環(huán)境試驗的重要性及環(huán)境試驗設(shè)備的有關(guān)問題

1、環(huán)境試驗的重要性及環(huán)境試驗設(shè)備的有關(guān)問題 環(huán)境試驗的重要性及環(huán)境試驗設(shè)備的有關(guān)問題1環(huán)境試驗的目的及其重要性隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展和軍用裝備的改進(jìn)，對產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性要求越來越高，因 而對可靠性研究必不可少的設(shè)備境試驗設(shè)備的品種、質(zhì)量的要求也更多更高。特別是海灣戰(zhàn) 爭顯示了武器裝備在戰(zhàn)爭中的重要作用，也促使了我國軍事科技和武器裝備的研究、試驗和發(fā)展。國內(nèi)外的部分統(tǒng)計資料表明，武器裝備發(fā)生故障或損壞的原因一半以上是由于使用該產(chǎn)品時 的環(huán)境因素引起的，如表1：表1中、美軍用航空產(chǎn)品故障情況國家 中美產(chǎn) 品 機(jī)載產(chǎn)品 沿?；厥褂玫漠a(chǎn)品 析 國家 中美產(chǎn) 品 機(jī)載產(chǎn)品 沿?；厥褂玫漠a(chǎn)品 析

2、F/A-18大黃蜂飛機(jī)因環(huán)境因素引起的故障 52.7%52%其中：溫度(高低溫) 振動 潮濕 擊 42405540同一種175架飛機(jī)中31種產(chǎn)品兩年故障分52%51%砂塵 鹽霧 低氣壓 沖21.6272027191919197.814663.9/43.6/22.1/2可見，環(huán)境因素對軍用裝備非常重要，有不可忽視的影響，為了使軍用產(chǎn)品有很好的環(huán)境適 應(yīng)性，從而提高其使用可靠性，不僅在開發(fā)研制階段，就是在使用階段都必須進(jìn)行環(huán)境試驗。對一般電工、電子產(chǎn)品，由各種環(huán)境因素引起的失效比例統(tǒng)計如圖1示：圖1可見一般電工、電子產(chǎn)品由環(huán)境因素引起的失效與上表的統(tǒng)計是差不多的。環(huán)境試驗是將產(chǎn)品暴露在天然或人工模

3、擬環(huán)境中，從而對其實際上可能遇到的貯存、運輸和 使用條件下的性能作出評價的試驗，簡單說是對產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性的試驗。環(huán)境試驗的目的：1.1探索和確定單一或多個環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響，考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性；1.2作為產(chǎn)品的型式試驗項目之一，或產(chǎn)品的驗收試驗，看其是否符合規(guī)定的環(huán)境要求，產(chǎn)品 是否合格，作為產(chǎn)品接收或拒收的決策依據(jù)。1.3作產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)試驗，篩選出不合格的或有潛在缺陷的產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品 的可靠性。環(huán)境試驗可分外場試驗及實驗室試驗：實驗室試驗：一般在實驗室內(nèi)進(jìn)行，又叫人工模擬試驗， 是用人工的方法創(chuàng)造出某種 氣候環(huán)境或機(jī)械環(huán)境，將試品在此環(huán)境中試驗。人工模擬試驗具有與大

4、氣暴露試驗相似的模擬性， 并有加速性，可大大縮短試驗時間，且其環(huán)境應(yīng)力、負(fù)載條件的施加都可嚴(yán)格控制在容差范圍內(nèi)， 保證全部試驗在受控條件下進(jìn)行，故重現(xiàn)性好，有可比性，其缺點是受到設(shè)備的限制，一般是試 驗一些體積較小，重量較輕的產(chǎn)品，且有時對非常真實的綜合環(huán)境的模擬性較差。外場試驗，可分為天然暴露試驗和現(xiàn)場試驗： 天然暴露試驗：將產(chǎn)品或材料在自然氣候條件下暴露，考核其環(huán)境適應(yīng)性，試驗樣品一 般不工作，試驗的時間很長，往往需要多年后才能評估其結(jié)果，這種試驗準(zhǔn)確、嚴(yán)格、真實、其 結(jié)論比較權(quán)威，此種試驗多為國家或大的工業(yè)集團(tuán)采用?，F(xiàn)場試驗：由于實驗室設(shè)備受到各種限制，許多軍用裝備不可能在實驗室中進(jìn)行各

5、種環(huán) 境試驗，即使能夠試驗，實驗室試驗也不可能完全真實的模擬現(xiàn)場的使用環(huán)境，因此無法進(jìn)行真 實的考核，所以不僅大設(shè)備，就是能在實驗室進(jìn)行環(huán)境試驗的小設(shè)備也需要進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境試驗， 以補充實驗室的不足，充分驗證軍用裝備在現(xiàn)場使用環(huán)境中是否會損壞或能否正常工作。在海灣 戰(zhàn)爭開始前，美軍裝備在沙特作戰(zhàn)前線曾進(jìn)行過為時不短的現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)了不少裝備不適應(yīng)現(xiàn) 場環(huán)境的問題，經(jīng)研究處理后，大大提高了裝備的可靠性，美軍標(biāo)MIL-STD-0810E中明確 規(guī)定要安排工作環(huán)境驗證試驗，將實驗室與現(xiàn)場結(jié)合起來，交替使用實驗室試驗和現(xiàn)場試驗有助 于加快研制進(jìn)度和降低研制成本，并使環(huán)境因素對裝備的影響減到最小，使裝備的

