Лекция 4. Испытание изделий на климатические воздействия

Методология климатических испытаний.

Есть две основные группы воздействующих факторов: температура и влажность.

Испытания СИ на воздействие этих факторов проводят в специальных камерах для проверки способности изделий выполнять свои функции, сохранять параметры и внешний вид.

Соблюдается следующая последовательность операций при испытаниях независимо от вида воздействий:

-* предварительная выдержка в нормальных условиях(стабилизация свойств изделия);

Предварительную выдержку в нормальных климатических условиях проводят с целью устранения последствий воздействия на изделие в предшествовавших условиях.

Продолжительность предварительной выдержки определяется временем, достаточным для установления теплового равновесия изделия с окружающей средой (обычно 2 часа);

-* первоначальные измерения параметров и внешний осмотр (до установки изделия в испытательную камеру);

Эта процедура необходима для того, чтобы удостовериться в исправности и работоспособности изделия, подвергаемого испытаниям;

-* установка изделия в камеру и выдержка в условиях испытательного режима;

Изделия, на результаты функционирования которых может существенно влиять относительная влажность атмосферы, выдерживают в климатических камерах в условиях, обеспечивающих воспроизводимую толщину влаги, адсорбированной на поверхности (это на конденсат) изделия при строгом поддержании заданной температуры (допустимое отклонение ±1^оС) и относительной влажности 73…77%.

Адсорбированная влага – это еще не конденсат. Выпадение росы и образование капель влаги на поверхности изделия не допускается.

Время выдержки изделия в испытательном режиме отсчитывается с момента установления заданного режима в камере – момента достижения теплового равновесия в камере после помещения в нее изделия.

Это время при повышенной и при пониженной температуре должно быть достаточным для прогрева или охлаждения изделия по всему объему или для достижения самыми массивными частями изделия температуры, отличающейся от температуры среды в камере не более чем на ±3^оС.

Возможно определение момента достижения теплового равновесия посредством измерения тех параметров изделия, для которых известна их температурная зависимость.

В соответствии с регламентом (Программой) испытаний на испытываемое изделие подается (или НЕ подается) нагрузка и производится (или НЕ производится) контроль его параметров;

-* извлечение изделия из камеры и выдержка в нормальных условиях для восстановления свойств (конечная стабилизация свойств);

-* внешний осмотр и заключительные измерения (контроль) параметров изделия.

При испытаниях на влагоустойчивость допустимые отклонения от заданных в НТД температуры и влажности практически устанавливают равными соответственно ±2^оС и ±3%.

При определении этих допусков учитывают возможные

- неравномерность распределения температуры по объему камеры,

- погрешность измерения ее приборами,

- варьирование во времени.

Так, при верхнем значении температуры 40^оС и относительной влажности воздуха 90% изменение температуры на 2^оС приводит к изменению относительной влажности на 9%. А при высокой относительной влажности

даже незначительное снижение температуры может привести к выпадению росы (неконтролируемый процесс), что существенно снижает воспроизводимость результатов испытания.

Климатические испытания проводят не только на стадии проектирования СИ, но и в серийном производстве для отбраковки потенциально ненадежных изделий и для контроля стабильности производства. Режимы и условия испытаний устанавливаются в зависимости от степени жесткости, определяемой условиями эксплуатации.

Для повышения информативности и эффективности климатических испытаний при освоении и производстве изделий чередование воздействующих факторов целесообразно проводить в такой последовательности, при которой каждое последующее испытание усиливает эффект воздействия предыдущего. Поэтому рекомендуется так называемая нормализованная последовательность климатических испытаний, включающая:

- испытание при повышенной температуре,

- кратковременное испытание на влагоустойчивость в циклическом режиме (первый цикл),

-испытания на воздействие пониженных температуры и нормального атмосферного давления,

- испытание на влагоустойчивость в циклическом режиме (остальные циклы).

