20次到30次循环。如某些彩色电视机在定型试验时就选择了30次循环。

    第一种方法和第三种方法操作都比较简单,有一台低温箱,一台高温箱或一个冷水槽、一个热水槽就能完成这两种方法的试验。第二种方法在一台试验箱中进行的,这种试验箱要具有低温功能,高温功能,还要保证其升降温速率不变,并能符合不同速率的要求。这种设备由于价格昂贵,一般中小企业是不具备的。这类试验箱称之为快速温变试验箱,它的温度范围是-70℃到180℃;相对湿度范围是10℃到98℃;箱内容积为1200升。该设备具有完整、精确的显示系统,灵敏、可靠的保护系统和精确的微处理机控制系统。该设备能设定50段程序,9800次循环。以电视机温度变化为例,介绍用这台设备进行该项试验的具体操作方法,并将用以周期检验的温度变化试验的图形表示出来,如图3:

温度变化试验图

    假设室温是15℃,降到-10℃,我们将时间设定为30分钟,它的降温速率是:
    v=[ 15℃- (-10℃) ]/30min=0.83℃/min
    符合1±0.5℃/min的要求。低温3h结束需要升温,升温时间可设定为1h,它的升温速率:
    v=[40℃- (-10℃) ]/60 min
    =50℃/ 60min
    =0.83℃/min
    高温3h结束需要将温度降到室温,它的降温速率:

    v= (40℃-15℃)/30min=0.83℃/min。用五段程序就可将一个周期的温度和时间参数设定完毕。具体程序如表1:

表1

    根据设备容积可在上下两层放置4到6台电视机,然后打开电源开关,温度开关,通风机开关,在微处理机上按下程序PRG开关,按简单循环CS键,通过数字键盘输入1;按℃键,通过数字键盘输入-10℃;按D键,通过数字键盘输入0.5h;再按℃键,通过数字键盘输入-10℃:再按D键,通过数字键盘输入3h;依次将第3、第4、第5段程序输入。以上步骤完成后再依次按下程序键、CS键、℃键、D键,检查所设程序是否正确,如果微处理器显示各段无差错,再一次按下程序键,将程序存入微处理机的存储器中。最后按下总循环计数键Cc,通过键盘输入总循环数10,启动设备运行键RUN,设备就可按所设程序运行了,当第5段程序结束时,总循环数显示键由原来的10变为9,设备进入第二次循环。依次类推到第10次循环结束,总循环数显示键将变成零。设备自动停机。设备在升降温过程中,温度显示键除显示箱内实际温度外,按下该键将显示此时微处理机给出的指令温度值。随着箱内实际温度变化,它的指定温度也在变化,以此保证设备升降温速率不变。

    彩色电视在定型试验时,下限温度TA是-30℃,上限温度TB是45℃,循环30次,并规定在低温持续时间和高温持续时间tl过程中,电视机要施加220V交流电,使电视机处于工作状态中。设备控制系统有4个继电器将电视机电源线的一根与其中一个继电器相连,然后通过按附加输出键A,通过数字健盘把与电视机相连的继电器序号输入。当设备运行进入这段程序时,微处理机附加输出指示灯中,该序号指示灯亮,表示该继电器接通,电视机工作。我们如果让第一个继电器与箱内所有电视机相联,整个程序设定如表2。

表2

    实际操作步骤同前面所述的-10℃-40℃的试验基本相同,只是每段程序输入温度值后要按A键,通过键盘在升降温度阶段输入0,在恒温阶段输入1,最后通过键盘将总循环数30输入,就可以投入运行了。
    从以上所述的实际操作,可以看出用这台设备进行规定温度变化率的温度变化试验是很方便的。但这台快速温变试验箱也有不足,耗电量大总共率高达17KW。噪声大,高达72分贝。还有一些缺点就不一一叙述了。

    用东莞瑞凯仪器生产的RK-KTH-8000步入式高低温交变湿热试验箱进行温度循环筛选和温度变化试验也是非常方便的。该试验具有8立方米的容积,低温可达-65℃,高温可达80℃,其升降温速率通过程序设计和输入是可控的。对于大型试验样品进行具有规定温度变化速率的温度变化试验来说,是一台比较理想的设备。彩色电视接收机温度变化试验规定的上限温度是40℃,下限温度是-10℃,高低温持续的时间是3小时,温度下降和上升的速率是1±0.2℃/ min,完成一个周期所需要的时间是8小时,循环次数规定为10次。它的程序模式可以这样设计,见表3和表4:

表3

    表1是该温度变化试验主要程序模式,它包括各步段有关参数的设定和有关功能的详细设定,第一步段是一个任选的与试验室温度一致或比较接近的正常大气条件范围内的温度,也便于试验结束后在这个温度下达到平衡;表中温度栏内圆圈表示温度控制方式采用暴露时间控制。每个步段湿度开关都应关闭。各步段冷冻机控制均采用自动控制。试验是连续进行的,中间不要求停机,因而暂停功能开关应设置在关闭状态。由于标准没有规定样品在高低温持续时间内处于工作状态,不存在样品供电连接时间信号端子控制通断的问题,因此时间信号1和2均选择关闭状态。在详细设定中,除输入程序模式的名称外,对运转结束的处理可采用保持最终STEP(按下这个键即可)。

    其计数器A的设定重复次数应选为9次,重复转移步段为2(第二步段),重复起始步段为6(第6步段),具体见表2。
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