A caixa de teste do ambiente de seleção do usuário deve ler

A caixa de teste do ambiente de seleção do usuário deve ler

1、 Critérios de seleção de equipamentos

Atualmente, não há um número exato de fatores ambientais naturais e fatores ambientais induzidos que existam na superfície da Terra e na atmosfera, entre os quais há nada menos que uma dúzia de fatores que têm um impacto significativo no uso e na vida útil de produtos de engenharia (equipamentos). Engenheiros envolvidos no estudo de condições ambientais para produtos de engenharia compilaram e resumiram as condições ambientais que existem na natureza e são induzidas por atividades humanas em uma série de padrões e especificações de teste para orientar os testes ambientais e de confiabilidade de produtos de engenharia. Por exemplo, GJB150 - o Padrão Militar Nacional da República Popular da China para Testes Ambientais de Equipamentos Militares e GB2423 - o Padrão Nacional da República Popular da China para Testes Ambientais de Produtos Elétricos e Eletrônicos, que orienta os testes ambientais de produtos elétricos e eletrônicos. Portanto, a principal base para selecionar equipamentos de teste ambiental e de confiabilidade são as especificações e padrões de teste de produtos de engenharia.

Em segundo lugar, para padronizar a tolerância das condições de teste ambiental em equipamentos experimentais e garantir a precisão do controle dos parâmetros ambientais, agências nacionais de supervisão técnica e vários departamentos industriais também formularam uma série de regulamentos de calibração para equipamentos de teste ambiental e instrumentos de detecção. Como o padrão nacional GB5170 da República Popular da China "Método de Calibração de Parâmetros Básicos para Equipamentos de Teste Ambiental de Produtos Elétricos e Eletrônicos" e JJG190-89 "Regulamentos de Calibração de Teste para Sistema de Suporte de Teste de Vibração Elétrica" ​​emitidos e implementados pela Administração Estatal de Supervisão Técnica. Esses regulamentos de verificação também são uma base importante para selecionar equipamentos de teste ambiental e de confiabilidade. Equipamentos de teste que não atendem aos requisitos desses regulamentos de verificação não podem ser colocados em uso.

2、 Princípios básicos para seleção de equipamentos

A seleção de equipamentos de teste ambiental e de confiabilidade deve seguir os cinco princípios básicos a seguir:

1. Reprodutibilidade das condições ambientais

É impossível reproduzir de forma completa e precisa as condições ambientais que existem na natureza no laboratório. No entanto, dentro de uma certa faixa de tolerância, as pessoas podem simular com precisão e aproximadamente as condições ambientais externas que os produtos de engenharia sofrem durante o uso, armazenamento, transporte e outros processos. Esta passagem pode ser resumida em linguagem de engenharia da seguinte forma: "As condições ambientais (incluindo o ambiente da plataforma) criadas pelo equipamento de teste ao redor do produto testado devem atender aos requisitos das condições ambientais e suas tolerâncias especificadas nas especificações de teste do produto. A caixa de temperatura usada para testes de produtos militares não deve atender apenas aos requisitos dos padrões militares nacionais GJB150.3-86 e GJB150.4-86 para diferentes uniformidades e precisão de controle de temperatura. Somente dessa forma a reprodutibilidade das condições ambientais pode ser garantida em testes ambientais.

2. Repetibilidade das condições ambientais

Um equipamento de teste ambiental pode ser usado para vários testes do mesmo tipo de produto, e um produto de engenharia testado também pode ser testado em diferentes equipamentos de teste ambiental. Para garantir a comparabilidade dos resultados de teste obtidos para o mesmo produto sob as mesmas condições de teste ambiental especificadas nas especificações de teste, é necessário exigir que as condições ambientais fornecidas pelo equipamento de teste ambiental sejam reproduzíveis. Isso significa que os níveis de estresse (como estresse térmico, estresse de vibração, estresse elétrico, etc.) aplicados pelo equipamento de teste ambiental ao produto testado são consistentes com os requisitos da mesma especificação de teste.