При этом между любыми из испытаний допускается делать перерывы не более 3 суток (интервал между испытанием на влагоустойчивость и на воздействие пониженной температуры не должен превышать 2 часа).

Воздействие повышенной температуры среды.

Эти испытания проводят для проверки работоспособности изделия и его внешнего вида при воздействии повышенной температуры и после него.

Два вида испытаний:

- только под термической нагрузкой (без электрической);

- под совмещенной нагрузкой.

По первому методу испытывают нетепловыделяющие СИ, температура которых в процессе эксплуатации зависит только от температуры окружающей среды. По второму – тепловыделяющие СИ, которые в рабочем состоянии нагреваются под действием электрической нагрузки.

При испытаниях по второму методу момент достижения заданного температурного режима контролируют по температуре воздуха в камере либо по температуре тех частей изделия, которые наиболее сильно разогреваются при его работе. Чтобы не облегчать условия испытаний изделий вследствие понижения их температуры за счет обдува (при принудительной циркуляции воздуха в камере), рекомендуется поддерживать скорость потока воздуха не более 1м/с.

После установления теплового равновесия параметры испытываемых изделий измеряют не извлекая их из камеры за счет подключения к наружным цепям измерительной системы. Если измерение параметров изделия в камере технически невозможно, то допускается кратковременное (до 3 мин) извлечение его из камеры для выполнения измерений.

Наиболее распространенная последовательность операций при проведении испытаний на воздействие повышенных температур:

- проведение измерений при нормальных условиях;

- выдержка при рабочей температуре в течение времени, заданного программой испытаний;

- второе проведение измерений параметров изделия;

- повышение температуры до предельного значения и выдержка в течение 6 часов;

- понижение температуры до рабочего уровня и выдержка до достижения теплового равновесия;

- третье проведение измерений параметров изделия;

- сравнение результатов трех измерений.

Камеры тепла.

Для испытания СИ на воздействие повышенной температуры служат серийно выпускаемые отечественной промышленностью камеры тепла типа КТ с рабочим объемом 0,05…1м³ и диапазоном изменения температуры от 40 до 350^оС.

Например, камера КТ-0,05-315М имеет объем 0,05м³ снабжается контрольно-регулирующей аппаратурой, обеспечивающей поддержание температуры в поддиапазонах 40…100, 100…155, 155…315^оС с точностью не хуже ±1, ±2 и ±4^оС. Время нагрева до 315^оС не превышает 50мин.

Упрощенная схема камеры тепла типа КТ.

Вентилятор Нагреватель Решетка Окно

Для нагрева воздуха в рабочем объеме камеры служит электронагреватель. Измерение температуры осуществляется с помощью электротермометров (в составе блока управления). Для контроля за критическими ситуациями служит блок аварийного отключения нагрева (БАО). Чтобы температура по всему объему камеры была одинаковой (т.е. для хорошего теплообмена между нагревателем и воздухом в камере), воздух от нагревателя продувается вентилятором по специальным каналам-воздухопроводам в рабочий объем.

Требования к объему камеры в зависимости от размеров испытываемого изделия и значения теплорассеивания с единицы поверхности устанавливаются с учетом рекомендаций ГОСТ 20.57.406-81.

Для воспроизводимости результатов испытания внутренние стенки камеры должны изготавливаться из материала, обеспечивающего степень черноты не менее 0,8.

Чтобы ограничить влияние излучения, температура стенок камеры не должна отличаться от заданной температуры испытания более чем на ±3%. Это требование относится ко всем элементам внутренней полости камеры – изделия не должны испытывать прямого воздействия любого тепловыделяющего или теплопоглощающего элемента.

Камера должна обеспечивать поддержание относительной влажности 50% при температуре +35^оС , что соответствует абсолютной влажности не более 20г водяных паров в 1м³ воздуха.

Конструктивно камера тепла выполняется в виде шкафа, верхняя часть которого является рабочим объемом, а в нижней расположены блоки управления и регулирования температуры.

Воздействие пониженной температуры среды.

