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          1. 傳感標準
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            適用傳感器產品的環境試驗與相關標準簡述

            發布時間:2013-10-18??????發布人:澤天傳感??????點擊:

            環境試驗是為了保證產品在規定的壽命期間,在預期的使用,運輸或貯存的所有環境下,保持功能可靠性而進行的活動。是將產品暴露在自然的或人工的環境條件下經受其作用,以評價產品在實際使用,運輸和貯存的環境條件下的性能,并分析研究環境因素的影響程度及其作用機理。

            環境試驗設備是模擬各類環境氣候,運輸、搬運、振動、等條件下,是企業或機構為驗證原材料、半成品、成品質量的一種方法。目的是通過使用各種環境試驗設備做試驗,來驗證材料和產品是否達到在研發、設計、制造中預期的質量目標。廣泛用于大專院校、航空、航天、軍事、造船、電工、電子、醫療、儀器儀表、石油儀表、石油化工、醫療、汽摩等領域。

            環境試驗設備能按IEC、MIL、ISO、GB、GJB等各種標準或用戶要求進行高溫、低溫、溫度沖擊(氣態及液態)、浸漬、溫度循環、低氣壓、高低溫低氣壓、恒定濕熱、交變濕熱、高壓蒸煮、砂塵、耐爆炸、鹽霧腐蝕、氣體腐蝕、霉菌、淋雨、太陽輻射、光老化等。

            1、氣候環境試驗的意義與作用

            隨著科學技術經濟貿易的迅猛發展,自然資源海洋宇宙開發與利用,各種產品在貯存、運輸和使用過程中遇到的環境越來越復雜,越來越嚴酷。從熱帶到寒帶,從平原到高原,從海洋到太空等等,這就使得用戶和生產者雙方都關心產品在上述環境中得性能、可靠性和安全性,以保證產品能滿意地工作,這就必須要進行環境試驗。

            所謂環境試驗,就是將產品暴露在自然環境或人工模擬環境中,從而對它們實際上會遇到的貯存、運輸和使用條件下的性能做出評價。通過環境試驗,可以提供設計質量和產品質量方面的信息,是質量保證的重要手段。

            A、環境試驗的意義

            對產品的評價不能只看其功能和性能是否優秀,還要綜合其各方面條件,例如在嚴酷環境中,其功能和性能的可靠程度以及維修、成本高低等。在提高產品可靠性方面,環境試驗占有重要位置,說的極端一些,沒有環境試驗,就無法正確鑒別產品的品質、確保產品質量。

            在產品的研制,生產和使用中都貫穿著環境試驗,通常是設計一—環境試驗——改進——再環境試驗——投產。環境試驗越真實準確,產品的可靠性越好。

            B、環境試驗的作用

            1)用于產品研究性試驗:研究性試驗主要用于產品的設計、研制階段,用于考核所選用的元器件、零部件、設計結構、采用的工藝等能否滿足實際環境要求以及存在的問題。為了節省時間和充分暴露產品的薄弱環節,一般都采用加速環境試驗方法。

            2)用于產品定型試驗:定型試驗是用來確定產品能否在預定的環境條件下達到規定設計技術指標和安全要求。定型試驗是最全面的試驗,產品可能遇到的環境因素都必須考慮到。

            3)用于生產檢查試驗:生產檢查試驗主要用于檢查產品的工藝質量及工藝變更時的質量穩定性。

            4)用于產品的驗收試驗:驗收試驗是指產品出廠時,為了保證產品質量必須進行的一些項目的試驗,驗收試驗通常是抽樣進行的。

            5)用于安全性試驗:用環境試驗可以檢查產品是否危害健康及生命問題,用恒加速度來檢查產品安裝、連接的牢固性,以防止在緊急情況下被甩出而造成人身傷亡事故或撞壞其它設備。安全試驗通常采用較正常試驗更嚴酷的試驗等級進行。

            6)用于可靠性試驗:可靠性試驗是由環境試驗、壽命試驗、現象試驗和特殊試驗等組成,環境試驗是其中的主要組成部分。美國MIL-ZTD-781D中明確規定:環境試驗是可靠性試驗的必要補充內容,也是提高產品可靠性的重要手段。

            2、氣候環境試驗的分類

            A、按環境試驗形式分類:

            1)自然暴露試驗:是將樣品長期暴露在天然環境中,它分為加負荷和不加負荷兩種。

            2)現場試驗:為評價、分析產品的可靠性,在使用現場進行的試驗叫現場環境試驗。

            3)人工模擬試驗:是將樣品放在人工模擬試驗箱中進行的試驗。

            一般來說,自然暴露試驗和現場試驗能真實反映產品在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,但這二種試驗的不足之處是試驗周期長,花費人力物力大,因此只有對可靠性要求較高的產品才進行這項試驗。而人工模擬試驗是電工電子產品可靠性研究中常見的試驗方法。

            B、按環境試驗性質分類

            IEC(國際電工委員會)Tc75環境條件分類委員會于1981年頒布了“環境參數分級標準”,具體如下:

            1)氣候環境因素:溫度、濕度、壓力、日光輻射、沙塵、雪等。

            2)生物及化學因素:鹽霧、霉菌、二氧化硫、硫化氫等。

            3)機械環境因素:振動(含正弦、隨機)、碰撞、跌落、搖擺、沖擊等。

            4)綜合環境因素:溫度與濕度,溫度與壓力、溫度、濕度與振動等等。

            C、按環境試驗項目分類

            氣候環境試驗其項目可分為如下幾項:高溫、低溫、溫度循環、溫度沖擊、低氣壓、濕熱、日光輻射、砂塵、淋雨等,一般將鹽霧和霉菌試驗包括在其中。

            在上述試驗項目中又可分為單因素、綜合及組合試驗。

            3、氣候環境試驗的發展狀況

            從本世紀初,人們就注意到環境條件對產品的性能有很大的影響,隨著產品越來越復雜和使用環境越來越嚴酷,環境試驗受到人們的重視。

            A、國外情況

            環境試驗在國際上已有80多年的歷史,1919年美國開始進行人工模擬環境試驗,1943年,美國陸??哲姳阒贫谁h境試驗方法。當時的試驗項目主要是高溫、濕熱、低氣壓、砂塵、鹽霧、日光輻射等,其主要的目的是解決熱帶沙漠地區作戰的戰斗機、裝甲車等的質量問題。1955年,美國成立了環境工程學會。英國于1949年成立了環境工程學會。前蘇聯在五十年代就在國內各地建立了環境試驗站,并在我國進行大量的暴露試驗。東德于1962年成立了環境試驗委員會,主要負責電信設備和元件方面的環境試驗。

            IEC于四十年代開始研究環境試驗方面的問題,隨著電子電工產品環境試驗問題的日益突出,于1961年成立了Tc50“環境試驗技術委員會”,專門從事環境條件分類和分級的研究。

            B、國內情況

            我國的環境試驗始于五十年代,最先在廣州、上海、海南島等地建立了天然暴露試驗站,與東歐各國共同探索熱帶、亞熱帶、沿海地區氣候條件對產品的影響。我國的環境試驗從學習國外的標準,到逐步建立自己的環境試驗體系,幾十年來有了很大的發展。目前,國內的環境試驗工作正大面積地開展,各省市都建立了電子產品檢驗所(站),各大公司各大廠、所也都擁有自己的可靠性環境試驗室,并陸續淘汰了舊設備,引進和購置了一些新設備,隨著宇航事業的迅速發展,國防工業部門開始對可靠性和環境試驗給予高度重視,并投入了巨大的人力、物力、財力,對提高軍用產品的質量起到重要作用。

            4、氣候環境試驗設備

            在環境試驗中,人工模擬試驗是最常用和最重要的試驗方法,而環境試驗設備是開展人工模擬試驗工作研究的工具和手段。和環境試驗一樣,環境試驗設備從本世紀二十年代至今已有80多年的歷史了,從70年代開始,環境試驗設備有了迅速發展,并逐漸成為一門綜合性強技術復雜的邊緣科學。

            A)氣候環境試驗設備發展概況

            1)國外氣候試驗設備的發展情況來看,大致可分為三個階段:

            第一階段為探索階段(從20年代至50年代):這個階段是從無到有,其結構和電氣控制都是較為簡單的單因素設備。

            第二階段為發展階段(從50年代末至70年代中期):這個階段發展了幾十個品種、上百個規格,可以模擬從地面到高空的氣候試驗設備,這些設備在結構設計和電氣控制方面有了明顯的改進,基本實現了自動控制,并有了簡單的安全保護措施。

            第三階段為飛躍發展階段(從70年代末至今):這個階段生產的設備采用了許多新的科學技術成果,微處理機得到廣泛應用。從設計到制造,從測試到數據處理全部可以自動化,并出現了許多大型和綜合環境試驗設備??梢哉f,這個階段的設備從量變到質變,得到了突飛猛進的發展。