6、可靠性大大提 高。現(xiàn)場試驗的優(yōu)點是真實、可靠，能起到實驗室起不到的作用。缺點是試驗環(huán)境條件不能保證 在受控條件下進(jìn)行，故其試驗條件和試驗結(jié)果的重現(xiàn)性較差。2用于環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)的環(huán)境試驗設(shè)備HT環(huán)境試驗主要是考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，用于確認(rèn)設(shè)計，ESS是一個篩選程序，用 于考核產(chǎn)品的零部件、材料和制造工藝，需要暴露產(chǎn)品的潛在缺陷以及可能發(fā)生在現(xiàn)場的其它性 質(zhì)的失效，ESS要求100%的產(chǎn)品作暴露試驗，而不能隨機(jī)抽樣，因為產(chǎn)品的潛在缺陷是隨機(jī) 的，只有100%的試驗才能保證篩選的有效性。對產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選的關(guān)鍵：環(huán)境應(yīng)力的最佳水平，必須適合于強制產(chǎn)品的缺陷變?yōu)槭?。?yīng)力必須不超過產(chǎn)品電氣

7、和機(jī)械性能的極限，不應(yīng)使無缺陷的產(chǎn)品失效或減少產(chǎn)品的有 效壽命。作為用于ESS的環(huán)境試驗設(shè)備，其環(huán)境應(yīng)力的大小應(yīng)能滿足以上要求，顯然比常規(guī)的環(huán)境 試驗設(shè)備要求高。ESS的型式有溫度循環(huán)、隨機(jī)振動、高溫、熱沖擊、低溫、濕熱、低氣壓、綜合環(huán)境等。 根據(jù)美國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(IES)等單位的研究資料，說明溫度循環(huán)是篩選最有效的形式，其次是 隨機(jī)振動，所以我國電子產(chǎn)品的ESS試驗按GJB 1032電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選推薦采用溫 度循環(huán)和隨機(jī)振動兩種試驗方法。溫度循環(huán)不僅篩選最有效，且對試品加載應(yīng)力均勻，在執(zhí)行程序和修改程序方面有較大的靈 活性：篩選時間較大多數(shù)其它形式短。ESS溫度循環(huán)試驗有三個要求：溫度

8、極限的溫差盡可能大：高低溫之間的溫差2100C，而不管產(chǎn)品預(yù)定的使用極限，只 要產(chǎn)品不引起不必要的危險，且不使無缺陷的產(chǎn)品破壞。溫度極限之間的溫度速率必須盡可能快，通常5C/min，以產(chǎn)生最佳應(yīng)力水平，且多次 循環(huán)，而不危害無缺陷的產(chǎn)品。試品上的風(fēng)速最好3m/s，以使試品表面溫度盡量接近箱溫。能滿足以上要求的試驗設(shè)備才能作為ESS溫度循環(huán)試驗設(shè)備，顯然，一般作環(huán)境試驗的高 低溫試驗箱都不能滿足，重慶四達(dá)實驗儀器廠生產(chǎn)有滿足ESS溫度循環(huán)試驗的設(shè)備，可在+ 100C至一55C之間進(jìn)行交變，其溫度變化速率可達(dá)5C /min，8C/min,10C/min。用隨機(jī)振動作ESS試驗需時較短，對暴露產(chǎn)品的

9、機(jī)械缺陷特別有效，如脫焊、虛焊等，隨 機(jī)振動費用太貴，僅管如此，仍被認(rèn)為比其它振動型式好，并經(jīng)常采用，如果費用允許，可與溫 度循環(huán)組成綜合試驗進(jìn)行篩選。3環(huán)境試驗的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡介1主要國際標(biāo)準(zhǔn)基本環(huán)境試驗規(guī)程是國際電工委員會（IEC）第50技術(shù)委員會（TC 50）制定的一整套 環(huán)境試驗系列標(biāo)準(zhǔn)，（即IEC 68號出版物）。因為大量的電工、電子產(chǎn)品在國內(nèi)和國際上流通，使得用戶和生產(chǎn)者雙方都關(guān)心產(chǎn)品的貯存、 運輸和使用中的性能、可靠性和安全性，要求制定共同的標(biāo)準(zhǔn)，以保證產(chǎn)品能滿意的工作?；?本環(huán)境試驗規(guī)程就是為了滿足需要，從六十年代到八十年代陸續(xù)完成的。這套環(huán)境試驗系列標(biāo)準(zhǔn)吸收了各國標(biāo)準(zhǔn)化的經(jīng)驗，集

