如何選用可靠性環境試驗箱

　　一、設備選擇依據

　　存在于地球表面及大氣層空間中的自然環境因素和誘發環境因素的種類，目前還無法統計出一個確切的數目，其中對工程產品(設備)的使用及壽命影響較大的因素不下十幾種。從事工程產品環境條件研究的工程師們將自然界存在以及人類活動所誘發的環境條件整理歸納為一系列的試驗標準和規范，用以指導工程產品的環境及可靠性試驗。如指導軍工產品進行環境試驗GJB150――中華人民共和國國家軍工標準《軍工設備環境試驗方法》，指導電工電子產品進行環境試驗的GB2423――中華人民共和國國家標準《電工電子產品環境試驗方法指南》等。因此，我們選擇環境及可靠性試驗設備時主要的依據是工程產品的試驗規范和試驗標準。

　　其次，為了規范試驗設備中環境試驗條件的容差，保證環境參數的控制精度，國家技術監督機構及各工業部門還制訂了一系列的環境試驗設備及檢測儀器儀表的檢定規程。如中華人民共和國國家標準GB5170《電工電子產品環境試驗設備基本參數檢定方法》，又如國家技術監督局頒布實施的JJG190-89《電動振動試驗臺系統試行檢定規程》等。這些檢定規程也是選擇環境及可靠性試驗設備的重要依據，不符合這些檢定規程要求的試驗設備是不允許投入使用的。

　　二、設備選擇基本原則環境及可靠性試驗設備的選擇應遵循以下五條基本原則：

　　1、環境條件的再現性

　　在試驗室內完整而精確地再現自然界存在的環境條件是可望而不可及的事情。但是，在一定的容差范圍之內，人們完全可以正確而近似地模擬工程產品在使用、貯存、運輸等過程中所經受的外界環境條件。這段話用工程的語言概括，就是“試驗設備所創造的圍繞被試產品周邊的環境條件(含平臺環境)應該滿足產品試驗規范所規定的環境條件及其容差的要求”。如用于軍工產品試驗的溫度箱不僅要滿足軍標GJB150.3-86、GJB150.4-86中根據不同的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣，才能保證在環境試驗中環境條件的再現性。

　　2、環境條件的可重復性

　　一臺環境試驗設備可能用于同一類型產品的多次試驗，而一臺被試的工程產品也可能在不同的環境試驗設備中進行試驗，為了保證同一臺產品在同一試驗規范所規定的環境試驗條件下所得試驗結果的可比較性，必然要求環境試驗設備所提供的環境條件具有可重復性。這也就是說，環境試驗設備施用于被試驗產品的應力水平(如熱應力、振動應力、電應力等)對于同一試驗規范的要求是一致的。

　　環境試驗設備所提供環境條件的可重復性是由國家計量檢定部門依據國家技術監督機構所制定的檢定規程檢定合格后提供保證。為此，必須要求環境試驗設備能滿足檢定規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，還必須滿足檢定規程中規定的橫向振動比、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。

　　3、環境條件參數的可測控性

　　任何一臺環境試驗設備所提供的環境條件必須是可觀測的和可控制的，這不僅是為了使環境參數限制在一定的容差范圍之內，保證試驗條件的再現性和重復性的要求，而且從產品試驗的安全出發也是必須的，以便防止環境條件失控導致被試產品的損壞，帶來不必要的損失。目前各種試驗規范中大體要求參數測試的精度不應低于試驗條件允許的誤差的三分之一。

　　4、環境試驗條件的排它性

　　每一次進行環境或可靠性試驗，對環境因素的類別、量值及容差都有嚴格的規定，并排除非試驗所需的環境因素滲透其中，以便在試驗中或試驗結束后判斷和分析產品失效與故障模式時，提供確切的依據，故要求環境試驗設備除提供所規定的環境條件外，不允許對被試產品附加其它的環境應力干擾。如電動振動臺檢定規程中所限定的臺面漏磁，加速度信噪比、帶內帶外加速度總均方根值比。隨機信號的檢驗、諧波失真度等精度指標都是為了保證環境試驗條件的而制定的檢定項目。

　　5、試驗設備的安全可靠性

　　環境試驗，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品，試驗過程中，試驗人員經常要在現場周圍操作巡視或測試工作，因此要求環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、被試產品和試驗設備本身的安全可靠性。

　　三、溫濕度箱的選擇

　　1、容積的選擇

　　將被試產品(元器件、組件、部件或整機)置入氣候環境箱進行試驗時，為了保證被試產品周圍氣氛能滿足試驗規范所規定的環境試驗條件，氣候箱工作尺寸與被試產品外廓尺寸之間應遵循以下幾點規定：

　　a)被試產品的體積(W×D×H)不得超過試驗箱有效工作空間的(20～35)%(推薦選用20%)。對于在試驗中發熱的產品推薦選用不大于10%。

　　b)被試產品的迎風斷面積與該斷面上試驗箱工作室總面積之比不大于(35～50)%(推薦選用35%)。

　　c)被試產品外廓表面距試驗箱壁的距離至少保持100～150mm，(推薦選用150mm)。

　　上述三點規定實際上是相互依存和統一的。以1立方米正方體箱子為例，面積比為1：(0.35～0.5)相當于體積之比為1：(0.207～0.354)。距箱壁100～150mm相當于體積之比為1：(0.343～0.512)。總括上述三點規定，氣候環境試驗箱的工作腔容積至少應是被試產品外廓體積的3～5倍。作出這種規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。這與環境條件的再現不符，因為在有關標準中對涉及溫度環境試驗都規定試驗箱內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生不符合實際的熱傳導。在空載時試驗箱內平均風速為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定的最高風速，其試驗結果的有效性將受到懷疑。

　　2〕氣候箱工作腔內環境參數〔如溫度、濕度、鹽霧沉降率等〕的精度指標都是在空載狀態下檢測的結果，一旦置入被試驗件后，對試驗箱工作腔內環境參數的均勻性將產生影響，試驗件占有的空間越大，這種影響也就越嚴重。實測試驗數據表明，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，以保證被試產品周圍環境參數的均勻性。

　　3〕根據熱傳導的原理，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℃(視箱壁的結構和材料而定)試驗溫度與外界大氣環境相差越大，上述溫差也越大，因此，距箱壁(100～150mm)距離內的空間是不可利用空間。

　　2、溫度范圍的選擇

　　目前，國外溫度試驗箱的范圍大體上為-73～+177℃，或-70～+180℃。國內多數廠家一般為-80～+130℃，-60～+130℃，-40～+130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通常可以滿足國內絕大多數軍工、民用產品溫度試驗的需要，除非確有特殊需要，如安裝位置靠近發動機等熱源的產品外，不可盲目提高溫度上限。因為上限溫度越高，箱體內外的溫差越大，箱體內部流場的均勻性也越差。可利用的工作室體積也就越小。另一方面，上限溫度值越高，對箱壁夾層中保溫材料(如玻璃棉等)的耐熱性要求越高。箱體密封性的要求也越高，使箱體的制作成本增加。