Оборудование, применяемое при проведении испытаний
На воздействие пониженного атмосферного давления
Для испытаний на воздействие пониженного атмосферного давления применяют термобарокамеры, воспроизводящие пониженное давление при нормальной, повышенной и пониженной температуре.
Различают два типа термобарокамер:
- при наружном расположении термоизоляции;
- при внутреннем расположении термоизоляции.
Средства измерений при испытаниях на воздействие
Пониженного атмосферного давления
Для измерения давления в термобарокамере используют манометры. Наибольшее распространение получили деформационные манометры с упругим элементом.
Глава 2. Пример решения индивидуального задания
Условия задания
Необходимо выбрать и описать виды и методы испытаний, относящиеся к климатическим и механическим испытаниям, для электронного средства со следующими характеристиками и условиями эксплуатации:
· Климатический регион эксплуатации – умеренный.
· Низшая резонансная частота = 1500 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – есть.
· Место эксплуатации – авиатехника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Указать тип испытательного оборудования и средств измерения.
Пример решения
Анализ условия задачи
Проанализировав условия задачи, выберем следующие виды испытаний, относящиеся к климатическим.
Исходя из характеристики климатического региона (средняя максимальная температура в регионе +40°С, а средняя минимальная –45°С. Особенностью региона является наибольшее по сравнению с другими регионами число переходов температуры через точку замерзания воды, что способствует возникновению значительных напряжений в ограниченных объемных конструкциях, содержащих влагу, и может приводить к их разрушению) необходимо проводить следующие виды испытаний:
· Испытание на повышенные температуры.
· Испытания на пониженные температуры.
· Испытания на смену температур.
· Испытания на воздействие влаги.
Так как электронное средство (ЭС) эксплуатируется на авиатехнике, необходимо также провести испытание на:
· Пониженное атмосферное давление.
В связи с тем, что корпус покрыт полимерным материалом, необходимо провести испытание на:
· Воздействие солнечного излучения.
Из условия задачи следуют следующие виды механических испытаний:
· Испытания на вибропрочность.
· Испытания на виброустойчивость.
· Испытания на удароустойчивость.
Испытание на ударопрочность исключается, т.к. низшая резонансная частота больше 1000 Гц (см. испытания на обнаружение резонансных частот). В случае когда в задании низшая резонансная частота не определена, необходимо описать испытание на обнаружение резонансных частот и выбрать частоту самостоятельно.
Из условий эксплуатации также следует необходимость провести испытания на воздействие:
· Акустического шума.
· Линейных (центробежных) нагрузок.
Климатические испытания.
1. Испытания на повышенные температуры.
Испытания на воздействие повышенной температуры проводят с целью определения способности ЭС сохранять свои параметры и внешний вид в пределах норм ТУ в процессе и после воздействия верхнего значения температуры.
Т.к. по условию задачи ЭС является теплорассеивающим, то будем проводить испытание под совмещенной термической и электрической нагрузкой.
При испытании под совмещенной нагрузкой изделия помещают в камеру и испытывают под нормальной или максимальной допустимой для этих ЭС электрической нагрузкой, при значении температуры внешней среды в зависимости от степени жесткости испытаний.
Степень жесткости испытания на повышенные температуры выбираем, исходя из характеристики климатического региона (+40°C), - 1 степень жесткости.
Исходя из условий эксплуатации ЭС на авиатехнике, выбираем метод периодического теплового воздействия.
Для проведения испытаний применяют камеры тепла. Средства измерения – термопреобразователи.
2. Испытания на пониженные температуры.
Испытания на воздействие пониженных температур проводят с целью проверки параметров и внешнего вида ЭС в пределах норм ТУ в процессе и после воздействия низкой температуры окружающей среды.
Степень жесткости испытания на пониженные температуры выбираем, исходя из характеристики климатического региона (–45°C), - 3 степень жесткости.
При испытании изделия для оценки его работоспособности, в процессе испытания изделие подвергается воздействию низкой температуры до наступления температурного равновесия, после чего аппаратуру включают и проверяют значения параметров, предусмотренных в НТД. Затем аппаратуру отключают и подвергают воздействию пониженной температуры 2 часа. По завершении указанной выдержки находящаяся в камере аппаратура включается вновь, и после достижения установившегося режима проводится измерение ее параметров.