10、中了各國有關(guān)專家的智慧，因此具有體 系完整、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、便于利用、內(nèi)容完善等優(yōu)點，并具有科學(xué)性和先進(jìn)性，已在世界各國十分廣 泛的采用。不僅電工、電子產(chǎn)品，其它行業(yè)產(chǎn)品也在采用。2美國軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL）其基本標(biāo)準(zhǔn)為MIL-STD-810C空間和陸用環(huán)境試驗方法和MIC STD 202F電子、 電氣零件試驗方法美軍標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)一樣已廣泛被國際采用。我國八十年代由有關(guān)部門組織制定了 GB 24212424電工、電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程， GJB 150軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法，GJB 360電子元器件試驗方法，分別等效于IEC 68 號出版物，MILSTD 810C和MILSTD202F。到九十年代，為

11、了提高產(chǎn)品在國際市場上 競爭能力，國家有關(guān)部門明確規(guī)定：民用產(chǎn)品和軍用產(chǎn)品的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分別等同采用IEC 和MIL標(biāo)準(zhǔn)。3. 3環(huán)境試驗設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)條件以上介紹的是環(huán)境試驗的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，還有一類是環(huán)境試驗設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件。國外知名的產(chǎn)品技術(shù)條件有：BS 3898 1965試驗室濕熱箱技術(shù)條件為英國標(biāo)準(zhǔn)，并為其它國家廣泛采用。ASTME 145 1968重力對流和強制通風(fēng)老化箱技術(shù)條件美國材料試驗學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)。ASTMD 2436 68電氣絕緣用強制對流實驗室烘箱標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件美國材料試驗學(xué)會標(biāo) 準(zhǔn)。IEC 216號出版物測定電氣絕緣材料耐熱性試驗導(dǎo)則第四部分，老化烘箱。我國有關(guān)部門也先

12、后制訂了各種環(huán)境試驗設(shè)備技術(shù)條件，如：GB 10586濕熱試驗箱技術(shù) 條件GB 10589低溫試驗箱技術(shù)條件、GB 10592高低溫試驗箱技術(shù)條件等。4環(huán)境試驗設(shè)備檢定方法我國有關(guān)部門制訂了 GB 5170電工、電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備基本參數(shù)檢定方法、HB 6783 軍用機(jī)載設(shè)備氣候環(huán)境試驗箱（室）檢定方法，HB 7122民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備氣候試驗箱（室） 檢定方法，從而使環(huán)境試驗設(shè)備檢定和認(rèn)證有章可循，使設(shè)備質(zhì)量得到保證。4在試驗方法及技術(shù)條件中的溫度性能指標(biāo) 1在試驗方法中主要指標(biāo)是容差（允許誤差），有些標(biāo)準(zhǔn)同時也對溫度變化（溫度波動度） 提出要求?！叭莶睢痹贗EC682 3, 2. 1的注中

13、陳述：“溫度2C的容差是由于考慮到測量的絕對誤差， 緩慢的溫度變化和工作空間的溫度波動度等”。在IEC 216號出版物第四篇老化烘箱中，定義“溫度偏差”是“由于溫度波動度和溫度梯度組 合而成的溫度誤差”。在MILSTD810的4. 4. 1試驗條件允差中規(guī)定“試樣應(yīng)完全被空氣包圍（必要的支承 點除外），試驗區(qū)測量系統(tǒng)的溫度和包圍試件各處溫度梯度（靠近試樣處測得）應(yīng)分別在試驗溫 度2C以內(nèi)和不超過每米1C或總的最大值為2. 2C（試件不工作）”。在 MILSTD202F，2. 2. 1 及 MIL STD883C，4. 5. 8 中，對環(huán)境試驗箱允許的 溫度變化：工作區(qū)內(nèi)的溫度變化：工作區(qū)內(nèi)任一

14、參考點和的溫度變化保持在2C以內(nèi)(即任一 點的溫度波動度)。工作區(qū)內(nèi)的空間溫度變化：工作區(qū)內(nèi)任一點的溫度，在給定時間內(nèi)偏離基準(zhǔn)點不超 過3C(即為容差)在IEC 68號出版物及GB 2423中，性能指標(biāo)規(guī)定為“容差”，對容差大小，規(guī)定為高溫試驗 箱2C，低溫試驗箱3C。2在產(chǎn)品技術(shù)條件中的溫度性能指標(biāo)國外產(chǎn)品技術(shù)條件ASTM，D2436規(guī)定有溫差和溫度波動度，溫差的測試方法是：布置9只熱電偶在箱內(nèi)溫 度穩(wěn)定后開始測試，每5分鐘測一次，共測5次得到45個數(shù)據(jù)，計算45個數(shù)據(jù)的平均值作為 箱溫，從45個數(shù)中選取兩個最大值和兩個最小值各自減去箱溫，然后從4個差值中選出兩個最 大值并求其平均值，此值就

15、是溫差。IEC 216號出版物第四部分老化烘箱中，同樣規(guī)定有溫差和波動度指標(biāo)，溫差的測試方法與 ASTM. D2436同，而在數(shù)據(jù)處理上則是從45個數(shù)據(jù)中找出最大和最小溫度值，其差值就是溫 差。BS 3898中，規(guī)定溫度指標(biāo)為溫度均勻度與溫度波動度，其溫度均勻度的測試方法為：當(dāng) 箱內(nèi)溫度穩(wěn)定后，用布置在箱內(nèi)的熱電偶連續(xù)測試兩小時，分別計算每一測試點與中心點的溫差 平均值，其中最大者即為溫度均勻度，并加上正負(fù)號表示。在國外公司的產(chǎn)品樣本中，溫度指標(biāo)都只有兩個，即溫度波動度(Tem. Constancy)和 溫度均勻度(Tem. Unifortmty )，或者是溫度波動度和溫度誤差(Tem . V