            2)國內研制和生產環境試驗設備已有四十多年的歷史,也經歷了從仿制、自行設計和更新設計三個階段。四十多年來,國內從事環境試驗設備研制和生產的廠、所發展到上百家,生產環境試驗設備二百多種。目前,不少廠家引進先進技術,按國際和國家標準,不斷更新設計,朝著多功能綜合參數、微機控制的方向發展。

            B、國內外部分氣候試驗設備標準

            GB 10586-89《濕熱試驗箱技術條件》,GB 10587-89《鹽霧試驗箱技術條件》,GB 10588-89《長霉試驗箱技術條件》,GB 10589-89《低溫試驗箱技術條件》,GB 10590-89《低溫/低氣壓試驗箱技術條件》,GB 10591-89《高溫/低氣壓試驗箱技術條件》,GB 10592-89《高、低溫試驗箱技術條件》,GB 11158-89《高溫試驗箱技術條件》,GB 11159-89《低氣壓試驗箱技術條件》。

            MIL-C-8811《淋雨試驗箱技術條件》,MIL-C-9452《霉菌試驗箱技術條件》,MIL-C-9435《防爆試驗箱技術條件》,MIL-C-9436《砂塵試驗箱技術條件》,MIL-Z-7951《高度-濕度-溫度試驗箱技術條件》。

            5、常用的環境試驗簡介

            振動試驗:振動試驗是評定元器件、零部件及整機在預期的運輸及使用環境中的抵抗能力?! ∥矬w或質點相對于平衡位置所作的往復運動叫振動。振動又分為正弦振動、隨機振動、復合振動、掃描振動、定頻振動。描述振動的主要參數有:振幅、速度、加速度。單頻正弦振動頻率為f時,振幅單峰值為D,則其速度單峰值為,加速度單峰值為。

            振動試驗標準:GJB150,GB-T 4857.23-2003,GBT4857.10-2005目前能進行振動試驗的實驗室有環境可靠性與電磁兼容試驗中心、航天環境可靠性試驗與檢測中心等

            壽命試驗:壽命試驗是研究產品壽命特征的方法,這種方法可在實驗室模擬各種使用條件來進行。壽命試驗是可靠性試驗中最重要最基本的項目之一,它是將產品放在特定的試驗條件下考察其失效(損壞)隨時間變化規律。通過壽命試驗,可以了解產品的壽命特征、失效規律、失效率、平均壽命以及在壽命試驗過程中可能出現的各種失效模式。如結合失效分析,可進一步弄清導致產品失效的主要失效機理,作為可靠性設計、可靠性預測、改進新產品質量和確定合理的篩選、例行(批量保證)試驗條件等的依據。如果為了縮短試驗時間可在不改變失效機理的條件下用加大應力的方法進行試驗,這就是加速壽命試驗。通過壽命試驗可以對產品的可靠性水平進行評價,并通過質量反饋來提高新產品可靠性水平。壽命試驗在北京實施的單位主要有航天環境可靠性與檢測中心和環境可靠性與電磁兼容試驗中心。

            鹽霧試驗:鹽霧試驗是一種主要利用鹽霧試驗設備所創造的人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料耐腐蝕性能的環境試驗。它分為二大類,一類為天然環境暴露試驗,另一類為人工加速模擬鹽霧環境試驗。人工模擬鹽霧環境試驗是利用一種具有一定容積空間的試驗設備——鹽霧試驗箱,在其容積空間內用人工的方法,造成鹽霧環境來對產品的耐鹽霧腐蝕性能質量進行考核。它與天然環境相比,其鹽霧環境的氯化物的鹽濃度,可以是一般天然環境鹽霧含量的幾倍或幾十倍,使腐蝕速度大大提高,對產品進行鹽霧試驗,得出結果的時間也大大縮短。如在天然暴露環境下對某產品樣品進行試驗,待其腐蝕可能要1年,而在人工模擬鹽霧環境條件下試驗,只要24小時,即可得到相似的結果。

            鹽霧的腐蝕:腐蝕是材料或其性能在環境的作用下引起的破壞或變質。大多數的腐蝕發生在大氣環境中,大氣中含有氧氣、濕度、溫度變化和污染物等腐蝕成分和腐蝕因素。鹽霧腐蝕就是一種常見和最有破壞性的大氣腐蝕。這里講的鹽霧是指氯化物的大氣,它的主要腐蝕成分是海洋中的氯化物鹽——氯化鈉,它主要來源于海洋和內地鹽堿地區。鹽霧對金屬材料表面的腐蝕是由于含有的氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護層與內部金屬發生電化學反應引起的。同時,氯離子含有一定的水合能,易被吸附在金屬表面的孔隙、裂縫排擠并取代氯化層中的氧,把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物,使鈍化態表面變成活潑表面。造成對產品極壞的不良反應。