A repetibilidade das condições ambientais fornecidas pelo equipamento de teste ambiental é garantida pelo departamento nacional de verificação metrológica após passar pela verificação de acordo com os regulamentos de verificação formulados pela agência nacional de supervisão técnica. Portanto, é necessário exigir que o equipamento de teste ambiental atenda aos requisitos de vários indicadores técnicos e indicadores de precisão nos regulamentos de calibração e não exceda o limite de tempo especificado no ciclo de calibração em termos de tempo de uso. Se uma mesa de vibração elétrica muito comum for usada, além de atender aos indicadores técnicos, como força de excitação, faixa de frequência e capacidade de carga, ela também deve atender aos requisitos de indicadores de precisão, como taxa de vibração lateral, uniformidade de aceleração da mesa e distorção harmônica especificados nos regulamentos de calibração. Além disso, a vida útil após cada calibração é de dois anos e, após dois anos, deve ser recalibrada e qualificada antes de ser colocada em uso.

3. Mensurabilidade dos parâmetros das condições ambientais

As condições ambientais fornecidas por qualquer equipamento de teste ambiental devem ser observáveis ​​e controláveis. Isso não é apenas para limitar os parâmetros ambientais dentro de uma certa faixa de tolerância e garantir a reprodutibilidade e repetibilidade das condições de teste, mas também é necessário para a segurança do teste do produto, a fim de evitar danos ao produto testado causados ​​por condições ambientais descontroladas e perdas desnecessárias. Atualmente, vários padrões experimentais geralmente exigem que a precisão do teste de parâmetros não seja menor que um terço do erro permitido sob condições experimentais.

4. Exclusão de condições de testes ambientais

Toda vez que um teste ambiental ou de confiabilidade é conduzido, há regulamentações rígidas sobre a categoria, magnitude e tolerância de fatores ambientais, e fatores ambientais não exigidos para teste são excluídos de penetrar nele, a fim de fornecer uma base definitiva para julgar e analisar falhas do produto e modos de falha durante ou após o teste. Portanto, é necessário que o equipamento de teste ambiental não apenas forneça as condições ambientais especificadas, mas também não permita que nenhuma outra interferência de estresse ambiental seja adicionada ao produto testado. Conforme definido nas regulamentações de verificação para mesas de vibração elétrica, o fluxo magnético de vazamento da mesa, a razão sinal-ruído de aceleração e a razão do valor quadrático médio total da aceleração dentro e fora da banda. Os indicadores de precisão, como verificação de sinal aleatório e distorção harmônica, são todos estabelecidos como itens de verificação para garantir a exclusividade das condições de teste ambiental.

5. Segurança e confiabilidade do equipamento experimental

Os testes ambientais, especialmente os testes de confiabilidade, têm um longo ciclo de testes e, às vezes, têm como alvo produtos militares de alto valor. Durante o processo de teste, o pessoal de teste geralmente precisa operar, inspecionar ou testar ao redor do local. Portanto, é necessário que o equipamento de teste ambiental tenha as características de operação segura, operação conveniente, uso confiável e longa vida útil para garantir o progresso normal do teste em si. As várias medidas de proteção, alarme e dispositivos de intertravamento de segurança do equipamento de teste devem ser completos e confiáveis ​​para garantir a segurança e a confiabilidade do pessoal de teste, dos produtos testados e do próprio equipamento de teste.

3、 Seleção da câmara de temperatura e umidade

1. Seleção de Capacidade

Ao colocar o produto de teste (componentes, conjuntos, peças ou máquina inteira) em uma câmara climática para teste, para garantir que a atmosfera ao redor do produto de teste possa atender às condições ambientais de teste especificadas nas especificações de teste, as dimensões de trabalho da câmara climática e as dimensões gerais do produto de teste devem seguir os seguintes regulamentos:

a) O volume do produto testado (L × P × A) não deve exceder (20-35)% do espaço de trabalho efetivo da câmara de teste (20% é recomendado). Para produtos que geram calor durante o teste, é recomendado usar no máximo 10%.

b) A relação entre a área da seção transversal a barlavento do produto testado e a área total da câmara de teste naquela seção não deve exceder (35-50)% (35% é o recomendado).

c) A distância entre a superfície externa do produto testado e a parede da câmara de teste deve ser mantida em pelo menos 100-150 mm (recomendado 150 mm).