16、ariation )沒有哪個國 外廠家的產(chǎn)品樣本上同時出現(xiàn)溫度波動度、溫度均勻度和溫度誤差三個指標(biāo)的。國內(nèi)環(huán)境試驗設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)條件在我國的產(chǎn)品技術(shù)條件低溫試驗箱、高低溫試驗箱、濕熱試驗箱等產(chǎn)品技 術(shù)條件中都 規(guī)定有溫度波動度、溫度均勻度和溫度誤差三個指標(biāo)。溫度波動度為箱內(nèi)任一點溫度的時間誤差， 溫度誤差為箱內(nèi)各點溫度與標(biāo)稱溫度的誤差值，即為空間誤差。各國標(biāo)準(zhǔn)對溫度波動度與溫度誤 差意義上的理解和測試方法基本相同，但我國技術(shù)條件中對溫度均勻度的測試和數(shù)據(jù)處理與國外 有所區(qū)別，我國規(guī)定利用30分鐘內(nèi)測得每個測試點15次數(shù)據(jù)，分別求出每次數(shù)據(jù)中最高與最 低溫度之差，然后算出15次差值的平均值即為均勻

17、度，顯然由于未與標(biāo)稱溫度或中心點溫度進(jìn) 行比較，因此溫度均勻度指標(biāo)沒有正負(fù)號。由于有以上技術(shù)條件的規(guī)定，所以國內(nèi)生產(chǎn)廠在產(chǎn)品樣本和說明書中用了三個溫度性能指 標(biāo)。筆者曾在環(huán)境條件與試驗1991年1期上發(fā)表過溫度測試及數(shù)據(jù)處理方法的討論提 出過溫度均勻度與溫度誤差只需其中一個指標(biāo)的見解。現(xiàn)在國家環(huán)境試驗設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督中心，在按照GB 5170電工、電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備基 本參數(shù)檢定方法對環(huán)境試驗設(shè)備認(rèn)證驗收時也只測溫度誤差而不測溫度均勻度。重慶四達(dá)實驗儀器廠，萬達(dá)儀器有限公司的產(chǎn)品以及廣州Espec的產(chǎn)品樣本上已開始不標(biāo) 溫度均勻度，而只標(biāo)出溫度波動度和溫度誤差兩指標(biāo)了。5國內(nèi)外環(huán)境試驗設(shè)備溫度性

18、能指標(biāo)測試的一些情況 1工作空間：IEC總則中是這樣定義的：“工作空間是可以維持規(guī)定條件在所規(guī)定的公差范 圍內(nèi)的試驗箱的那部分”國外廠家如日本Espec公司、KATO公司以及合資公司廣州Espec、 上海Espec都明確規(guī)定工作空間在距箱壁1/ 6邊長以外的區(qū)域除外，也就是說滿足技術(shù)指標(biāo)的 空間只有箱子空間的30%。我國產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定距箱壁1/10邊長的區(qū)域除外，工作空間為箱子空 間的51%。如示意圖2：可見我國設(shè)備工作空間要大得多，可試驗更多的產(chǎn)品，但要達(dá)到規(guī)定 的技術(shù)指標(biāo)顯然難度較大。圖2國外產(chǎn)品按我國工作空間檢測也可能是合格的，但如果不合格，我國用戶也不能拒收，對我 國的產(chǎn)品如果檢測不合格

19、，用戶則可以拒收。2設(shè)備所處環(huán)境的溫度及冷卻水溫美國熱測公司，規(guī)定測試設(shè)備的溫度性能指標(biāo)時，室溫23C，水溫23. 9C。意大利ACS公司，規(guī)定測試設(shè)備的溫度性能指標(biāo)時，室溫為20C22C。日本Espec公司及KATO公司則規(guī)定室溫度20C，水溫25C。廣州Espec也規(guī)定測試設(shè)備的溫度性能指標(biāo)時，室溫為20C，水溫為25C。臺灣泰琪公司對室溫和水溫的規(guī)定也是20C，25Co我國用戶對國內(nèi)環(huán)境試驗設(shè)備的環(huán)境條件要求較為苛刻，如室溫35C，水溫30Co筆者曾在九八年第一期環(huán)境技術(shù)上發(fā)表過環(huán)境溫度變化對低溫試驗箱性能的影響一 文，論述了由于環(huán)境溫度升高，使冷凝溫度相應(yīng)升高，從而使壓縮機(jī)的制冷量有較