            人工模擬鹽霧試驗又包括中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗、交變鹽霧試驗。

            (1)中性鹽霧試驗(NSS試驗)是出現最早目前應用領域最廣的一種加速腐蝕試驗方法。它采用5%的氯化鈉鹽水溶液,溶液PH值調在中性范圍(6~7)作為噴霧用的溶液。試驗溫度均取35℃,要求鹽霧的沉降率在1~2ml/80cm2。h之間。

            (2)醋酸鹽霧試驗(ASS試驗)是在中性鹽霧試驗的基礎上發展起來的。它是在5%氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸,使溶液的PH值降為3左右,溶液變成酸性,最后形成的鹽霧也由中性鹽霧變成酸性。它的腐蝕速度要比NSS試驗快3倍左右。

            (3)銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(CASS試驗)是國外新近發展起來的一種快速鹽霧腐蝕試驗,試驗溫度為50℃,鹽溶液中加入少量銅鹽—氯化銅,強烈誘發腐蝕。它的腐蝕速度大約是NSS試驗的8倍。

            (4)交變鹽霧試驗是一種綜合鹽霧試驗,它實際上是中性鹽霧試驗加恒定濕熱試驗。它主要用于空腔型的整機產品,通過潮態環境的滲透,使鹽霧腐蝕不但在產品表面產生,也在產品內部產生。它是將產品在鹽霧和濕熱兩種環境條件下交替轉換,最后考核整機產品的電性能和機械性能有無變化。

            鹽霧試驗標準及試驗結果的判定

            標準是對重復性事物和概述所做的統一規定。鹽霧試驗標準是對鹽霧試驗條件,如溫度、濕度、氯化鈉溶液濃度和PH值等做的明確具體規定,另外還對鹽霧試驗箱性能提出技術要求。同種產品采用那種鹽霧試驗標準要根據鹽霧試驗的特性和金屬的腐蝕速度及對鹽霧的敏感程度選擇。下面介紹幾個鹽霧試驗標準,如GB/T2423.17—1993《電工電子產品基本環境試驗規程試驗Ka:鹽霧試驗方法》,GB/T2423.18—2000《電工電子產品環境試驗第2部分:試驗試驗Kb:鹽霧,交變(氯化鈉溶液)》,GB5938—86《輕工產品金屬鍍層和化學處理層的耐腐蝕試驗方法》,GB/T1771—91《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》。

            鹽霧試驗的目的是為了考核產品或金屬材料的耐鹽霧腐蝕質量,而鹽霧試驗結果判定正是對產品質量的宣判,它的判定結果是否正確合理,是正確衡量產品或金屬抗鹽霧腐蝕質量的關鍵。鹽霧試驗結果的判定方法有:評級判定法、稱重判定法、腐蝕物出現判定法、腐蝕數據統計分析法。評級判定法是把腐蝕面積與總面積之比的百分數按一定的方法劃分成幾個級別,以某一個級別作為合格判定依據,它適合平板樣品進行評價;稱重判定法是通過對腐蝕試驗前后樣品的重量進行稱重的方法,計算出受腐蝕損失的重量來對樣品耐腐蝕質量進行評判,它特別適用于對某種金屬耐腐蝕質量進行考核;腐蝕物出現判定法是一種定性的判定法,它以鹽霧腐蝕試驗后,產品是否產生腐蝕現象來對樣品進行判定,一般產品標準中大多采用此方法;腐蝕數據統計分析方法提供了設計腐蝕試驗、分析腐蝕數據、確定腐蝕數據的置信度的方法,它主要用于分析、統計腐蝕情況,而不是具體用于某一具體產品的質量判定。

            試驗用鹽霧試驗箱主要應當符合CNS、ASTM、JIS、ISO標準

            電磁兼容EMC(Electromagnetic Compatibility):電磁兼容性(EMC)是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。因此,EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性。國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義是:系統或設備在所處的電磁環境中能正常工作,同時不對其他系統和設備造成干擾。

            各種運行的電力設備之間以電磁傳導、電磁感應和電磁輻射三種方式彼此關聯并相互影響,在一定的條件下會對運行的設備和人員造成干擾、影響和危害。20世紀80年代興起的電磁兼容EMC學科以研究和解決這一問題為宗旨,主要是研究和解決干擾的產生、傳播、接收、抑制機理及其相應的測量和計量技術,并在此基礎上根據技術經濟最合理的原則,對產生的干擾水平、抗干擾水平和抑制措施做出明確的規定,使處于同一電磁環境的設備都是兼容的,同時又不向該環境中的任何實體引入不能允許的電磁擾動。

            電磁干擾(Electromagnetic Interference),簡稱EMI,有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產生的干擾信號通過導電介質或公共電源線互相產生干擾;輻射干擾是指電子設備產生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網絡或電子設備。為了防止一些電子產品產生的電磁干擾影響或破壞其它電子設備的正常工作,各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產品產生電磁干擾有關規章或標準,符合這些規章或標準的產品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標準不是恒定不變的,而是天天都在改變,這也是各國政府或經濟組織,保護自己利益經常采取的手段。

            所謂電磁干擾是指任何能使設備或系統性能降級的電磁現象。而所謂電磁干擾是指因電磁干擾而引起的設備或系統的性能下降。

            EMC包括EMI(電磁干擾)及EMS(電磁耐受性)兩部份,所謂EMI電磁干擾,乃為機器本身在執行應有功能的過程中所產生不利于其它系統的電磁噪聲;而EMS乃指機器在執行應有功能的過程中不受周圍電磁環境影響的能力。

            進行電磁兼容兼容(包括電磁干擾和電磁耐受性)的檢測與試驗的機構有蘇州電器科學研究院、航天環境可靠性試驗中心、環境可靠性與電磁兼容試驗服務中心等實驗室。

            艦船沖擊試驗:艦船沖擊試驗是評定艦船電子設備在作戰時可能受到的非重復性的嚴重沖擊影響的適應性?! ∨灤瑳_擊試驗標準:GJB 4。9-1983,目前能進行艦船沖擊試驗的實驗室很少,有環境可靠性與電磁兼容試驗中心、航天環境可靠性試驗與檢測中心。

            老化試驗:老化試驗主要是指針對橡膠、塑料產品、電器絕緣材料及其他材料進行的熱氧老化試驗;或者針對電子零配件、塑化產品的換氣老化試驗。老化試驗又分為溫度老化、陽光輻照老化、加載老化等等。

            高溫老化一般分幾個等級進行,工業的一般用70度,4個小時,15度一個等級,一般有40度,55度70度,85度幾個等級,時間一般都是4個小時。

            能實施老化試驗的實驗室主要有蘇州電器科學研究所、國家電器產品質量監督檢驗中心、梓愷環境可靠性與電磁兼容試驗服務中心、航天環境可靠性試驗與檢測中心、廣州電子產品可靠性與環境試驗研究所等。

            沙塵試驗:沙塵試驗主要用于低壓電器、電機、儀器、儀表、電子產品、燈具的沙塵模擬檢測。是評價所有機械,電子,電化學,和機電設備,暴露于干砂或充滿塵土的大氣的作用下的抵抗能力及能否儲存和運行。標準有:GB/T 2423.37-2006

            防護等級試驗:外殼防護等級(IP代碼)是將產品依其防塵、防止外物侵入、防水、防濕氣之特性加以分級。這里所指的外物包含工具、人的手指等均不可接觸到燈具內之帶電部分,以免觸電。它一般是由兩個數字所組成,第一個數字表示產品防塵、防止外物侵入的等級;第二個數字表示產品防濕氣、防水侵入的密閉程度。數字越大,表示其防護等級越高。如:外殼防護等級(IP代碼)示例如:IPXX,

            防塵等級(第一個X表示):0:沒有保護;1:防止大的固體侵入;2:防止中等大小的固體侵入;3:防止小固體進入侵入;4:防止物體大于1mm的固體進入;5:防止有害的粉塵堆積;6:完全防止粉塵進入

            防水等級(第二個X表示):0:沒有保護;1:水滴滴入到外殼無影響;2:當外殼傾斜到15度時,水滴滴入到外殼無影響;3:水或雨水從60度角落到外殼上無影響;4:液體由任何方向潑到外殼沒有傷害影響;5:用水沖洗無任何傷害;6:可用于船艙內的環境;7:可于短時間內耐浸水(1m);8:于一定壓力下長時間浸水

            外殼防護等級(IP代碼)的標準有:由IEC所起草國際防護和防水試驗標準:國際電工委員會標準IEC529–598;國標GB700–86.3)GB 4208等。

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