As três disposições acima são, na verdade, interdependentes e unificadas. Tomando uma caixa cúbica de 1 metro cúbico como exemplo, uma razão de área de 1: (0,35-0,5) é equivalente a uma razão de volume de 1: (0,207-0,354). Uma distância de 100-150 mm da parede da caixa é equivalente a uma razão de volume de 1: (0,343-0,512).

Em resumo, o volume da câmara de trabalho da câmara de teste do ambiente climático deve ser pelo menos 3-5 vezes o volume externo do produto testado. As razões para fazer tais regulamentações são as seguintes:

Após a peça de teste ser colocada na caixa, ela ocupa o canal liso, e o estreitamento do canal levará a um aumento na velocidade do fluxo de ar. Acelere a troca de calor entre o fluxo de ar e a peça de teste. Isso é inconsistente com a reprodução das condições ambientais, pois os padrões relevantes estipulam que a velocidade do fluxo de ar ao redor do espécime de teste na câmara de teste não deve exceder 1,7 m/s para testes ambientais de temperatura, a fim de evitar que o espécime de teste e a atmosfera circundante gerem condução de calor que não esteja de acordo com a realidade. Quando descarregado, a velocidade média do vento dentro da câmara de teste é de 0,6-0,8 m/s, não excedendo 1 m/s. Quando a relação espaço e área especificada nos pontos a) e b) são atendidas, a velocidade do vento no campo de fluxo pode aumentar em (50-100)%, com uma velocidade máxima média do vento de (1-1,7) m/s. Atenda aos requisitos especificados nos padrões. Se o volume ou a área da seção transversal a barlavento da peça de teste for aumentado sem restrições durante o experimento, a velocidade real do fluxo de ar durante o teste excederá a velocidade máxima do vento especificada no padrão de teste, e a validade dos resultados do teste será questionada.

Os indicadores de precisão dos parâmetros ambientais na câmara de trabalho da câmara climática, como temperatura, umidade, taxa de sedimentação de névoa salina, etc., são todos medidos em condições sem carga. Uma vez que a peça de teste é colocada, ela terá um impacto na uniformidade dos parâmetros ambientais na câmara de trabalho da câmara de teste. Quanto maior o espaço ocupado pela peça de teste, mais severo será esse impacto. Dados experimentais mostram que a diferença de temperatura entre os lados de barlavento e sotavento no campo de fluxo pode atingir 3-8 ℃ e, em casos severos, pode ser tão alta quanto 10 ℃ ou mais. Portanto, é necessário atender aos requisitos de a] e b] tanto quanto possível para garantir a uniformidade dos parâmetros ambientais em torno do produto testado.

De acordo com o princípio da condução de calor, a temperatura do fluxo de ar perto da parede da caixa é geralmente 2-3 ℃ diferente da temperatura no centro do campo de fluxo, e pode até atingir 5 ℃ nos limites superior e inferior de altas e baixas temperaturas. A temperatura da parede da caixa difere da temperatura do campo de fluxo perto da parede da caixa em 2-3 ℃ (dependendo da estrutura e do material da parede da caixa). Quanto maior a diferença entre a temperatura do teste e o ambiente atmosférico externo, maior a diferença de temperatura. Portanto, o espaço dentro de uma distância de 100-150 mm da parede da caixa é inutilizável.