20、大下降，如一 工質(zhì)為R502，蒸發(fā)溫度一40C的壓縮機(jī)，當(dāng)冷凝溫度從30C升到40C時，其制冷功率將下降 30%以上，由于壓縮機(jī)的制冷量下降，箱體漏熱增加，低溫試驗箱的降溫時間將會延長，同前 例可估算出降溫時間會比原先增加約50%。如果環(huán)境溫度過高，則降溫時間將成倍增加，甚至 降不到最低溫度，尤其是用風(fēng)冷的壓縮機(jī)。綜上所述，可見國內(nèi)環(huán)境試驗設(shè)備也應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定保證溫度技術(shù)指標(biāo)的環(huán)境條件，如室溫規(guī)定 為20C22C，水溫25C，至于當(dāng)環(huán)境條件較差時，比如室溫30C，水溫30C，設(shè)備仍可 正常使用，但降溫時間，降溫速率及最低溫度則不能保證達(dá)到指標(biāo)，用戶應(yīng)予理解。5. 3降溫速率國外產(chǎn)品的降溫速率有如下

21、一些情況，國內(nèi)用戶在選擇國外環(huán)境試驗設(shè)備時應(yīng)予注意。降溫速率指全程平均值，即全程降溫溫度除以全程降溫時間。(C /min)o在試驗箱內(nèi)無動或靜的熱負(fù)荷，即為空載考核。如用戶要求加負(fù)載考核，要求訂貨時 提出。降溫速率分溫度段表示，如177C73C高低溫箱，其溫度變化速率20C/min，15C /min都不是到最低溫度一73C，而是比如從90C降到一40C，可達(dá)20Cmin，從90C到一55C 為 15 度/min。指示儀表的傳感器位置在出風(fēng)口，該點最先達(dá)到設(shè)定的低溫溫度。國內(nèi)產(chǎn)品的降溫速率是指等速降溫的速率，平均降溫速率才是指降溫過程的全程平均值，且 國內(nèi)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與GB 5170都要求放置規(guī)定的

22、負(fù)載，負(fù)載的材質(zhì)、形狀、重量對降溫時間都有一 定影響，所以如要加負(fù)載考核設(shè)備，供需雙方應(yīng)在合同上說明，同樣的速率等速降溫速率比平均 降溫速率難得多，如圖3：圖3從圖3中可以看出，當(dāng)從90C到一40C平均降溫速率達(dá)到20C/min，從90C到一 55C平 均降溫達(dá)到15C/min，在達(dá)到一40。、一55C時的瞬時斜率已遠(yuǎn)小于20C/min和15C/min。 如果要求等速降溫速率與平均降溫速率相同，則等速降溫使用的壓縮機(jī)和低溫系統(tǒng)的功率要龐大 得多。1環(huán)境試驗的目的及其重要性隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展和軍用裝備的改進(jìn)，對產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性要求越來越高，因而對可靠性研究必不可少的設(shè)備T環(huán)境試驗設(shè)備的

23、品種、質(zhì)量的要求也更多更高。特別是海灣戰(zhàn)爭顯示了武器裝備在戰(zhàn)爭中的重要作用，也促使了我國軍事科技和武器裝備的研究、試驗和發(fā)展。國內(nèi)外的部分統(tǒng)計資料表明，武器裝備發(fā)生故障或損壞的原因一半以上是由于使用該產(chǎn)品時 的環(huán)境因素引起的，如表1：表1 表1 中、美軍用航空產(chǎn)品故障情況國家中美產(chǎn)品機(jī)載產(chǎn)品沿?；厥褂玫漠a(chǎn)品析F/A-18大黃蜂飛機(jī)因環(huán)境因素引起的故障52.7%52%其中：溫度(高低溫)振動潮濕擊4240554021.6272027191919197.814663.9/43.6/22.1/2同一種175架飛機(jī)中31種產(chǎn)品兩年故障分52%51%砂塵 鹽霧 低氣壓 沖可見，環(huán)境因素對軍用裝備非常重

24、要，有不可忽視的影響，為了使軍用產(chǎn)品有很好的環(huán)境適 應(yīng)性，從而提高其使用可靠性，不僅在開發(fā)研制階段，就是在使用階段都必須進(jìn)行環(huán)境試驗。對一般電工、電子產(chǎn)品，由各種環(huán)境因素引起的失效比例統(tǒng)計如圖1示：圖1可見一般電工、電子產(chǎn)品由環(huán)境因素引起的失效與上表的統(tǒng)計是差不多的。環(huán)境試驗是將產(chǎn)品暴露在天然或人工模擬環(huán)境中，從而對其實際上可能遇到的貯存、運輸和 使用條件下的性能作出評價的試驗，簡單說是對產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性的試驗。環(huán)境試驗的目的：1.1探索和確定單一或多個環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響，考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性；1.2作為產(chǎn)品的型式試驗項目之一，或產(chǎn)品的驗收試驗，看其是否符合規(guī)定的環(huán)境要求，產(chǎn)品 是否合格，