Испытания осуществляют для проверки работоспособности изделий и сохранения внешнего вида при воздействии холода и после него.

Также как и при испытании на повышенных температурах, изделие сначала выдерживают в нормальных климатических условиях и измеряют его параметры, затем помещают в камеру холода, устанавливая предельную пониженную температуру согласно заданной степени жесткости испытания.

Например:

При заданной температуре изделие выдерживают не менее 24 ч, затем температуру повышают до рабочей пониженной и выдерживают при электрической нагрузке в течение времени, достаточного для выравнивания температуры по всему объему, и проводят измерение параметров и проверку его работоспособности.

Заключительный этап испытаний – повышение температуры до нормальной, выдержка и контроль параметров.

Если пониженная рабочая температура не превышает -10^оС и к изделию предъявляют требования работы в условиях инея и росы, то такие испытания можно совместить.

Камера тепла и холода.

Отечественной промышленностью выпускаются такие камеры с индексом КТХ.

Например, камера КТХ-0,4-65/155 предназначена для испытаний малогабаритных изделий на устойчивость к повышенной (до +155^оС) и к пониженной (до -65^оС) температуре.

Камера обеспечивает поддержание температуры в диапазонах -65…+100 и +100…+155^оС с точностью не хуже ±1^оС при допустимой неравномерности температуры по объему камеры ±4^оС. Средняя скорость изменения температуры до достижения заданной не менее 0,5…1,5^оС/мин.

Рабочий объем камеры 0,4м³.

Для создания в камере положительных температур служит электронагреватель, а для улучшения теплообмена и уменьшения неравномерности распределения температуры по объему используется вентилятор аналогично камере тепла.

Отрицательные температуры создаются с помощью холодильной машины, которая может работать в двух режимах: умеренного (до -20^оС) и большого (до -65^оС) холода.

Камера имеет ручной (для проверки и настройки) и автоматический режимы управления.

Конструктивное исполнение аналогично рассмотренной ранее камере тепла.

Специальные виды температурных испытаний: испытание на перепад температур и на термоудар.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации изделия испытание на изменение температур проводят либо по методу двух камер (для изделий, которые в условиях эксплуатации подвергаются быстрому изменению температуры среды), либо по методу одной камеры (при медленном изменении температуры среды).

При испытании по методу двух камер изделие сначала помещают в камеру холода, затем переносят в камеру тепла. Время переноса должно быть минимальным – не более 5 минут. Изделие подвергается таким воздействиям в несколько циклов.

При испытании по методу одной камеры используют возможности камер тепла и холода.

При обоих методах изделие выдерживают при заданных температурах в течение времени, необходимого для достижения теплового равновесия по всему объему.

Измерение характеристик изделия осуществляется до и после воздействия каждого цикла перепадов температур.

Испытания на термоудар являются весьма жесткими и применяются для установления предельных прочностных свойств изделий. Такие испытания проводят по методу двух жидкостных ванн: в одной вода имеет пониженную (0^оС) температуру, в другой повышенную (100^оС).

Сначала изделие погружают в ванну с холодной водой. В процессе выдержки температура воды не должна увеличиваться более чем на 2^оС. Затем изделие переносят в ванну с кипящей водой.

Время выдержки (например, ≥5 мин) и время переноса из одной ванны в другую (например, 3…10 с) выбирают согласно стандартам.

Число циклов испытания обычно достигает 10.

По окончании последнего цикла изделие высушивается и выдерживается в нормальных климатических условиях, после чего производят измерение его параметров.

В случае необходимости проведения испытания при других крайних температурах применяют другие жидкости в соответствии с НТД.

Воздействие повышенной влажности.

Эти испытания проводятся для установления влагоустойчивости СИ.

Различают два вида таких испытаний: длительное и ускоренное.

Цель длительного испытания – определение способности изделий сохранять свои параметры при длительном воздействии влажности и после его окончания.

Ускоренное испытание имеет целью оперативное выявление технологических дефектов.

