人工模擬的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備解析

環(huán)境試驗(yàn)作為可靠性試驗(yàn)的一種類(lèi)型已經(jīng)發(fā)展成為一種預(yù)測(cè)產(chǎn)品使用環(huán)境是如何影響產(chǎn)品的性能和功能的方法。也就是說(shuō)，在產(chǎn)品投入市場(chǎng)之前，環(huán)境試驗(yàn)被用來(lái)評(píng)估環(huán)境影響產(chǎn)品的程度；當(dāng)產(chǎn)品的功能受到了影響，環(huán)境試驗(yàn)被用來(lái)查明原因，并采取措施保護(hù)產(chǎn)品免受環(huán)境影響以保持產(chǎn)品的可靠性。這些試驗(yàn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了其zui初的目的，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于包括材料和產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程中的各種不同檢查、運(yùn)輸之前的檢驗(yàn)和運(yùn)輸后的質(zhì)量控制，也被用來(lái)分析產(chǎn)品的實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷以及新產(chǎn)品的改進(jìn)。環(huán)境試驗(yàn)對(duì)于檢測(cè)方法和保持產(chǎn)品可靠性是非常有效的。

我們這里講的環(huán)境試驗(yàn)是狹義的，實(shí)際是指人工模擬的環(huán)境試驗(yàn)（以下稱(chēng)為環(huán)境試驗(yàn)）。廣義上環(huán)境試驗(yàn)基本分為“自然暴露試驗(yàn)”、“人工模擬試驗(yàn)”和“現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)”三類(lèi)。自然暴露試驗(yàn)，是將樣品長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，是將樣品裝置在各種典型的使用現(xiàn)場(chǎng)并使它處于正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試。這兩種試驗(yàn)都能直接反映產(chǎn)品實(shí)際使用中的性能和可靠性，也是驗(yàn)證人工模擬試驗(yàn)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。但是試驗(yàn)周期都較長(zhǎng)，花費(fèi)人力物力大，并且前者試驗(yàn)條件不能控制，影響試驗(yàn)的再現(xiàn)性，且有時(shí)跟不上產(chǎn)品的發(fā)展；后者數(shù)據(jù)反饋慢。因此為了在較短時(shí)間內(nèi)能鑒定產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，在科研和生產(chǎn)工作中多采用人工模擬環(huán)境試驗(yàn)，即在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)設(shè)備（箱或室）內(nèi)模擬一個(gè)或多個(gè)環(huán)境因素的作用，并予以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化。人工模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)條件的確定，要求既能模擬環(huán)境中主要因素影響的真實(shí)性，又能在時(shí)間上起一定的加速作用，但是加速的程度不應(yīng)改變產(chǎn)品實(shí)際損壞機(jī)理的規(guī)律。為此，人工模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)條件和方法必須與產(chǎn)品環(huán)境條件的等級(jí)、數(shù)值有機(jī)地起來(lái)。

當(dāng)然，使用環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行的試驗(yàn)并不可能*地再現(xiàn)出產(chǎn)品的使用環(huán)境以及模擬出所有的環(huán)境因素，在這里必須理解環(huán)境試驗(yàn)的局限性。由單一因素（溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、沖擊或某一物質(zhì)如鹽）構(gòu)成的環(huán)境試驗(yàn)稱(chēng)之為簡(jiǎn)單環(huán)境試驗(yàn)。實(shí)際上產(chǎn)生*單一的環(huán)境很困難，而且大部分試驗(yàn)環(huán)境都是十分復(fù)雜的。因此在設(shè)計(jì)試驗(yàn)條件時(shí)，試驗(yàn)人員需要選擇對(duì)產(chǎn)品有zui大影響zui為重要的環(huán)境因素，所以說(shuō)環(huán)境試驗(yàn)只能是一個(gè)與真實(shí)環(huán)境還存在很大區(qū)別的人為環(huán)境。

一般性，產(chǎn)品的缺陷是由以下幾個(gè)方面造成的：

a. 原材料的濃度和多樣性、摩擦、磨損、應(yīng)力、熱、電流以及電場(chǎng)強(qiáng)度，這些因素會(huì)影響產(chǎn)品某些方面的性能；

b. 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中由產(chǎn)品特性（原材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)部件以及大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)）所引發(fā)的因素；

c. 外界環(huán)境產(chǎn)生的應(yīng)力。

因此，試驗(yàn)條件必須依據(jù)具體的產(chǎn)品條件而定，對(duì)于不同的產(chǎn)品是不一樣的。如果被試驗(yàn)研究的產(chǎn)品發(fā)生了變化，相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)也要改變。

2. 溫度試驗(yàn)設(shè)備

溫度試驗(yàn)設(shè)備一般由工作室、調(diào)節(jié)設(shè)備、輔助設(shè)備、控制系統(tǒng)組成。其中調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加熱器、蒸發(fā)器和送風(fēng)裝置等，輔助設(shè)備主要室制冷機(jī)組，控制系統(tǒng)包括溫度控制器、程序設(shè)定器、安全報(bào)警裝置等。

加熱器多用電阻絲或電熱管的電加熱方式實(shí)現(xiàn)；除了對(duì)無(wú)散熱試樣高溫試驗(yàn)的干燥箱可以采用自然加熱以外，一般都要都配有送風(fēng)裝置進(jìn)行強(qiáng)迫空氣循環(huán)，送風(fēng)方式多用上側(cè)送下側(cè)回或全面孔板頂送下側(cè)回的方式，對(duì)于整個(gè)試驗(yàn)設(shè)備的均勻性能很重要。

制冷方式使用較多為機(jī)械制冷，冷凍機(jī)有半封閉或全封閉形式，冷卻回路也有水冷形式或空冷形式，冷媒現(xiàn)已多采用環(huán)保型冷媒，節(jié)流方式采用毛細(xì)管或者電子膨脹閥方式，可以提高精度和回路的壽命，并且能長(zhǎng)期連續(xù)工作。

控制系統(tǒng)現(xiàn)在一般采用PID方式，使加熱功率隨設(shè)備實(shí)際溫度與設(shè)定溫度偏差自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，溫度波動(dòng)度??；顯示部分也由以前數(shù)顯方式提升到液晶觸摸屏方式，例如ESPEC集團(tuán)的P計(jì)裝就是采用6.54英寸TFT彩色液晶顯示畫(huà)面，清晰美觀，更便于操作。

另外，設(shè)備的保溫層采用玻璃棉或者聚氨酯發(fā)泡層，導(dǎo)熱系數(shù)小，耐溫性好。溫度檢測(cè)采用熱電偶、鉑電阻和熱敏電阻方式等，精度高。

進(jìn)行溫度試驗(yàn)時(shí)需要考慮詳盡周全，所以考慮選擇相應(yīng)合適的試驗(yàn)設(shè)備也是至關(guān)重要的。

1. 必須要求測(cè)試范圍要滿足產(chǎn)品失效可能性試驗(yàn)范圍，即無(wú)論是高溫箱還是低溫箱或者冷熱沖擊箱都應(yīng)能夠滿足試驗(yàn)要求所規(guī)定的極值溫度條件。

2. 必須以保證試驗(yàn)樣品的體積不應(yīng)大于試驗(yàn)設(shè)備工作容積的1/5的原則來(lái)選擇試驗(yàn)設(shè)備。

3. 為保證試驗(yàn)區(qū)內(nèi)溫度的均勻性，根據(jù)樣品的散熱性來(lái)選擇是否采用強(qiáng)迫空氣循環(huán)或無(wú)強(qiáng)迫空氣循環(huán)方式。例如上海ESPEC生產(chǎn)的LG型干燥箱采用熱風(fēng)自然對(duì)流方式，特別適宜粉狀物干燥，而LC型干燥箱就采用熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)方式。設(shè)備溫度分布的差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響會(huì)更大，當(dāng)采用較大的樣品時(shí)，或者在同一時(shí)間測(cè)試的樣品數(shù)量較大時(shí)，試驗(yàn)的結(jié)果將隨著位置的不同而存在很大差別，因此應(yīng)該選擇溫度均勻性盡可能好的設(shè)備。例如上海ESPEC生產(chǎn)的Z系列調(diào)溫箱，均勻性達(dá)到2.0℃。

4. 樣品溫度有采用上風(fēng)和采用下風(fēng)傳感器溫度測(cè)量兩種方式。設(shè)備的溫度控制傳感器位置及控制方法是可以選擇的，要根據(jù)試驗(yàn)要求選擇合適的設(shè)備。

5. 防止試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)生熱輻射或者熱傳導(dǎo)所引起的樣品吸熱或放熱，要求設(shè)備的加熱或冷卻系統(tǒng)裝置對(duì)樣品無(wú)影響。

6. 便于記錄、顯示，進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)時(shí)要求安裝自動(dòng)計(jì)數(shù)器、指示燈、記錄設(shè)備以及自動(dòng)關(guān)閉等儀表裝置。

7. 便于樣品放置可以要求用于放置或懸掛的樣品架，且樣品架不會(huì)因高低溫變化改變其機(jī)械性能。

8. 應(yīng)具有將測(cè)試電源引入設(shè)備工作室內(nèi)的引線孔。

9. 無(wú)論對(duì)于樣品的損壞性和試驗(yàn)人員安全都要有保護(hù)防范措施。例如設(shè)有觀察窗及照明，設(shè)有電源斷相、缺水、超溫保護(hù)、操作人員保護(hù)等報(bào)警裝置。

10. 是否需要遠(yuǎn)程遙控監(jiān)測(cè)功能。