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如何选择温湿度环境试验设备?

      

提问:如何选择温湿度环境试验设备?

回答:

一、设备选择基本原则

温湿度app的选择应遵循以下五条基本原则:

1、环境条件的再现性

在试验室内完整而**地再现自然界存在的环境条件是可望而不可及的事情。但是,在一定的容差范围之内,人们完全可以正确而近似地模拟工程产品在使用、贮存、运输等过程中所经受的外界环境条件。这段话用工程的语言概括,就是“试验设备所创造的围绕被测产品周边的环境条件(含平台环境)应该满足产品试验规范所规定的环境条件及其容差的要求”。如用于军工产品试验的BETVlCTOR箱不仅要满足国军标GJB150.3-86、GJB150.4-86中根据不同的均匀性和BETVlCTOR控制精度的要求。只有这样,才能保证在环境试验中环境条件的再现性。

2、环境条件的可重复性

一台环境试验设备可能用于同一类型产品的多次试验,而一个被测的工程产品也可能在不同的环境试验设备中进行试验,为了保证同一产品在同一试验规范所规定的环境试验条件下所得试验结果的可比较性,必然要求环境试验设备所提供的环境条件具有可重复性。这也就是说,环境试验设备施用于被测验产品的应力水平(如热应力、振动应力、电应力等)对于同一试验规范的要**一致的。

环境试验设备所提供环境条件的可重复性是由国家计量检定部门依据国家技术监督机构所制定的检定规程检定合格后提供保证。为此,必须要求环境试验设备能满足检定规程中的各项技术指标及精度指标的要求,并且在使用时间上不超过检定周期所规定的时限。如使用非常普遍的电动振动台除满足激振力、频率范围、负载能力等技术指标外,还必须满足检定规程中规定的横向振动比、台面加速度均匀性、谐波失真度等精度指标的要求,而且每次检定后的使用周期为二年,超过二年必须重新检定合格后才能投入使用。

3、环境条件参数的可测控性

任何一台环境试验设备所提供的环境条件必须是可观测的和可控制的,这不仅是为了使环境参数限制在一定的容差范围之内,保证试验条件的再现性和重复性的要求,而且从产品试验的安全出发也是必须的,以便防止环境条件失控导致被测产品的损坏,带来不必要的损失。目前各种试验规范中大体要求参数测试的精度不应低于试验条件允许的误差的三分之一。

4、环境试验条件的排它性

每一次进行环境或可靠性试验,对环境因素的类别、量值及容差都有严格的规定,并排除非试验所需的环境因素渗透其中,以便在试验中或试验结束后判断和分析产品失效与故障模式时能提供确切的依据,故要求环境试验设备除提供所规定的环境条件外,不允许对被测产品附加其它的环境应力干扰。如电动振动台检定规程中所限定的台面漏磁,加速度信噪比、带内带外加速度总均方根值比。随机信号的检验、谐波失真度等精度指标都是为了保证环境试验条件的唯壹性而制定的检定项目。

5、试验设备的安全可靠性

环境试验,特别是可靠性试验,其试验周期长,试验的对象有时是价值很高的军工产品,试验过程中,试验人员经常要在现场周围操作巡视或测试工作,因此要求环境试验设备必须具有运行安全、操作方便、使用可靠、工作寿命长等特点,以确保试验本身的正常进行。试验设备的各种保护、报警措施及安全连锁装置应该完善可靠,以保证试验人员、被测产品和试验设备本身的安全可靠性。

 

三、温湿度app的选择

1、容积的选择

将被测产品(元器件、组件、部件或整机)置入app进行试验时,为了保证被测产品周围气氛能满足试验规范所规定的环境试验条件,app工作尺寸与被测产品外廓尺寸之间应遵循以下几点规定:

a)被测产品的体积(W×D×H)不得超过app有效工作空间的(20~35)%(推荐选用20%)。对于在试验中发热的产品推荐选用不大于10%。

b)被测产品的迎风断面积与该断面上app工作室总面积之比不大于(35~50)%(推荐选用35%)。

c)被测产品外廓表面距app壁的距离至少保持100~150mm,(推荐选用150mm)。

上述三点规定实际上是相互依存和统一的。以1立方米正方体箱子为例,面积比为1:(0.35~0.5)相当于体积之比为1:(0.207~0.354)。距箱壁100~150mm相当于体积之比为1:(0.343~0.512)。

总括上述三点规定,环境试验设备的工作室容积至少应是被测产品外廓体积的3~5倍。作出这种规定的理由有以下几点:

1〕被测验件置入箱体后挤占了流畅的通道,通道变窄将导致气流流速的增加,加速气流与被测试物件之间的热交换,这与环境条件的再现不符。因为在有关标准中对涉及BETVlCTOR环境试验都规定app内试验样件周围的空气流速不应超过1.7m/s,以防止试验样件和周围气氛产生不符合实际的热传导。在空载时app内平均风速为0.6~0.8m/s,不超过1m/s,满足a)、b)两点要求所规定的空间及面积比时,流场的风速可能增大(50~100)%,平均*高风速为(1~1.7)m/s。满足标准规定的要求。如果在试验中不加限制地加大试验物件的体积或迎风断面积,则实际试验时气流风速将增大到超出试验标准所规定的*高风速,其试验结果的有效性将受到怀疑。

2〕app工作室内环境参数〔如BETVlCTOR、湿度、盐雾沉降率等〕的精度指标都是在空载状态下检测的结果,一旦置入被测验件后,对app工作室内环境参数的均匀性将产生影响,试验件占有的空间越大,这种影响也就越严重。实测试验数据表明,流场中迎风面与背风面的温差可达到3~8℃,严重时可大到10℃以上。因此,必须尽量满足a〕、b〕两项要求,以保证被测产品周围环境参数的均匀性。

3〕根据热传导的原理,箱壁附近气流的BETVlCTOR通常与流场中心BETVlCTOR相差2~3℃,在高低温的上下限时,还可能达到5℃。箱壁的BETVlCTOR与箱壁附近流场的BETVlCTOR又相差2~3℃(视箱壁的结构和材料而定)试验BETVlCTOR与外界大气环境相差越大,上述温差也越大。因此,距箱壁(100~150mm)距离内的空间是不可利用空间。

2、BETVlCTOR范围的选择

目前,国外BETVlCTORapp的范围大体上为-73~+177℃,或-70~+180℃。国内多数厂家一般为-80~+130℃,-60~+130℃,-40~+130℃,也有高温到150℃。这些BETVlCTOR范围通常可以满足国内绝大多数军用、民用产品BETVlCTOR试验的需要,除非确有特殊需要,如安装位置靠近发动机等热源的产品外,不可盲目提高BETVlCTOR上限。因为上限BETVlCTOR越高,箱体内外的温差越大,箱体内部流场的均匀性也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面,上限BETVlCTOR值越高,对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的耐热性要求越高。箱体密封性的要求也越高,使箱体的制作成本增加。

3、湿度范围的选择

国内外环境app给出的湿度指标大都是20~98%RH或30~98%RH,如果湿热app没有除湿系统,则湿度范围为60~98%,这一类app只能做高湿试验,但它的价格低得多。值得注意的是在湿度指标后面应该注明相应的BETVlCTOR范围,或给出*低露点BETVlCTOR。因为相对湿度是与BETVlCTOR直接相关的,对于同样的优良含湿量,BETVlCTOR越高,相对湿度就越小,如优良含湿量为5g/Kg(指1公斤干空气中含有5克的水蒸汽),当BETVlCTOR为29℃时,相对湿度为20%RH,BETVlCTOR为6℃时,相对湿度为90%RH,当BETVlCTOR降至4℃以下,相对湿度超过100%,在箱体内会出现结露现象。

实现高温、高湿只需要往箱体空气中喷水蒸汽或雾化的水珠,进行加湿。低温低湿则相对难于控制,因为此时的优良含湿量很低,有时比大气中的优良含湿量低很多,需要对箱体内流动的空气除湿,使空气变得干燥。

目前国内外绝大多数的温湿度app都采用制冷除湿的原理,是在箱体的空气预调室内加一组制冷光管。当湿空气经过冷管时,其相对湿度会达到100%RH,因空气饱和在光管上结露,使空气变得更干燥。这种除湿方式理论上可达到零度以下的露点BETVlCTOR,但是当冷点表面BETVlCTOR到达0℃时,光管表面结露的水滴会结冰,从而影响光管表面的热交换,使除湿能力下降。又因为箱体不可能优良密封,大气中的湿空气会渗入到箱体内,使露点BETVlCTOR回升。另一方面,在光管间流动的湿空气只是在和光管(冷点)接触的瞬间达到饱和状态而析出水蒸汽,因此这种除湿方法很难使箱体内的露点BETVlCTOR在到0℃以下。实际所达到的*低露点BETVlCTOR为5~7℃。露点BETVlCTOR5℃相当于优良含湿量为0.0055g/Kg,对应相对湿度20%RH的BETVlCTOR为30℃。如果要求BETVlCTOR20℃进相对湿度达到20%RH,此时的露点BETVlCTOR为-3℃,采用制冷方式除湿是很困难的,必须选用空气干燥系统才能实现。