Оба вида испытаний могут проводиться в циклическом (с конденсацией влаги) и в непрерывном (без конденсации влаги) режимах.

Циклический режим характеризуется воздействием повышенной влажности при циклическом изменении температуры в испытательной камере. Обычно этот режим применяют для испытания изделий не имеющих защитного кожуха с уплотнениями.

Продолжительность каждого цикла 24 часа. Каждый цикл условно разбивается на три этапа:

- первый этап – постепенное повышение температуры и влажности до верхнего предела согласно степени жесткости испытаний. Этот этап следует проводить достаточно быстро, чтобы обеспечить конденсацию влаги (выпадение росы) на изделии;

- второй этап – снижение и удержание температуры и относительной влажности на верхнем уровне согласно ТУ в течение 12 часов;

- третий этап – снижение в течение 3…6 часов температуры до 25±3^оС , сохраняя при этом относительную влажность не менее 95%.

τ =1/4 ч - время в течение которого не допускается конденсация влаги на изделии,

I - конец подъема температуры,

II – начало падения температуры.

Допускается вместо естественного охлаждения изделий в камере, переносить их в другую камеру с пониженной температурой, причем время переноса не должно превышать 15 мин.

Рекомендуемая температура при длительных испытаниях 40±2 ,°С , при ускоренных 55±2 ,°С.

В непрерывном режиме испытаний не предусматривается выпадение влаги (конденсата), поэтому такое испытание проходит при постоянных значениях температуры и влажности в камере. Время выдержки при заданной температуре определяется временем достижения изделием теплового равновесия со средой. Затем относительную влажность воздуха в камере повышают до 95±3% и поддерживают до окончания испытаний.

Продолжительность испытаний в зависимости от степени жесткости составляет от 4 до 21 суток.

В большинстве случаев испытание на влагоустойчивость проводят без электрической нагрузки. Но если воздействие влажности в условиях эксплуатации под напряжением может привести к электромеханической коррозии материалов, то испытания проводятся под электрической нагрузкой.

Параметры изделий, как правило, измеряют в конце испытания после выдержки.

Камеры тепла и влаги, используемые для проведения испытания на влагоустойчивость, различаются габаритами, диапазонами характеристик и точностью поддержания заданных режимов.

Пример маркировки серийных камер: КТХВ-0,5-10/100.

Характеристика такой камеры:

- рабочий объем 0,5м³;

- диапазон температур -10…+100^оС

- относительная влажность 65…95%

- точность поддержания температуры ±2^оС, влажности ±3%

- время достижения максимальных значений: температуры 30мин

влажности 60мин.

Понижение температуры более чем на 0,5^оС при высокой относительной влажности может привести к выпадению росы, что является недостатком камеры. Если на потолке и стенках образуются капли влаги, то они не должны попадать на изделие (для защиты используют специальные навесы).

Влажный воздух в замкнутом пространстве камеры создается испарением с открытой поверхности воды (паровой увлажнитель – бак с водой подогреваемой электронагревателем) или циркуляцией воздуха через увлажняющее устройство. Второй способ имеет большее распространение.

Камера обогревается за счет циркуляции воздуха в системе циркуляции, окружающей рабочий объем.

Относительная влажность контролируется по психрометрической разности – разности показаний «сухого» и «мокрого» термометров сопротивления.

Испытание на воздействие пониженного и повышенного атмосферного давленияпроводят с целью проверки сохранения работоспособности в условиях ухудшения теплоотдачи и возможности перегрева изделия.

Такие испытания проводят в специальных барокамерах при нормальной температуре окружающей среды или при крайних допустимых значениях.

Испытания при пониженном давлении проводятся под электрической нагрузкой. Продолжительность не превышает 1 час.

Пример типовой барокамеры.

Обозначение: КБ-0,025

Барокамера позволяет испытывать изделия под электрической нагрузкой при понижении давления от 100кПа до 0,67Па.