25、作為產(chǎn)品接收或拒收的決策依據(jù)。1.3作產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)試驗，篩選出不合格的或有潛在缺陷的產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品 的可靠性。環(huán)境試驗可分外場試驗及實驗室試驗：實驗室試驗：一般在實驗室內(nèi)進(jìn)行，又叫人工模擬試驗， 是用人工的方法創(chuàng)造出某種 氣候環(huán)境或機(jī)械環(huán)境，將試品在此環(huán)境中試驗。人工模擬試驗具有與大氣暴露試驗相似的模擬性， 并有加速性，可大大縮短試驗時間，且其環(huán)境應(yīng)力、負(fù)載條件的施加都可嚴(yán)格控制在容差范圍內(nèi)， 保證全部試驗在受控條件下進(jìn)行，故重現(xiàn)性好，有可比性，其缺點是受到設(shè)備的限制，一般是試 驗一些體積較小，重量較輕的產(chǎn)品，且有時對非常真實的綜合環(huán)境的模擬性較差。外場試驗，可分為天然暴露試

26、驗和現(xiàn)場試驗：天然暴露試驗：將產(chǎn)品或材料在自然氣候條件下暴露，考核其環(huán)境適應(yīng)性，試驗樣品一 般不工作，試驗的時間很長，往往需要多年后才能評估其結(jié)果，這種試驗準(zhǔn)確、嚴(yán)格、真實、其 結(jié)論比較權(quán)威，此種試驗多為國家或大的工業(yè)集團(tuán)采用。現(xiàn)場試驗：由于實驗室設(shè)備受到各種限制，許多軍用裝備不可能在實驗室中進(jìn)行各種環(huán) 境試驗，即使能夠試驗，實驗室試驗也不可能完全真實的模擬現(xiàn)場的使用環(huán)境，因此無法進(jìn)行真 實的考核，所以不僅大設(shè)備，就是能在實驗室進(jìn)行環(huán)境試驗的小設(shè)備也需要進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境試驗， 以補充實驗室的不足，充分驗證軍用裝備在現(xiàn)場使用環(huán)境中是否會損壞或能否正常工作。在海灣 戰(zhàn)爭開始前，美軍裝備在沙特作戰(zhàn)前線曾

27、進(jìn)行過為時不短的現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)了不少裝備不適應(yīng)現(xiàn) 場環(huán)境的問題，經(jīng)研究處理后，大大提高了裝備的可靠性，美軍標(biāo)MIL-STD-0810E中明確 規(guī)定要安排工作環(huán)境驗證試驗，將實驗室與現(xiàn)場結(jié)合起來，交替使用實驗室試驗和現(xiàn)場試驗有助 于加快研制進(jìn)度和降低研制成本，并使環(huán)境因素對裝備的影響減到最小，使裝備的可靠性大大提 高?，F(xiàn)場試驗的優(yōu)點是真實、可靠，能起到實驗室起不到的作用。缺點是試驗環(huán)境條件不能保證 在受控條件下進(jìn)行，故其試驗條件和試驗結(jié)果的重現(xiàn)性較差。2用于環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)的環(huán)境試驗設(shè)備HT環(huán)境試驗主要是考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，用于確認(rèn)設(shè)計，ESS是一個篩選程序，用 于考核產(chǎn)品的零部件、材料

28、和制造工藝，需要暴露產(chǎn)品的潛在缺陷以及可能發(fā)生在現(xiàn)場的其它性 質(zhì)的失效，ESS要求100%的產(chǎn)品作暴露試驗，而不能隨機(jī)抽樣，因為產(chǎn)品的潛在缺陷是隨機(jī) 的，只有100%的試驗才能保證篩選的有效性。對產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選的關(guān)鍵：環(huán)境應(yīng)力的最佳水平，必須適合于強制產(chǎn)品的缺陷變?yōu)槭А?yīng)力必須不超過產(chǎn)品電氣和機(jī)械性能的極限，不應(yīng)使無缺陷的產(chǎn)品失效或減少產(chǎn)品的有 效壽命。作為用于ESS的環(huán)境試驗設(shè)備，其環(huán)境應(yīng)力的大小應(yīng)能滿足以上要求，顯然比常規(guī)的環(huán)境 試驗設(shè)備要求高。ESS的型式有溫度循環(huán)、隨機(jī)振動、高溫、熱沖擊、低溫、濕熱、低氣壓、綜合環(huán)境等。 根據(jù)美國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(IES)等單位的研究資料，說明溫度

29、循環(huán)是篩選最有效的形式，其次是 隨機(jī)振動，所以我國電子產(chǎn)品的ESS試驗按GJB 1032電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選推薦采用溫 度循環(huán)和隨機(jī)振動兩種試驗方法。溫度循環(huán)不僅篩選最有效，且對試品加載應(yīng)力均勻，在執(zhí)行程序和修改程序方面有較大的靈 活性：篩選時間較大多數(shù)其它形式短。ESS溫度循環(huán)試驗有三個要求：溫度極限的溫差盡可能大：高低溫之間的溫差2100C，而不管產(chǎn)品預(yù)定的使用極限，只 要產(chǎn)品不引起不必要的危險，且不使無缺陷的產(chǎn)品破壞。溫度極限之間的溫度速率必須盡可能快，通常5C/min，以產(chǎn)生最佳應(yīng)力水平，且多次 循環(huán)，而不危害無缺陷的產(chǎn)品。試品上的風(fēng)速最好3m/s，以使試品表面溫度盡量接近箱溫。能滿足

