環(huán)境試驗中凝露問題
1 前言
環(huán)境試驗做為檢驗提高電子產(chǎn)品可靠性的一種常用手段,廣泛用于電子產(chǎn)品的各個研發(fā)周期。用于確
定通訊設備對環(huán)境的適應性。在環(huán)境試驗過程中根據(jù)產(chǎn)品的特性,選擇合適的試驗方法,對產(chǎn)品的機械性
能、電氣性能、物理性能、材料的抗拉強度和抗張力變化、絕緣性能等作出檢驗和評估。只有選擇正確的
試驗方法和標準的試驗條件下,才能得出正確的試驗結果。在恒定濕熱過程中,要預熱產(chǎn)品,避免大量凝
露出現(xiàn),引起附加的應力,從而影響對實驗結果的正確評估。
2被測通訊產(chǎn)品概況
某通訊設備是室外設備,采用自然散熱。其特點是體積大,熱耗大且腔體密封。工作環(huán)境溫度:
一40℃一55%,要求機箱內(nèi)溫升不大于20。C,工作濕度:10%一95%(相對濕度);貯存溫度:一40℃
一+85℃,儲存濕度:≤93%(相對濕度);整機總重量: 50Kg。
總體結構采用箱型結構。由箱體、門、安裝附件和內(nèi)部的電源模塊、兩個功率放大器模塊、兩個低噪
聲放大器模塊、兩個雙工器(DUP)、防雷模塊和監(jiān)控板等組成。
3環(huán)境試驗中存在凝露問題的分析
對于這種密封且熱耗大,體積大的自然散熱產(chǎn)品而言,如果產(chǎn)品內(nèi)的熱沒有傳輸?shù)街車髿庵腥?,則
產(chǎn)品溫度將不斷上升。實際上,產(chǎn)品所產(chǎn)生的熱是不斷向周圍環(huán)境大氣散發(fā)的,*后,產(chǎn)品所產(chǎn)生的熱與
耗散在周圍冷卻大氣中的熱相平衡,使產(chǎn)品溫度達到穩(wěn)定。只有當環(huán)境溫度上升(或下降)時,產(chǎn)品內(nèi)部
的溫度才會隨著進一步的上升(或下降),直至達到新的平衡為止。
由于環(huán)境溫度箱受環(huán)境溫度和濕度的影響,在高溫和低溫以及高低溫試驗中,濕度同環(huán)境濕度相差不
大,大約在48%(至少在達到熱平衡之前)。一般的環(huán)境試驗箱都有濕度控制功能,通常采用的加濕方法
如下:
噴霧加濕:容易在工作空間產(chǎn)生少量氣溶膠;
蒸汽加濕:可能使箱內(nèi)溫度較低的設備產(chǎn)生凝露;
揮發(fā)加濕:少量氣溶膠;
水溶液加濕:容易引起腐蝕;
當把實驗樣品放進實驗箱中時,如實驗樣品的表面溫度低于實驗箱中空氣的露點溫度,樣品表面上就
會出現(xiàn)凝露,因此,一般在實驗之前對實驗樣品進行預熱。露點溫度取決于空氣中水汽的含量,露點溫
度、優(yōu)良濕度和水汽壓力之間存在直接關系。在實驗期間,如果空氣中水分的含量和空氣溫度較高,使空
氣露點溫度和實驗樣品表面溫度之間達到某一差值,就會產(chǎn)生凝露。一般在實驗的升溫階段,由于實驗樣
品有一定的熱時間常數(shù),其表面溫度往往低于實驗箱內(nèi)空氣的露點溫度,因此,實驗樣品表面產(chǎn)生凝露。
在升溫期間,在熱常數(shù)時間為T的實驗樣品表面上所產(chǎn)生凝露所需要的相對濕度由下式給出:
當實驗樣品在實驗過程中除了會產(chǎn)生凝露外,由于濕度還存在以下的物理現(xiàn)象:
吸附:由于設備表面材料的類型、材料的表面結構、和水汽壓力的大小不同,決定了實驗樣品表面的
水汽分子的多少。
吸收:取決于周圍環(huán)境的含濕量,水分子深入的速度隨溫度的升高而增大。
擴散:水蒸氣透過有機密封材料進入殼體內(nèi)部;
呼吸:由于溫度變化引起實驗樣品空腔內(nèi)外空氣和水汽的交流,內(nèi)有不佳密封類型的實驗樣品,吸入
的潮氣使實驗樣品的內(nèi)部結構受潮,或在空腔內(nèi)凝結成聚集態(tài)的水。
吸收和擴散過程需要相當長的時間才能達到平衡狀態(tài),凝露和吸附過程則短一些。所以,對于這種體
積大、散熱量大的密封通訊設備在實驗過程中表面出現(xiàn)少量凝露的現(xiàn)象是一種正常的實驗現(xiàn)象。設備表面
的水汽多少和附著時間長短因環(huán)境實驗箱內(nèi)溫度和濕度變化而不同,如果出現(xiàn)大量的水汽和凝露則需要調(diào)
整實驗條件,防止實驗結果出現(xiàn)大的偏差。
4結論和建議
1)環(huán)境實驗過程中出現(xiàn)少量的凝露現(xiàn)象不會對設備的性能造成損壞。也不會影響實驗結果的分析。
2)為了防止大量凝露的產(chǎn)生,對實驗結果的分析造成錯誤的導向,一般在環(huán)境實驗的過程中,提前
對產(chǎn)品進行預熱。
3)環(huán)境實驗對實驗樣品的影響很大,可能使材料的機械性能、物理性能、電氣性能改變,因此,在
產(chǎn)品設計初期,考慮實際使用條件,選擇合適的元器件,采用降額設計、冗余設計、容差設計、氣候環(huán)境
防護設計、緩沖減振設計、熱設計等手段,提高產(chǎn)品的可靠性。在環(huán)境實驗中,只有施加合適的實驗條
件,暴露存在的問題,尋求合適的改進措施,才能進一步確定產(chǎn)品的適應性,使產(chǎn)品滿足使用要求。