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环境试验技术概述
发布时间 : 2019-11-26
一、概述
为评价元器件、设备、系统在实际的运输、存储、使用环境下的性能,将电子电工产品(包括材料、元器件等)暴露在特定环境中进行试验,这样的一种评估产品的可靠性和质量的试验称为环境试验。
通过试验发现产品的缺陷从而可以提供产品质量方面的信息,是质量保证的重要手段。环境试验作为评价材料和产品在自然环境条件下的环境适应性和可靠性的一种重要手段,对提高产品质量、开发新材料、研制新产品、掌握产品存储使用寿命起到关键性的作用,在新科技开发领域具有重要的价值。
环境试验可分为自然环境试验及人工模拟试验。其中,自然环境试验又可分为天然暴露试验和现场天然暴露试验是试验。运行将产品或材料在自然气候条件下暴露,考核其环境适应性,试验期间试验样品一般不工作,试验的时间很长,评估其结果往往需要很多年后,天然暴露试验准确、严格、真实,其结论比较权威,多为国家或大的工业集团所采用。现场运行试验多由于试验设备受到各种限制,无法在实验室中进行环境试验,即使能够试验,实验室试验也不可能完全真实地模拟现场的使用环境,为了进行真实的考核,需要进行现场环境试验,以补充试验室的不足,充分验证设备在现场使用环境中的可靠性与环境适应性。人工模拟试验即实验室环境试验,通常在模拟环境条件的实验室中进行,试验样品在人工模拟创造的某种气候环境或机械环境中试验。人工模拟试验不仅具有与天然暴露试验相似的优点,而且能加速试验过程,大大缩短试验时间,其环境应力、负载条件的施加都可以控制在容差范围内,保证全部试验在受控条件下进行,故重现性良好,具有强可比性。其缺点是受到设备的限制,一般是试验一些体积较小、质量较小的产品,且有时对真实的综合环境的模拟性比较差。
二、天然暴露试验
天然暴露试验是将样品(产品或材料)在自然环境条件下进行暴露和测试。这种试验的周期长,通常要在两年以上。
天然暴露试验可分为无气候防护试验和有气候防护试验两种。无气候防护是指样品在室外暴露,直接受气候影响。有气候防护是指在一定防护条件下的试验暴露,又可分为完全气候防护和部分气候防护。完全气候防护是指在空调和半空调室内暴露,能保护样品免受气候直接影响。部分气候防护是指在棚下、掩蔽所内暴露,仅能部分保护产品免受气候直接影响。
天然暴露试验可在静止状态下进行,也可以在定期运行或满负荷状态下进行,视试验的要求而定。通过天然暴露试验,可以获得产品在自然环境条件下电参数的变化规律、失效情况、失效水平和失效原因,还可以了解产品制造过程中材料、工艺、涂覆层等性能的稳定性和防护能力。
天然暴露试验可以为研究人工模拟试验方法及其转换关系提供数据资料,还可以用来验证和比较加速试验的有效性。
天然暴露试验也存在许多不足之处,例如,试验条件不能控制,每年同一季节的气候及其他因素总有不同程度的变化,因而在一定程度上影响了试验的再现性。其次是试验周期长,有时跟不上产品的发展。
三、人工模拟试验
天然暴露试验是将样品长期暴露在自然环境条件下进行测试。现场运行试验是将样品装置在各种典型的使用现场并使它处于正常运行状态进行测试。这两种试验都能直接反映产品实际使用中的性能和可靠性,也是验证人工模拟试验准确性的基础。但是试验周期都较长,花费人力物力大,并且前者试验条件不能控制,影响试验的再现性,且有时跟不上产品的发展;后者数据反馈慢。因此,为了在较短时间内能鉴定产品对环境的适应能力,在科研和生产工作中多采用人工模拟环境试验,即在实验室的试验设备(箱或室)内模拟一个或多个环境因素的作用,并予以适当的强化。人工模拟试验的试验条件的确定,要求既能模拟环境中主要因素影响的真实性,又能在时间上起一定的加速作用,但是加速的程度不应改变产品实际损坏机理的规律。为此,人工模拟试验的试验条件和方法必须与产品环境条件的等级、数值有机地联系起来。