30、以上要求的試驗設(shè)備才能作為ESS溫度循環(huán)試驗設(shè)備，顯然，一般作環(huán)境試驗的高 低溫試驗箱都不能滿足，重慶四達(dá)實驗儀器廠生產(chǎn)有滿足ESS溫度循環(huán)試驗的設(shè)備，可在+ 100C至一55C之間進(jìn)行交變，其溫度變化速率可達(dá)5C /min，8C/min,10C/min。用隨機(jī)振動作ESS試驗需時較短，對暴露產(chǎn)品的機(jī)械缺陷特別有效，如脫焊、虛焊等，隨 機(jī)振動費用太貴，僅管如此，仍被認(rèn)為比其它振動型式好，并經(jīng)常采用，如果費用允許，可與溫 度循環(huán)組成綜合試驗進(jìn)行篩選。3環(huán)境試驗的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡介1主要國際標(biāo)準(zhǔn)基本環(huán)境試驗規(guī)程是國際電工委員會(IEC)第50技術(shù)委員會(TC 50)制定的一整套 環(huán)境試驗系列標(biāo)準(zhǔn)，(即I

31、EC 68號出版物)。因為大量的電工、電子產(chǎn)品在國內(nèi)和國際上流通，使得用戶和生產(chǎn)者雙方都關(guān)心產(chǎn)品的貯存、 運輸和使用中的性能、可靠性和安全性，要求制定共同的標(biāo)準(zhǔn)，以保證產(chǎn)品能滿意的工作?；?本環(huán)境試驗規(guī)程就是為了滿足需要，從六十年代到八十年代陸續(xù)完成的。這套環(huán)境試驗系列標(biāo)準(zhǔn)吸收了各國標(biāo)準(zhǔn)化的經(jīng)驗，集中了各國有關(guān)專家的智慧，因此具有體 系完整、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、便于利用、內(nèi)容完善等優(yōu)點，并具有科學(xué)性和先進(jìn)性，已在世界各國十分廣 泛的采用。不僅電工、電子產(chǎn)品，其它行業(yè)產(chǎn)品也在采用。2美國軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL）其基本標(biāo)準(zhǔn)為MIL-STD-810C空間和陸用環(huán)境試驗方法和MIC STD 202F電子、 電氣零件試

32、驗方法美軍標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)一樣已廣泛被國際采用。我國八十年代由有關(guān)部門組織制定了 GB 24212424電工、電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程， GJB 150軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法，GJB 360電子元器件試驗方法，分別等效于IEC 68 號出版物，MILSTD 810C和MILSTD202F。到九十年代，為了提高產(chǎn)品在國際市場上 競爭能力，國家有關(guān)部門明確規(guī)定：民用產(chǎn)品和軍用產(chǎn)品的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分別等同采用IEC 和MIL標(biāo)準(zhǔn)。3. 3環(huán)境試驗設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)條件以上介紹的是環(huán)境試驗的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，還有一類是環(huán)境試驗設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件。國外知名的產(chǎn)品技術(shù)條件有：BS 3898 1965試驗室濕熱箱技

33、術(shù)條件為英國標(biāo)準(zhǔn)，并為其它國家廣泛采用。ASTME 145 1968重力對流和強制通風(fēng)老化箱技術(shù)條件美國材料試驗學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)。ASTMD 2436 68電氣絕緣用強制對流實驗室烘箱標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件美國材料試驗學(xué)會標(biāo) 準(zhǔn)。IEC 216號出版物測定電氣絕緣材料耐熱性試驗導(dǎo)則第四部分，老化烘箱。我國有關(guān)部門也先后制訂了各種環(huán)境試驗設(shè)備技術(shù)條件，如：GB 10586濕熱試驗箱技術(shù) 條件GB 10589低溫試驗箱技術(shù)條件、GB 10592高低溫試驗箱技術(shù)條件等。4環(huán)境試驗設(shè)備檢定方法我國有關(guān)部門制訂了 GB 5170電工、電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備基本參數(shù)檢定方法、HB 6783 軍用機(jī)載設(shè)備氣候環(huán)境試驗箱（室）檢

34、定方法，HB 7122民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備氣候試驗箱（室） 檢定方法，從而使環(huán)境試驗設(shè)備檢定和認(rèn)證有章可循，使設(shè)備質(zhì)量得到保證。4在試驗方法及技術(shù)條件中的溫度性能指標(biāo) 1在試驗方法中主要指標(biāo)是容差（允許誤差），有些標(biāo)準(zhǔn)同時也對溫度變化（溫度波動度） 提出要求。“容差”在IEC682 3, 2. 1的注中陳述：“溫度2C的容差是由于考慮到測量的絕對誤差， 緩慢的溫度變化和工作空間的溫度波動度等”。在IEC 216號出版物第四篇老化烘箱中，定義“溫度偏差”是“由于溫度波動度和溫度梯度組 合而成的溫度誤差”。在MILSTD810的4. 4. 1試驗條件允差中規(guī)定“試樣應(yīng)完全被空氣包圍（必要的支承 點除外