2. Seleção da faixa de temperatura

Atualmente, a faixa de câmaras de teste de temperatura no exterior é geralmente de -73 a +177 ℃, ou -70 a +180 ℃. A maioria dos fabricantes nacionais geralmente opera de -80 a +130 ℃, -60 a +130 ℃, -40 a +130 ℃, e também há altas temperaturas de até 150 ℃. Essas faixas de temperatura geralmente podem atender às necessidades de teste de temperatura da grande maioria dos produtos militares e civis na China. A menos que haja requisitos especiais, como produtos instalados perto de fontes de calor, como motores, o limite superior de temperatura não deve ser aumentado às cegas. Porque quanto maior a temperatura do limite superior, maior a diferença de temperatura entre o interior e o exterior da caixa, e pior a uniformidade do campo de fluxo dentro da caixa. Quanto menor o tamanho do estúdio disponível. Por outro lado, quanto maior o valor da temperatura do limite superior, maiores os requisitos de resistência ao calor para materiais de isolamento (como lã de vidro) na camada intermediária da parede da caixa. Quanto maior a exigência de vedação da caixa, maior o custo de produção da caixa.

3. Seleção da faixa de umidade

Os indicadores de umidade fornecidos por câmaras de teste ambientais nacionais e estrangeiras são principalmente 20-98% RH ou 30-98% RH. Se a câmara de teste de calor úmido não tiver um sistema de desumidificação, a faixa de umidade é de 60-98%. Este tipo de câmara de teste só pode realizar testes de alta umidade, mas seu preço é muito menor. Vale a pena notar que a faixa de temperatura correspondente ou temperatura mínima do ponto de orvalho deve ser indicada após o índice de umidade. Como a umidade relativa está diretamente relacionada à temperatura, para a mesma umidade absoluta, quanto maior a temperatura, menor a umidade relativa. Por exemplo, se a umidade absoluta for 5g/Kg (referindo-se a 5g de vapor de água em 1kg de ar seco), quando a temperatura for 29 ℃, a umidade relativa será 20% RH, e quando a temperatura for 6 ℃, a umidade relativa será 90% RH. Quando a temperatura cair abaixo de 4 ℃ e a umidade relativa exceder 100%, ocorrerá condensação dentro da caixa.

Para atingir alta temperatura e alta umidade, basta borrifar vapor ou gotas de água atomizada no ar da caixa para umidificação. Baixa temperatura e umidade são relativamente difíceis de controlar porque a umidade absoluta neste momento é muito baixa, às vezes muito menor do que a umidade absoluta na atmosfera. É necessário desumidificar o ar que flui dentro da caixa para torná-la seca. Atualmente, a grande maioria das câmaras de temperatura e umidade, tanto nacionais quanto internacionais, adotam o princípio de refrigeração e desumidificação, que envolve adicionar um conjunto de tubos de luz de refrigeração à sala de ar condicionado da câmara. Quando o ar úmido passa por um tubo frio, sua umidade relativa atingirá 100% UR, pois o ar satura e condensa no tubo de luz, tornando o ar mais seco. Este método de desumidificação teoricamente pode atingir temperaturas de ponto de orvalho abaixo de zero graus, mas quando a temperatura da superfície do ponto frio atinge 0 ℃, as gotas de água condensadas na superfície do tubo de luz congelarão, afetando a troca de calor na superfície do tubo de luz e reduzindo a capacidade de desumidificação. Além disso, como a caixa não pode ser completamente selada, o ar úmido da atmosfera irá infiltrar-se na caixa, fazendo com que a temperatura do ponto de orvalho aumente. Por outro lado, o ar úmido que flui entre os tubos de luz só atinge a saturação no momento do contato com os tubos de luz (pontos frios) e libera vapor de água, então este método de desumidificação é difícil de manter a temperatura do ponto de orvalho dentro da caixa abaixo de 0 ℃. A temperatura mínima real do ponto de orvalho alcançada é de 5-7 ℃. Uma temperatura do ponto de orvalho de 5 ℃ é equivalente a um teor de umidade absoluta de 0,0055g/Kg, correspondendo a uma umidade relativa de 20% UR a uma temperatura de 30 ℃. Se uma temperatura de 20 ℃ e uma umidade relativa de 20% UR forem necessárias, com uma temperatura do ponto de orvalho de -3 ℃, é difícil usar refrigeração para desumidificação, e um sistema de secagem de ar deve ser selecionado para alcançá-la.