电子电工产品在运输、存储、使用过程中所经受的环境条件是多种多样、错综复杂的。影响产品的环境因素可分为如下几种:
(1)气候条件:高低温、湿度、气压、风、雨、冰霜等。
(2)机械条件:冲击、振动、摇摆、恒定加速度等。
(3)生物条件:霉菌、有害动物、海洋生物等。
(4)辐射条件:太阳辐射、电磁辐射、核辐射等。
(5)化学活性物质:硫化氢、二氧化硫、盐雾等。
(6)机械活性物质:沙粒、尘等。
人工模拟试验就是将上述环境因素在实验室内重现出来。然而,这不是一件简单的事情,特别是上述这些因素对产品的作用往往不是单一的,而经常是多种环境因素同时作用在产品上。例如,在湿热带地区,高温、高湿、霉菌是同时并存而起作用的。又如,机载电子设备在高空受到低温、低压、振动的综合作用。
通过不断的实践,总结出了如下两种人工模拟方法:
(1)重现现场的环境条件;
(2)重现现场环境的影响。
前者指实验室的环境条件及其变化和现场的一样,后者是指实验室人工模拟试验的结果与现场环境条件对产品影响的结果等效。由于重现环境条件在技术、经费、时间上往往存在一些问题,有时甚至无这种必要。因此,当前大多数人工模拟试验都采用重现现场环境的影响,根据影响来制定试验方法。
目前按上述方法制订的人工模拟试验方法有如下几种。
1)单因素试验
单因素试验是指一次试验中只有一个环境因素作用在样品上。这种试验易于模拟,试验设备简单,试验费用低,应用广泛。目前有高温试验、低温试验、温度变化试验、湿热试验、低气压试验、太阳辐射试验、盐雾试验、霉菌试验、二氧化硫试验、硫化氢试验、浸水试验、淋雨试验、砂尘试验、冲击试验、碰撞试验、倾跌与翻倒试验、跌落试验、弹跳试验、正弦振动试验、随机振动试验、地震试验、声振试验、摇摆试验、恒定加速度试验和运输试验等。
2)综合试验
综合试验是指两个或两个以上的环境因素同时作用在样品上。这种试验比较复杂,试验费用高,但模拟真实,不少在单因素条件作用下不易暴露的缺陷,在综合试验中便暴露出来。这种试验目前有高低温/低气压试验、低温/振动试验、高温/振动试验和振动/温度循环/潮湿试验等。
3)组合试验
组合试验是指两个或两个以上的环境因素按一定的规律组合后依次作用在样品上。这种试验要明确规定两个相邻环境因素之间的间隔时间,因为它对试验结果有显著的影响。目前,这种试验有温度-湿度-高度试验等。
人工模拟试验与天然暴露试验相比,可以加速和强化试验,因此节省时间,不受季节的影响,随时都可以进行,试验参数易控制,再现性好。不足之处是当条件和试验程序选择不当时,会使试验失真,以致得出错误的结论。所以,人工模拟试验的有效性取决于选择的试验条件和方法、试验技术、试验结果的分析。
四、现场运行试验
现场运行试验是将产品放在实际使用条件下进行考核。产品在现场运行期间,受到各种环境因素的综合作用,因此,比单一或组合试验更能暴露产品存在的问题。现场运行试验的结果是最真实的,也是最有说服力的。现场运行试验可以验证人工模拟试验,许多产品在人工模拟试验中没有暴露出来的缺陷,往往会在现场运行试验中暴露出来。但现场运行试验存在周期长、数据反馈慢等不足,所以,通常是可靠性要求高的产品才进行现场运行试验。

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