По окончании испытания перед повышением давления до нормального надлежит снять электрическую нагрузку.

Испытание на воздействие повышенного давления, как правило, проводят без электрической нагрузки. Повышение давления в камере обеспечивается подачей сжатого воздуха или газа от специального баллона.

Испытание на воздействие солнечного излучения проводят с целью проверки способности изделия сохранять внешний вид и работоспособность.

Известны два метода: непрерывное и циклическое воздействие излучения.

Первый метод применяют для определения степени фотохимического воздействия облучения на изделие или отдельные его части, не защищенные от непосредственного облучения.

Второй – в случае, когда наряду с фотохимическим воздействием возникают тепловые напряжения при облучении.

Наиболее уязвимыми являются части (детали или покрытия) изделия, изготовленные из органических материалов.

Испытания изделий непрерывным воздействием излучения проводят без электрической нагрузки в специальных камерах с помощью источников света, излучение которых по спектральному составу и плотности потока близко солнечному. Длительность непрерывного облучения 5 суток.

Испытание циклическим воздействием проводят при электрической нагрузке в течение 3…10 (и более) непрерывно следующих циклов продолжительностью 24 часа.

Один цикл включает 8-часовое облучение и 16-часовое затемнение. При этом расход энергии (доза облучения) равен 8,96 кВт.ч/м². Если цикл состоит из 20-часового облучения и 4-часового затемнения, расход энергии составит 22,4 кВт.ч/м².

Для справки. На высотах до 15км над поверхностью Земли интегральная плотность теплового потока солнечного излучения составляет 1125Вт/м² при плотности потока излучения в ультрафиолетовой части спектра 68Вт/м².

До и после испытания производят внешний осмотр, электрический и механический контроль.

Камера солнечной радиации, в которой проводят испытание, содержит:

- излучатели ультрафиолетового и инфракрасного спектров, имитирующие солнечное излучение;

- электронагреватели, обеспечивающие тепловой режим.

В качестве источников излучения применяют ртутно-кварцевые лампы и газоразрядные ртутные лампы ультрафиолетового излучения. Температурный режим поддерживается автоматически. Концентрация озона в камере не должна превышать нормальную по ГОСТ15150-69.

Контроль ультрафиолетового излучения осуществляют либо по диаграммной ленте, либо химическим методом. Химический метод основан на свойстве щавелевой кислоты разлагаться под действием излучения в присутствии солей урацила. Количество разложившейся кислоты определяют по разности между первоначальным и окончательным ее количеством в растворе KMnO₄ , который экспонируется в месте установки изделия в течение 1 часа.

Воздействие песка и пыли.

Виды испытаний:

- динамическое и статическое воздействие пыли;

- пыленепроницаемость.

Испытание на динамическое воздействие пыли позволяет проверить устойчивость изделия абразивно разрушающему воздействию пыли при обдувании его воздухом с просушенной пылевой смесью.

Испытание на статическое воздействие пыли позволяет проверить способность изделия сохранять работоспособность в среде с повышенным содержанием пыли.

При обоих видах испытания проводят внешний осмотр и измерение контролируемых параметров изделия до и после испытания.

Испытание на пыленепроницаемость служит для проверки возможности проникновения пыли через корпуса и кожухи внутрь изделий, при их нахождении в среде с повышенной концентрацией пыли. Чтобы выявить проникновение пыли внутрь изделия в нее добавляют флюоресцирующий порошок, который светится в темноте под воздействием ультрафиолетовых лучей.

При проверке устойчивости к абразивному воздействию пыли изделие считается выдержавшим испытание, если его внешний вид удовлетворяет требованиям стандартов; при проверке на пыленепроницаемость признаком брака является обнаружение следов проникновения пыли внутрь защищенного изделия.

Испытания проводят в специальной камере, в которой изделие устанавливается на поворотный стол, а для равномерного перемешивания воздушно-пылевой смеси используется вентилятор.

Параметры пыли и условия при испытаниях:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: