如果選擇模擬環(huán)境試驗設備

一、 設備選擇依據(jù)

　　存在于地球表面及大氣層空間中的自然環(huán)境因素和誘發(fā)環(huán)境因素的種類，目前還無法統(tǒng)計出個確切的數(shù)目。其中對工程產(chǎn)品（設備）的使用及壽命影響較大的因素不下幾十種。從事工程產(chǎn)品環(huán)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(fā)的環(huán)境條件整理歸納為一系列的試驗標準和規(guī)范，用以指導工程產(chǎn)品的環(huán)境及可靠性試驗。如指導產(chǎn)品進行環(huán)境試驗的 GJB150—中華人民共和國國家軍用標準《軍用設備環(huán)境試驗方法》 ,指導電工電子產(chǎn)品進行環(huán)境試驗的 GB2423—中華人民共和國國家標準《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗方法指南》等。因此，我們選擇環(huán)境及可靠性試驗設備時主要的依據(jù)是工程產(chǎn)品的試驗規(guī)范和試驗標準。

　　其次，為了規(guī)范試驗設備中環(huán)境試驗條件的容差，保證環(huán)境參數(shù)的控制精度，國家技術監(jiān)督機構及各工業(yè)部門還制訂了一系列的環(huán)境試驗設備及檢測儀器儀表的檢定規(guī)程。如中華人民共和國國家標準 GB5170《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設備基本參數(shù)檢定方法》 ,又如國家技術*頒布實施的 JJG190-89《電動振動試驗臺系統(tǒng)試行檢定規(guī)程》等。這些檢定規(guī)程也是選擇環(huán)境及可靠性試驗設備的重要依據(jù) ,不符合這些檢定規(guī)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(huán)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(huán)境條件的可重復性

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

　　環(huán)境試驗設備所提供環(huán)境條件的可重復性是由國家計量檢定部門依據(jù)國家技術監(jiān)督機構所制定的檢定規(guī)程檢定合格后提供保證。為此，必須要求環(huán)境試驗設備能滿足檢定規(guī)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(guī)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(guī)程中規(guī)定的橫向振動比、臺面加速度均勻性、諧波失真度等到精度指標的要求，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。

2 ． 環(huán)境條件的再現(xiàn)性

　　在試驗室內完整而地再現(xiàn)自然界存在的環(huán)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*可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存、運輸?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件，這段話用工程的語言概括，就是“試驗設備所創(chuàng)造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的環(huán)境條件（含平臺環(huán)境）應該滿足產(chǎn)品試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件及其容差的要求”。如用于產(chǎn)品試驗的溫度箱不僅要滿足國軍標 GJB150.3-86、 GJB150.4-86中根據(jù)不同類型產(chǎn)品所規(guī)定的高溫、低溫的試驗量值、試驗時間，同時也應滿足試驗規(guī)范中對溫度場的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣，才能保證在環(huán)境試驗中環(huán)境條件的再現(xiàn)性。

3 ． 環(huán)境條件參數(shù)的可測控性

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

4 ． 環(huán)境試驗條件的排它性

　　每一次進行的環(huán)境或可靠性試驗，對環(huán)境因素的類別、量值及容差都有嚴格的規(guī)定，并排除非試驗所需的環(huán)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(chǎn)品失效與故障模式時，提供確切的依據(jù)，故要求環(huán)境試驗設備除提供所規(guī)定的環(huán)境條件外，不允許對被試產(chǎn)品附加其它的環(huán)境應力干擾。如電動振動臺檢定規(guī)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(huán)境試驗條件的*性而制定的檢定項目。

5 ． 試驗設備的安全可靠性

　　環(huán)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產(chǎn)品，試驗過程中，試驗人員經(jīng)常要在現(xiàn)場周圍進行操作或測試工作，因此要求環(huán)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、告警措施及安全聯(lián)鎖裝置應該完善可靠，以保證試驗人員、被試產(chǎn)品和試驗設備本身的安全可靠性。

三、 溫濕度箱的選擇

1 ． 溫濕度箱容積的選擇

　　將被試產(chǎn)品（元器件、組件、部件或整機）置入氣候環(huán)境箱進行試驗時，為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件，氣候箱工作空間尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應遵循以下幾點規(guī)定：

　　 a） 被試產(chǎn)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(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于 30% 。

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

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

　　上述三點規(guī)定實際上是相互依存和統(tǒng)一的。以 1立方米正立方體箱子為例，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(guī)定 ,氣候環(huán)境試驗箱的工作腔容積至少就是被試產(chǎn)品外廓體積的 3~5倍 ,作出這種規(guī)定的理由有以下幾點 :

　　 1）被試驗件置入箱體后擠占了流場中氣流的通道，通道變窄將導致氣流流速的嗇。加速氣流與被試驗件之間的熱交換，這與環(huán)境條件的再現(xiàn)性不符，因為在有關標準中對涉及溫度環(huán)境試驗都規(guī)定試驗箱內試驗樣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(chǎn)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不超過 1m/s，滿足 a）、 b）兩點要求所規(guī)定的空間及面積比時，流場的風速可能增大（ 50~100） %，平均zui高風速為（ 1.17） m/s，滿足標準規(guī)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(guī)定的zui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(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、鹽霧沉降率等）的精度指標都是在空載狀態(tài)下檢測的結果，一旦置入被試驗件后，對試驗箱工作腔內環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)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(shù)據(jù)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(chǎn)品周圍環(huán)境參數(shù)的均勻性。

　　 3）根據(jù)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*，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(huán)境溫度相差越大，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

　　目前，國外溫度試驗新的應用技術不斷被引入到環(huán)境試驗設備中，如計算機技術、模煳控制理論、多箱同步運行等，因此，很難給制造廠家下一個孰優(yōu)孰劣的武斷性結論。各個生產(chǎn)廠家積幾十年的制造經(jīng)驗所生產(chǎn)垢設備都是可以使用的，其工作原理、所應用的技術，甚至結構、材料等都有很多相似之處。只要生產(chǎn)廠家管理精細，以質量認真負責（如通過 ISO9000論證），其產(chǎn)品都有存在的條件和使用的價值。

　　 2）國內國外的環(huán)境試驗設備雖然工作原理、應用技術等基本相同，但在下述三個方面仍存在差距，造成國內生產(chǎn)的環(huán)境試驗設備使用中故障率高，性能指標的持續(xù)保證期比國外短。

　　　 a） 元器件、部件的質量相對較差，尤其是制冷壓縮機組、膨脹

閥、主通路電磁閥及控制系統(tǒng)的電子元器件。國內生產(chǎn)的環(huán)境試驗設備的故障中，多數(shù)是由元器件、部件的質量及使用壽命而引發(fā)的。

　　　 b） 生產(chǎn)工藝相對落后。生產(chǎn)工藝及設備，包括施工人員的技術水平，對產(chǎn)品的使用壽命影響較大。如制冷系統(tǒng)中管道布置涉及運轉中管道的諧振，制冷劑流程中的沿程損失，維修物方便性，壓縮機油的全程回收流暢等。再如管路的焊接工藝及質量，管路清洗及檢漏技術等。生產(chǎn)的設備（如數(shù)控變板、數(shù)控彎管、充氮保護焊機等）可以用錢很快買到，但生產(chǎn)工藝卻是一個長期的經(jīng)驗積累過程，不可一鞠而蹴。

　　　 c） 生產(chǎn)過程的質量控制。國內生產(chǎn)過程的質量控制遠不如國外公司那么嚴格，因此設備的隱患較多。這些隱患在使用中會逐漸暴露而形成故障。生產(chǎn)過程的質量控制與生產(chǎn)廠家的管理水平、生產(chǎn)習慣有關，通過 ISO9000的論證是生產(chǎn)過程質量控制走上規(guī)范化的一個標志。

　　　 3）國外生產(chǎn)溫濕度環(huán)境試驗設備的廠家有美國的 Envirotronics（環(huán)測）、 Thermotron（熱測）、德國的 Weiss、 Votsch（富奇）公司、意大利的 ACS公司、日本的 TaBal公司等。上述各家公司在生產(chǎn)氣候環(huán)境試驗設備方面都積累了豐富的經(jīng)驗。提供的設備都是供使用的，在質量上都可信賴。至于究竟應該選用哪一家，哪一種型號產(chǎn)品更符合要求，除了本文前面所述的一些原則和具體的技術指標要求外，還有一些值得重視和考慮的因素。

　　　 a） 性能 /價格比。

　　　環(huán)境試驗設備的進口無一例外都是通過代理商在國內進行銷售，價格的因素不僅取決于生產(chǎn)廠家的成本和利潤，還包含著很多中間環(huán)節(jié)的費用及銷售提成。在相同的制造成本下，降低中間費用是降低訂貨價格的重要因素。同一國家相同技術指標的產(chǎn)品，制造成本大體相當，不同國家（指西方發(fā)達國家）生產(chǎn)的產(chǎn)品即使有差別也不會太大。

　　　 b） 滿足用戶需要的程度和能力。

　　　用戶訂購一臺溫濕度環(huán)境試驗箱，其要求依產(chǎn)品試驗的需要而不同，如有的三綜合試驗箱常常用于產(chǎn)品部件或組件的環(huán)境應力篩選試驗，此時設備的強制除濕能力以及附加空氣干燥系統(tǒng)的可能性是用戶應該重點關心的項目，如果有的用戶想利用三綜合試驗箱作環(huán)境試驗（如濕熱試驗），則風速的可調整性就是必須考慮的因素。

　　　 c） 售后服務及設備故障的處理能力。

任何一臺設備在使用中不可能不出故障，一旦出現(xiàn)問題使用者能否享受到及時的維修服務，或者能根據(jù)設備自身具有的故障診斷能力很快確定出故障處理方法，使設備盡快恢復性能，重新投入使用。在這方面，國內外的生產(chǎn)廠家都已經(jīng)或正在作出積極的努力，如建立快速反應的維修隊伍，如在計算機控制系統(tǒng)中增加故障診斷及故障預警系統(tǒng)軟件，用戶可根據(jù)計算機提供的信息，盡快處理故障。