4、控制方式的选择

BETVlCTOR、湿度app有恒定app、交变app两种情况。

普通的高低温app一般指的是恒定高低温app,其控制方式为:设定一个目标BETVlCTOR,app具有自动恒温到目标BETVlCTOR点的能力。恒定温湿度app的控制控制方式也类似,设定一个目标BETVlCTOR值、湿度值,app具有自动恒温到目标BETVlCTOR值、湿度值的能力。

高、低温交变app具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程序,app可以根据预置的曲线完成试验过程,并且可以在*大升温、降温速率能力的范围内,**控制升温、降温的速率,即可以根据设定的曲线的斜率控制升温、降温速率。同样,高低温交变湿热app也具有预置BETVlCTOR、湿度曲线,并且根据预置进行控制的能力。

虽然交变app都具有恒定app的功能,但交变app的制造成本较高,因为交变app需配置有曲线自动记录装置、程序控制器,还须解决app在工作室内BETVlCTOR较高的情况下开启制冷压缩机等问题。因此,交变app的价格比恒定app的价格一般要高20%以上。因此,我们应当实事**的以试验方法的需要为出发点,选用恒定app或者是交变app。

5、BETVlCTOR变化速率的选择

普通的高低温app没有降温速度的指标,从环境BETVlCTOR降温到标称的*低BETVlCTOR的时间一般为90~120min。高低温交变app、高低温交变湿热app都有变温速度的要求,其变温速率一般要求1℃/min,在此速率的范围内速度可调。而快速BETVlCTOR变化app的变温速率较快,升温、降温速率可以达到3℃/min~15℃/min,在某些BETVlCTOR段升温、降温速率甚至可以达到30℃/min以上。

各种规格、速度的快速BETVlCTOR变化app的BETVlCTOR范围一般都是相同的,即-60~+130℃,但考核BETVlCTOR变化速度的变温范围却不尽相同,根据试验不同的试验要求,快速BETVlCTOR变化app变温范围有的是-55~+80℃,而有的是-40~+80℃。

关于快速BETVlCTOR变化app的变温速率有两种提法,一种是全程平均升降温速度,一种是线形升降温速度(实际上是每5min平均速度)。全程平均速度是指在app的变温范围内,*高BETVlCTOR与*低BETVlCTOR之差值与时间之比。目前国外各环境试验设备生产厂家提供的变温速率的技术参数都是指的全程平均速率。线形升降温速度指在任意的每5min时间段内,能够保证的变温速率。而实际上对于快速BETVlCTOR变化app来说,保证线形升降温速度的难度*大、*关键的一段是,在降温段*后的一个5min的时间段内,app可以达到的降温速率。从某种角度讲,线形升降温速度(每5min平均速度)更科学。因此试验设备*好具有全程平均升降温速度和线形升降温速度(每5min平均速度)这两个参数。一般来说,线形升降温速度(每5min平均速度)是全程平均升降温速度的1/2。

6、风速的选择

有关标准规定,进行环境试验时温湿箱内的风速应小于1.7m/s,对于试验本身来说,风速越小越好,风速过大会加速试验件表面与箱体内流动气流的热交换,于试验的真实性不利。但为了保证app工作室内的均匀性,app内具有循环风是必需的。但是快速BETVlCTOR变化app以及BETVlCTOR、湿度、振动等多因素综合环境app,为追求变温速率,必须加快箱体内循环气流的流速,风速通常在2~3m/s。因此,对于不同的使用目的,风速的限制是不一样的。

7、BETVlCTOR波动度

BETVlCTOR波动是一个比较容易实现的参数,所有环境试验设备厂家生产的多数的app实际的BETVlCTOR波动都可以控制在±0.3℃的范围以内。

8、BETVlCTOR场均匀度

为了更正确地模拟产品在自然界所遭受的实际环境状况,在环境试验中必须保证被测产品的周边处在同一BETVlCTOR环境条件下北京汉阳,为此,必须对app内的BETVlCTOR梯度和BETVlCTOR的波动度加以限制。在国军标GJB150.1-86军用设备环境试验方法总则中明确规定“试验样品附近测量系统的BETVlCTOR应在试验BETVlCTOR的±2℃以内,其BETVlCTOR工不超过1℃/m或总的*大值为2.2℃(试验样品不工作)”。

9、湿度的精度

环境app中测量湿度多数是采用干湿球法,环境试验设备的制造标准GB10586要求,相对湿度偏差应在±23%RH。为满足湿度控制精度的要求,湿度app的BETVlCTOR控制精度较高,BETVlCTOR波动一般小于±0.2℃。否则很难达到湿度控制精度的要求。

10、制冷系统冷却方式选择

试验设备如果带有制冷系统,制冷系统需要进行冷却。app有风冷、水冷两种形式。

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