人工模擬的環境試驗設備解析

環境試驗作為可靠性試驗的一種類型已經發展成為一種預測產品使用環境是如何影響產品的性能和功能的方法。也就是說，在產品投入市場之前，環境試驗被用來評估環境影響產品的程度；當產品的功能受到了影響，環境試驗被用來查明原因，并采取措施保護產品免受環境影響以保持產品的可靠性。這些試驗已經遠遠地超過了其zui初的目的，現在被廣泛應用于包括材料和產品的研發、生產過程中的各種不同檢查、運輸之前的檢驗和運輸后的質量控制，也被用來分析產品的實際使用過程中出現的缺陷以及新產品的改進。環境試驗對于檢測方法和保持產品可靠性是非常有效的。

我們這里講的環境試驗是狹義的，實際是指人工模擬的環境試驗（以下稱為環境試驗）。廣義上環境試驗基本分為“自然暴露試驗”、“人工模擬試驗”和“現場運行試驗”三類。自然暴露試驗，是將樣品長期暴露在自然環境條件下進行測試。現場運行試驗，是將樣品裝置在各種典型的使用現場并使它處于正常運行狀態進行測試。這兩種試驗都能直接反映產品實際使用中的性能和可靠性，也是驗證人工模擬試驗準確性的基礎。但是試驗周期都較長，花費人力物力大，并且前者試驗條件不能控制，影響試驗的再現性，且有時跟不上產品的發展；后者數據反饋慢。因此為了在較短時間內能鑒定產品對環境的適應能力，在科研和生產工作中多采用人工模擬環境試驗，即在實驗室的試驗設備（箱或室）內模擬一個或多個環境因素的作用，并予以適當的強化。人工模擬試驗的試驗條件的確定，要求既能模擬環境中主要因素影響的真實性，又能在時間上起一定的加速作用，但是加速的程度不應改變產品實際損壞機理的規律。為此，人工模擬試驗的試驗條件和方法必須與產品環境條件的等級、數值有機地起來。

當然，使用環境試驗設備進行的試驗并不可能*地再現出產品的使用環境以及模擬出所有的環境因素，在這里必須理解環境試驗的局限性。由單一因素（溫度、濕度、壓力、振動、沖擊或某一物質如鹽）構成的環境試驗稱之為簡單環境試驗。實際上產生*單一的環境很困難，而且大部分試驗環境都是十分復雜的。因此在設計試驗條件時，試驗人員需要選擇對產品有zui大影響zui為重要的環境因素，所以說環境試驗只能是一個與真實環境還存在很大區別的人為環境。

一般性，產品的缺陷是由以下幾個方面造成的：

a. 原材料的濃度和多樣性、摩擦、磨損、應力、熱、電流以及電場強度，這些因素會影響產品某些方面的性能；

b. 在產品設計和制造過程中由產品特性（原材料、制造工藝、結構部件以及大規模生產時）所引發的因素；

c. 外界環境產生的應力。

因此，試驗條件必須依據具體的產品條件而定，對于不同的產品是不一樣的。如果被試驗研究的產品發生了變化，相應的環境試驗也要改變。

2. 溫度試驗設備

溫度試驗設備一般由工作室、調節設備、輔助設備、控制系統組成。其中調節系統包括加熱器、蒸發器和送風裝置等，輔助設備主要室制冷機組，控制系統包括溫度控制器、程序設定器、安全報警裝置等。

加熱器多用電阻絲或電熱管的電加熱方式實現；除了對無散熱試樣高溫試驗的干燥箱可以采用自然加熱以外，一般都要都配有送風裝置進行強迫空氣循環，送風方式多用上側送下側回或全面孔板頂送下側回的方式，對于整個試驗設備的均勻性能很重要。

制冷方式使用較多為機械制冷，冷凍機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，冷媒現已多采用環保型冷媒，節流方式采用毛細管或者電子膨脹閥方式，可以提高精度和回路的壽命，并且能長期連續工作。

控制系統現在一般采用PID方式，使加熱功率隨設備實際溫度與設定溫度偏差自動進行調節、控制，實現無級調節，溫度波動度小；顯示部分也由以前數顯方式提升到液晶觸摸屏方式，例如ESPEC集團的P計裝就是采用6.54英寸TFT彩色液晶顯示畫面，清晰美觀，更便于操作。

另外，設備的保溫層采用玻璃棉或者聚氨酯發泡層，導熱系數小，耐溫性好。溫度檢測采用熱電偶、鉑電阻和熱敏電阻方式等，精度高。

進行溫度試驗時需要考慮詳盡周全，所以考慮選擇相應合適的試驗設備也是至關重要的。

1. 必須要求測試范圍要滿足產品失效可能性試驗范圍，即無論是高溫箱還是低溫箱或者冷熱沖擊箱都應能夠滿足試驗要求所規定的極值溫度條件。

2. 必須以保證試驗樣品的體積不應大于試驗設備工作容積的1/5的原則來選擇試驗設備。

3. 為保證試驗區內溫度的均勻性，根據樣品的散熱性來選擇是否采用強迫空氣循環或無強迫空氣循環方式。例如上海ESPEC生產的LG型干燥箱采用熱風自然對流方式，特別適宜粉狀物干燥，而LC型干燥箱就采用熱風強制循環方式。設備溫度分布的差異對試驗結果影響會更大，當采用較大的樣品時，或者在同一時間測試的樣品數量較大時，試驗的結果將隨著位置的不同而存在很大差別，因此應該選擇溫度均勻性盡可能好的設備。例如上海ESPEC生產的Z系列調溫箱，均勻性達到2.0℃。

4. 樣品溫度有采用上風和采用下風傳感器溫度測量兩種方式。設備的溫度控制傳感器位置及控制方法是可以選擇的，要根據試驗要求選擇合適的設備。

5. 防止試驗區產生熱輻射或者熱傳導所引起的樣品吸熱或放熱，要求設備的加熱或冷卻系統裝置對樣品無影響。

6. 便于記錄、顯示，進行循環試驗時要求安裝自動計數器、指示燈、記錄設備以及自動關閉等儀表裝置。

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

8. 應具有將測試電源引入設備工作室內的引線孔。

9. 無論對于樣品的損壞性和試驗人員安全都要有保護防范措施。例如設有觀察窗及照明，設有電源斷相、缺水、超溫保護、操作人員保護等報警裝置。

10. 是否需要遠程遙控監測功能。