35、），試驗區(qū)測量系統(tǒng)的溫度和包圍試件各處溫度梯度（靠近試樣處測得）應(yīng)分別在試驗溫 度2C以內(nèi)和不超過每米1C或總的最大值為2. 2C（試件不工作）”。在 MILSTD202F，2. 2. 1 及 MIL STD883C，4. 5. 8 中，對環(huán)境試驗箱允許的 溫度變化：（1）工作區(qū)內(nèi)的溫度變化：工作區(qū)內(nèi)任一參考點和的溫度變化保持在2C以內(nèi)（即任一 點的溫度波動度）。（2）工作區(qū)內(nèi)的空間溫度變化：工作區(qū)內(nèi)任一點的溫度，在給定時間內(nèi)偏離基準(zhǔn)點不超 過3C（即為容差）在IEC 68號出版物及GB 2423中，性能指標(biāo)規(guī)定為“容差”，對容差大小，規(guī)定為高溫試驗 箱2C，低溫試驗箱3C。2在產(chǎn)品技術(shù)條件中

36、的溫度性能指標(biāo)國外產(chǎn)品技術(shù)條件ASTM, D2436規(guī)定有溫差和溫度波動度，溫差的測試方法是：布置9只熱電偶在箱內(nèi)溫 度穩(wěn)定后開始測試，每5分鐘測一次，共測5次得到45個數(shù)據(jù)，計算45個數(shù)據(jù)的平均值作為 箱溫，從45個數(shù)中選取兩個最大值和兩個最小值各自減去箱溫，然后從4個差值中選出兩個最 大值并求其平均值，此值就是溫差。IEC 216號出版物第四部分老化烘箱中，同樣規(guī)定有溫差和波動度指標(biāo)，溫差的測試方法與 ASTM. D2436同，而在數(shù)據(jù)處理上則是從45個數(shù)據(jù)中找出最大和最小溫度值，其差值就是溫 差。BS 3898中，規(guī)定溫度指標(biāo)為溫度均勻度與溫度波動度，其溫度均勻度的測試方法為：當(dāng) 箱內(nèi)溫

37、度穩(wěn)定后，用布置在箱內(nèi)的熱電偶連續(xù)測試兩小時，分別計算每一測試點與中心點的溫差 平均值，其中最大者即為溫度均勻度，并加上正負(fù)號表示。在國外公司的產(chǎn)品樣本中，溫度指標(biāo)都只有兩個，即溫度波動度(Tem. Constancy)和 溫度均勻度(Tem. Unifortmty )，或者是溫度波動度和溫度誤差(Tem . Variation )沒有哪個國 外廠家的產(chǎn)品樣本上同時出現(xiàn)溫度波動度、溫度均勻度和溫度誤差三個指標(biāo)的。國內(nèi)環(huán)境試驗設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)條件在我國的產(chǎn)品技術(shù)條件低溫試驗箱、高低溫試驗箱、濕熱試驗箱等產(chǎn)品技 術(shù)條件中都 規(guī)定有溫度波動度、溫度均勻度和溫度誤差三個指標(biāo)。溫度波動度為箱內(nèi)任一點溫度的時

38、間誤差， 溫度誤差為箱內(nèi)各點溫度與標(biāo)稱溫度的誤差值，即為空間誤差。各國標(biāo)準(zhǔn)對溫度波動度與溫度誤 差意義上的理解和測試方法基本相同，但我國技術(shù)條件中對溫度均勻度的測試和數(shù)據(jù)處理與國外 有所區(qū)別，我國規(guī)定利用30分鐘內(nèi)測得每個測試點15次數(shù)據(jù)，分別求出每次數(shù)據(jù)中最高與最 低溫度之差，然后算出15次差值的平均值即為均勻度，顯然由于未與標(biāo)稱溫度或中心點溫度進(jìn) 行比較，因此溫度均勻度指標(biāo)沒有正負(fù)號。由于有以上技術(shù)條件的規(guī)定，所以國內(nèi)生產(chǎn)廠在產(chǎn)品樣本和說明書中用了三個溫度性能指 標(biāo)。筆者曾在環(huán)境條件與試驗1991年1期上發(fā)表過溫度測試及數(shù)據(jù)處理方法的討論提 出過溫度均勻度與溫度誤差只需其中一個指標(biāo)的見解?，F(xiàn)在國家環(huán)境試驗設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督中心，在按照GB 5170電工、電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備基 本參數(shù)檢定方法對環(huán)境試驗設(shè)備認(rèn)證驗收時也只測溫度誤差而不測溫度均勻度。重慶四達(dá)實驗儀器廠，萬達(dá)儀器有限公司的產(chǎn)品以及廣州Espec的產(chǎn)品樣本上已開始不標(biāo) 溫度均勻度，而只標(biāo)出溫度波動度和溫度誤差兩指標(biāo)了。5國內(nèi)外環(huán)境試驗設(shè)備溫度性能指標(biāo)測試的一些情況 1工作空間：IEC總則中是這樣定義的：“工作空間是可以維持規(guī)定條件在所規(guī)定的公差范 圍內(nèi)的試驗箱的那部分”國外廠家如日本Espec公司、KATO公司以及合資公司廣州Espec、 上海Espec都明確規(guī)定工作空間在距箱壁1/ 6邊長以