4. Seleção do modo de controle

Existem dois tipos de câmaras de teste de temperatura e umidade: câmara de teste constante e câmara de teste alternada.

A câmara de teste de alta e baixa temperatura comum geralmente se refere a uma câmara de teste de alta e baixa temperatura constante, que é controlada pela definição de uma temperatura alvo e tem a capacidade de manter automaticamente uma temperatura constante para o ponto de temperatura alvo. O método de controle da câmara de teste de temperatura e umidade constantes também é semelhante, definindo um ponto de temperatura e umidade alvo, e a câmara de teste tem a capacidade de manter automaticamente uma temperatura constante para o ponto de temperatura e umidade alvo. A câmara de teste alternada de alta e baixa temperatura tem um ou mais programas para definir mudanças e ciclos de alta e baixa temperatura. A câmara de teste tem a capacidade de concluir o processo de teste de acordo com a curva predefinida e pode controlar com precisão as taxas de aquecimento e resfriamento dentro da faixa de capacidade máxima de taxa de aquecimento e resfriamento, ou seja, as taxas de aquecimento e resfriamento podem ser controladas de acordo com a inclinação da curva definida. Da mesma forma, a câmara de teste de umidade alternada de alta e baixa temperatura também tem curvas de temperatura e umidade predefinidas e a capacidade de controlá-las de acordo com a predefinição. Claro, câmaras de teste alternadas têm a função de câmaras de teste constantes, mas o custo de fabricação de câmaras de teste alternadas é relativamente alto porque elas precisam ser equipadas com dispositivos de gravação automática de curvas, controladores de programa e resolver problemas como ligar a máquina de refrigeração quando a temperatura na sala de trabalho está alta. Portanto, o preço das câmaras de teste alternadas é geralmente mais de 20% maior do que o das câmaras de teste constantes. Portanto, devemos tomar a necessidade de métodos experimentais como ponto de partida e escolher uma câmara de teste constante ou uma câmara de teste alternada.

5. Seleção da taxa de temperatura variável

Câmaras de teste comuns de alta e baixa temperatura não têm um indicador de taxa de resfriamento, e o tempo da temperatura ambiente até a temperatura nominal mais baixa é geralmente de 90-120 minutos. A câmara de teste alternada de alta e baixa temperatura, bem como a câmara de teste de calor úmido alternado de alta e baixa temperatura, ambas têm requisitos de velocidade de mudança de temperatura. A velocidade de mudança de temperatura geralmente deve ser de 1 ℃/min, e a velocidade pode ser ajustada dentro dessa faixa de velocidade. A câmara de teste de mudança rápida de temperatura tem uma taxa de mudança rápida de temperatura, com taxas de aquecimento e resfriamento variando de 3 ℃/min a 15 ℃/min. Em certas faixas de temperatura, as taxas de aquecimento e resfriamento podem até atingir mais de 30 ℃/min.

A faixa de temperatura de várias especificações e velocidades de câmaras de teste de mudança rápida de temperatura é geralmente a mesma, ou seja, -60 a +130 ℃. No entanto, a faixa de temperatura para avaliar a taxa de resfriamento não é a mesma. De acordo com diferentes requisitos de teste, a faixa de temperatura de câmaras de teste de mudança rápida de temperatura é de -55 a +80 ℃, enquanto outras são de -40 a +80 ℃.

Existem dois métodos para determinar a taxa de mudança de temperatura da câmara de teste de mudança rápida de temperatura: um é a taxa média de aumento e queda de temperatura durante todo o processo, e o outro é a taxa linear de aumento e queda de temperatura (na verdade, a velocidade média a cada 5 minutos). A velocidade média durante todo o processo se refere à razão da diferença entre as temperaturas mais altas e mais baixas dentro da faixa de temperatura da câmara de teste para o tempo. Atualmente, os parâmetros técnicos da taxa de mudança de temperatura fornecidos por vários fabricantes de equipamentos de teste ambiental no exterior se referem à taxa média durante todo o processo. A taxa linear de aumento e queda de temperatura se refere à taxa garantida de mudança de temperatura dentro de qualquer período de tempo de 5 minutos. Na verdade, para a câmara de teste de mudança rápida de temperatura, o estágio mais difícil e crítico para garantir a velocidade linear de aumento e queda de temperatura é a taxa de resfriamento que a câmara de teste pode atingir durante os últimos 5 minutos do período de resfriamento. De uma certa perspectiva, a velocidade linear de aquecimento e resfriamento (velocidade média a cada 5 minutos) é mais científica. Portanto, é melhor que o equipamento experimental tenha dois parâmetros: a velocidade média de subida e descida da temperatura durante todo o processo e a velocidade linear de subida e descida da temperatura (velocidade média a cada 5 minutos). Em termos gerais, a velocidade linear de aquecimento e resfriamento (velocidade média a cada 5 minutos) é metade da velocidade média de aquecimento e resfriamento durante todo o processo.

6. Velocidade do vento

De acordo com os padrões relevantes, a velocidade do vento dentro da câmara de temperatura e umidade durante o teste ambiental deve ser menor que 1,7 m/s. Para o teste em si, quanto menor a velocidade do vento, melhor. Se a velocidade do vento for muito alta, ela acelerará a troca de calor entre a superfície da peça de teste e o fluxo de ar dentro da câmara, o que não é propício para a autenticidade do teste. Mas para garantir a uniformidade dentro da câmara de teste, é necessário ter ar circulante dentro da câmara de teste. No entanto, para câmaras de teste de mudança rápida de temperatura e câmaras de teste ambiental abrangentes com múltiplos fatores, como temperatura, umidade e vibração, para buscar a taxa de mudança de temperatura, é necessário acelerar a velocidade do fluxo de ar circulante dentro da câmara, geralmente a uma velocidade de 2-3 m/s. Portanto, o limite de velocidade do vento varia para diferentes propósitos de uso.

7. Flutuação de temperatura

A flutuação de temperatura é um parâmetro relativamente fácil de implementar, e a maioria das câmaras de teste produzidas por fabricantes de equipamentos de testes ambientais pode realmente controlar flutuações de temperatura dentro de uma faixa de ± 0,3 ℃.

8. Uniformidade do campo de temperatura

Para simular as condições ambientais reais que os produtos vivenciam na natureza com mais precisão, é necessário garantir que a área ao redor do produto testado esteja sob as mesmas condições ambientais de temperatura durante o teste ambiental. Portanto, é necessário limitar o gradiente de temperatura e a flutuação de temperatura dentro da câmara de teste. Nos Princípios Gerais de Métodos de Teste Ambiental para Equipamentos Militares (GJB150.1-86) do Padrão Militar Nacional, é claramente estipulado que "a temperatura do sistema de medição próximo à amostra de teste deve estar dentro de ± 2 ℃ da temperatura de teste, e sua temperatura não deve exceder 1 ℃/m ou o valor máximo total deve ser 2,2 ℃ (quando a amostra de teste não estiver funcionando).

9. Controle preciso da umidade

A medição de umidade na câmara de teste ambiental adota principalmente o método de bulbo úmido seco. O padrão de fabricação GB10586 para equipamentos de teste ambiental exige que o desvio de umidade relativa esteja dentro de ± 23% RH. Para atender aos requisitos de precisão de controle de umidade, a precisão de controle de temperatura da câmara de teste de umidade é relativamente alta, e a flutuação de temperatura é geralmente menor que ± 0,2 ℃. Caso contrário, será difícil atender aos requisitos de precisão de controle de umidade.

10. Seleção do método de resfriamento

Se a câmara de teste estiver equipada com um sistema de refrigeração, o sistema de refrigeração precisa ser resfriado. Existem duas formas de câmaras de teste: resfriadas a ar e resfriadas a água.