Для проведения испытаний применяют камеры холода. Средства измерения – термопреобразователи.
3. Испытания на циклическое воздействие смены температур.
Испытания на воздействие изменения температуры окружающей среды проводят с целью определения способности ЭС сохранять свой внешний вид и значения параметров в пределах, установленных в ТУ.
Исходя из характеристики климатического региона (особенностью региона является наибольшее по сравнению с другими регионами число переходов температуры через точку замерзания воды, что способствует возникновению значительных напряжений в ограниченных объемных конструкциях, содержащих влагу, и может приводить к их разрушению), проводим испытание методом постепенного изменения температуры.
Испытания обычно проводят без электрической нагрузки. При испытаниях тепловыделяющих ЭС не под электрической нагрузкой в камере устанавливают положительную температуру, равную максимальному значению температуры наиболее температурно-напряженного участка ЭС. Особенностью испытаний на постепенное изменение температуры является то, что ЭС подвергается воздействию непрерывно следующих друг за другом циклов.
Для проведения испытаний применяют камеры тепла и холода. Средства измерения – термопреобразователи.
Так как ЭС эксплуатируется на авиатехнике, необходимо дополнительно провести испытание методом теплового удара.
Испытания на тепловой удар проводят с целью определения электрических характеристик изделий и их механической прочности при экстремальных температурных воздействиях. Особенностью испытаний на тепловой удар является быстрое изменение температуры окружающей среды.
Для проведения испытаний применяют или перенос ЭС из камеры тепла в камеру холода и назад, или специальные камеры. Средства измерения – термопреобразователи.
4. Испытания на воздействие влаги.
Так как для региона характерны частые переходы температуры через 0°С, то для проведения испытания на воздействие влаги применяем метод с конденсацией влаги, т.е. циклический режим испытаний.
Циклический режим испытаний характеризуется воздействием повышенной влажности при циклическом изменении температуры воздуха в камере. В результате создаются условия для конденсации влаги на наружных поверхностях изделий и последующего ее испарения, что способствует интенсивному развитию процессов коррозии. Также сконденсированная влага может проникнуть внутрь изделия через различные микроканалы в сварных и паяных швах.
Исходя из характеристик региона, выбираем 4 степень жесткости.
Для проведения испытаний применяют камеры тепла и влаги. Средства измерения – гигрометры.
5. Испытание на воздействие пониженного давления.
Целью испытаний ЭС на воздействие пониженного атмосферного давления является определение их пригодности для эксплуатации в наземных или авиационных условиях на больших высотах при атмосферных давлениях не ниже 1.33 кПа.
Т.к. по условию задачи ЭС является теплорассеивающим, то будем проводить испытание при повышенной температуре.
Для проведения испытаний применяют термобарокамеры. Средства измерения – манометры.
6. Испытание на воздействие солнечного излучения.
Испытания на воздействие солнечного излучения проводят с целью проверки сохранения внешнего вида и параметров изделия после воздействия солнечного излучения. Данному виду испытаний подвергаются ЭС или применяемые в них конструктивные элементы, покрытия, выполненные из органических материалов, которые не подвергались ранее воздействию других видов испытаний.
Данное ЭС является теплорассеивающим, поэтому необходимо провести испытание методом А, при этом будем проверять работоспособность ЭС в условиях повышенного теплового воздействия.
Метод А характеризуется 24-часовым циклом, состоящим из 8-часовой фазы облучения и 16-часовой темновой фазы. За указанный период времени обеспечивается получение изделием облучения, соответствующего наиболее жестким условиям эксплуатации (8.96 кВт*м2). Количество циклов обычно равно 3, но для крупногабаритных изделий требуется увеличить это число.
Для проведения испытаний применяют камеры солнечной радиации. Средства измерения - приборы для измерения солнечного излучения: пиргелиометры, пиранометры и актинометры.
Механические испытания.
1. Испытания на виборпрочность.
Испытания на вибропрочность проводят с целью проверки способности ЭС противостоять разрушающему воздействию вибрации и сохранять свои параметры после воздействия вибрации в пределах значений, указанных в ТУ на изделие.
Для проведения данного испытания выбираем метод узкополосной случайной вибрации как оптимальный по соотношению адекватности испытаний и цены испытательного оборудования.
Этот метод еще называется методом случайной вибрации со сканированием полосы частот. Случайная вибрация в этом случае возбуждается в узкой полосе частот, центральная частота которой по экспоненциальному закону медленно сканирует по диапазону частот в процессе испытания.
В этом методе реализовано компромиссное решение методов испытаний широкополосным сигналом и синусоидальным сигналом с качающейся частотой.
Степень жесткости выбираем, начиная с 11 (из возможных с 11 по 14).
Испытательное оборудование - вибрационные установки (вибростенды).
Средства измерения – виброизмерительные преобразователи.
2. Испытания на вибоустойчивость.
Испытания на виброустойчивость проводят с целью проверки способности изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах, указанных в ТУ, в условиях воздействия вибрации в заданном диапазоне частот и ускорений.
Для проведения данного испытания выбираем метод узкополосной случайной вибрации как оптимальный по соотношению адекватности испытаний и цены испытательного оборудования.
Этот метод еще называется методом случайной вибрации со сканированием полосы частот. Случайная вибрация в этом случае возбуждается в узкой полосе частот, центральная частота которой по экспоненциальному закону медленно сканирует по диапазону частот в процессе испытания.
В этом методе реализовано компромиссное решение методов испытаний широкополосным сигналом и синусоидальным сигналом с качающейся частотой.
Степень жесткости выбираем, начиная с 11 (из возможных с 11 по 14).
Испытательное оборудование – вибрационные установки (вибростенды).
Средства измерения – виброизмерительные преобразователи.
3. Испытание на удароустойчивость.
Испытания на ударную устойчивостьпроводят с целью проверки способности ЭС выполнять свои функции в условиях действия механических ударов.
Для проведения испытания выберем метод многократных ударов. Форма ударных импульсов полусинусоидальная. Количество ударов 4000.
Исходя из того, что ЭС имеет ось симметрии, удары направляем в двух взаимно перпендикулярных направлениях (по оси симметрии и перпендикулярно ей).
Испытательное оборудование – ударные установки.
Средства измерения – пьезоэлектрические, емкостные, тензометрические датчики.
4. Испытание на воздействие акустического шума.
Испытания проводят с целью определения способностей изделий выполнять свои функции, сохраняя свои параметры в пределах норм, указанных в ТУ и стандартах на данное ЭС, в условиях воздействия повышенного акустического шума.
Для проведения испытания выберем метод тона меняющейся частоты. Степень жесткости - 3.
Испытания методом тона меняющейся частоты проводят путем воздействия тоном меняющейся частоты в том же диапазоне частот при плавном изменении по всему диапазону от низшей к высшей и обратно (один цикл). При этом в диапазоне частот 200–1000 Гц уровень звукового давления должен соответствовать степени жесткости. На частотах ниже 200 и выше 1000 Гц должно быть снижение, равное 6 дб/окт относительно уровня на частоте 1000 Гц. Испытания проводят в течение 30 мин, если большее время не требуется для контроля параметров изделий.
Испытания проводят под электрической нагрузкой. При этом измеряют параметры, по изменению которых можно судить об устойчивости изделий к воздействию акустических шумов. Регистрация проверяемых параметров и их последующее сравнение с первоначальными значениями позволяет оценить результат испытаний. Кроме этого, проводится визуальный осмотр ЭС на выявление механических повреждений.
Испытательное оборудование – акустические камеры.
Средства измерения – измерительные микрофоны.
5. Испытания на воздействие линейных нагрузок.
Испытания проводят с целью проверки способности ЭС выполнять свои функции при линейных нагрузках.
Степень жесткости выбираем 9.
Испытательное оборудование – центрифуги.
Средства измерения – тахометры.
Глава 3. Варианты контрольной работы №1
Условия задания
Необходимо выбрать и описать виды и методы испытаний, относящиеся к климатическим и механическим испытаниям, для электронного средства со следующими характеристиками и условиями эксплуатации. Указать тип испытательного оборудования и средств измерения.
Вариант 1
· Климатический регион эксплуатации – очень холодный.
· Низшая резонансная частота – не определена.
· Ось симметрии электронного средства – нет.
· Место эксплуатации – стационарно, на открытом воздухе.
· Электронное средство является не теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Вариант 2
· Климатический регион эксплуатации – холодный.
· Низшая резонансная частота = 750 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – есть.
· Место эксплуатации – авиатехника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 3
· Климатический регион эксплуатации – умеренный.
· Низшая резонансная частота = 2500 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – определено наиболее опасное направление.
· Место эксплуатации – космическая техника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 4
· Климатический регион эксплуатации – влажный тропический.
· Низшая резонансная частота – больше двух верхних частот рабочего диапазона.
· Ось симметрии электронного средства – нет.
· Место эксплуатации – стационарно, на открытом воздухе.
· Электронное средство является не теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Вариант 5
· Климатический регион эксплуатации – сухой тропический.
· Низшая резонансная частота = 1850 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – есть.
· Место эксплуатации – стационарно, на открытом воздухе.
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 6
· Климатический регион эксплуатации – умеренный морской.
· Низшая резонансная частота = 500 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – определено наиболее опасное направление.
· Место эксплуатации – космическая техника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является не теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 7
· Климатический регион эксплуатации – тропический морской.
· Низшая резонансная частота – не определена.
· Ось симметрии электронного средства – нет.
· Место эксплуатации – стационарно, на открытом воздухе, в прибрежном районе.
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Вариант 8
· Климатический регион эксплуатации – очень холодный.
· Низшая резонансная частота - больше двух верхних частот рабочего диапазона.
· Ось симметрии электронного средства – есть.
· Место эксплуатации – авиатехника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 9
· Климатический регион эксплуатации – холодный.
· Низшая резонансная частота = 2750 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – определено наиболее опасное направление.
· Место эксплуатации – космическая техника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является не теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Вариант 10
· Климатический регион эксплуатации – умеренный.
· Низшая резонансная частота - не определена.
· Ось симметрии электронного средства – есть.
· Место эксплуатации – стационарно, на открытом воздухе.
· Электронное средство является не теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 11
· Климатический регион эксплуатации – влажный тропический.
· Низшая резонансная частота = 1350 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – есть.
· Место эксплуатации – авиатехника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 12
· Климатический регион эксплуатации – сухой тропический.
· Низшая резонансная частота = 750 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – определено наиболее опасное направление.
· Место эксплуатации – космическая техника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является не теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Вариант 13
· Климатический регион эксплуатации – умеренный морской.
· Низшая резонансная частота – не определена.
· Ось симметрии электронного средства – нет
· Место эксплуатации – стационарно, на открытом воздухе, в прибрежном районе.
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Вариант 14
· Климатический регион эксплуатации – тропический морской.
· Низшая резонансная частота = 2700 Гц.
· Ось симметрии электронного средства – есть.
· Место эксплуатации – авиатехника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является не теплорассеивающим.
· Особые параметры – отсутствуют.
Вариант 15
· Климатический регион эксплуатации – умеренный.
· Низшая резонансная частота – не определена.
· Ось симметрии электронного средства – нет.
· Место эксплуатации – авиатехника (электронное средство расположено так, что на него оказывает влияние внешняя среда, в процессе эксплуатации дополнительного нагрева ЭС не происходит).
· Электронное средство является теплорассеивающим.
· Особые параметры – корпус покрыт полимерным материалом.
Литература
1. Малинский В.Д. и др. Испытания аппаратур и средств измерений на воздействие внешних факторов: Справочник. – М.: Машиностроение, 1993. – 567 с.: ил.
2. Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислитель-ной аппаратуры и испытательное оборудование: Учебное пособие для ВУЗов // Под ред. проф. А.И. Коробова. – М.: Радио и связь, 1987. – 272 с.: ил.
3. Чернышев А.А. Основы конструирования и надежности электронно-вычислительных средств: Учебное пособие для ВУЗов. – М.: Радио и связь, 1998. – 448 с.: ил.
[1] Первичными параметрами при получении модели отказов называют параметры ЭС, которые оказывают влияние на выходные параметры ЭС, такие как колебания питающих напряжений, температура окружающей среды, влажность и т.д.