应力试验箱

p style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong0 引言/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "随着科技的发展，电子设备的集成度越来越高，升级换代的速度越来越快，随之而来的可靠性问题也越来越突出。传统的可靠性试验已经很难满足发展的要求，因此近些年越来越多机构开始引进高加速寿命试验（HALT：Highly Accelerated Life Testing）/高加速应力筛选（HASS：Highly Accelerated Stress Screening）试验方法，用于克服传统的可靠性试验存在的周期长、成本高和效率低等问题。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a）HALTHALT主要应用于产品的研制阶段，是为了得出产品的设计裕度和极限承载能力（破坏或损伤极限）而设计的一种试验，主要试验步骤有：/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1）低温步进应力试验（以5℃或10℃为步长）；/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2）高温步进应力试验（以5℃或10℃为步长）；/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "3）温度循环试验（温度变化速率为60℃/min，5个循环）；/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "4）振动步进应力试验（以5 Grms为步长）；/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "5）综合应力试验（第3）和第4）步综合试验）。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "b）HASS/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "HASS应用于产品量产阶段，目的是在极短的时间内发现批量生产的成品是否存在生产质量上的隐患。HASS试验剖面的选择主要是依据HALT的结果、产品性能测试所需要的时间、 产品试验过程中所施加的应力和产品产量等，其一般试验如下所述。 /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1）温度循环/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "试验温度一般取工作极限温度范围的80%，试验温度保持时间一般取决于样品温度到达平衡所需要的时间和测试样品工作状态所需要的时间，温度变化速率为40~60℃/min。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2）振动应力/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "振动量级一般取破坏极限的50%，如果超过工作极限，则取工作极限的80%。以上是开展HALT/HASS的基本要求，能满足HALT/HASS试验要求的试验设备要求如下：温度范围为-100~+200℃，温度变化速率为40~60℃/min，气动式三轴六自由度振动台（可产生多轴连续的超高斯宽带伪随机振动信号）的振动频率为5 Hz~10 kHz，振动方向包括X、Y、Z轴向的线加速度和转动加速度。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong1 设备介绍 /strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "基于上述试验要求，需要有一套试验设备才能满足HALT/HASS试验的开展。现以广五所研制的HALT/HASS试验箱来阐述其实现原理。本试验箱可用于电子、电工和军工产品按国标、国军标和行业标准进行上述单项环境应力或多环境综合应力组合的可靠性与模拟环境试验。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong1.1 技术指标和性能/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a）标称内容积：1.0 msup3/sup。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "b）温度范围：-100~+200℃。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "c）温度波动度：≤2 ℃。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "d）温度最大变化速率：/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1）≥70℃/min（标准负载下，－80～+150℃，全程平均，试验空间入风区控制点测量）；/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2）≥60℃/min（标准负载下，－100～+200℃，全程平均，试验空间入风区控制点测量）。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "e）标准负载：10kg铝锭。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "f）气锤振动台：采用三轴6个自由度的随机振动，频率范围为5~10 kHz。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "g）振动能量：100 Grms，90%的振动能量集中在5 Hz~4 kHz低频范围内。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "h）振动稳定度：± 1 Grms（达到稳定设定值1 min内）。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "i）控制精度：± 1 Grms（稳定1 min后），最小1 Grms起振，步进1 Grms。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "j）台面振动均匀度：振动台面振动均匀度在30%以内。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong1.2 主要特点/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a）适用于温度、振动应力综合试验。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "b）控制方式：液氮比例控制阀控制冷量，可实现温度变化速率无级可调，高效节能，控制精度高。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "c）结构紧凑，占地面积少。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "d）噪声低。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong2 试验箱结构及控制原理/strong/span /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "试验箱主要由试验箱体、振动机构、液氮机构和电气控制系统组成。其剖面结构图如图1所示，图中主要功能部件名称为：1. 试验箱体保温层，2. 液氮系统，3. 电机及叶轮，4. 气压平衡口（排气口），5. 加热器，6. 出风口，7. 指示灯，8. 人机界面，9. 控制端子，10. 电控部分，11. 气动部分，12. 气锤振动台，13. 安装座，14. 气锤。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/9afcefb0-fa4e-4345-8b8a-156eb0bfd143.jpg" title="图1.jpg" alt="图1.jpg"//pp style="text-align: center "strong图1 试验箱总体结构/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong2.1 试验箱体/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "试验箱体由外箱、内箱和保温层组成。外箱为双面镀锌钢板，表面喷塑处理，外箱内侧辅以钣金结构件或型材作为骨架加强。各个零件间采用COsub2/sub气体保护电弧焊、点焊和压铆等工艺进行连接，整体结构牢固美观。内箱材料选用需考虑到满足温度范围、防止生锈、振动和可焊接性等因素，板材方面使用SUS304不锈钢板，具有高的耐蚀性，较好的冷作成型和焊接性，很好的机械性能。在低温、室温和高温下均有较高的塑性和韧性。试验箱体保温层由硬质聚氨脂发泡层和玻璃纤维材料进行绝热保温，硬质聚氨脂板是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数仅0.022～0.033 W/（m.K）。硬质聚氨脂发泡层通过多异氰酸酯、组合聚醚（多元醇）、阻燃剂、催化剂和发泡剂等其他助剂混合而成，覆盖在外箱内表面。玻璃纤维是一种无机质纤维，具有成型好、体积密度小、热导率低、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀和化学性能稳定等特点。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong2.2 电气控制/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "本试验箱的电控部分所使用的测量系统、IO模块、HMI和CPU模块都是由广五所研发，使用RS485通讯方式，电控系统的总体框图如图2所示。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/77b077ac-921a-4a77-81e7-40557824311d.jpg" title="图2.jpg" alt="图2.jpg"//pp style="text-align: center "strong图2 试验箱电控总体框图/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong2.3 温度调节机构及控制/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "温度调节结构是温度控制的关键部分，包括加热器、液氮系统和搅拌风机。其中，加热器、液氮雾化喷嘴和搅拌风机按顺序（如图1所示）设置在箱体的气体调节通道内。其工作原理为：采用强制空气对流的方法来进行热量的传递， 以保证试验空间的温度均匀性。 试验箱气体由离心风机叶轮从回风口吸入， 通过导流装置后吹出， 可以使调节通道内的加热器和雾化后的液氮进行充分的热量交换，经过搅拌均匀后的风经导风口吹出进入试验区域， 导风口还可以安装导风管，可以通过导风管使大件样品和散热口不在风流方向的样品内部能以最快的速率实现温度变化。出风口设置有温度测量元件，连接至测量板，测量数据通过通讯电缆传送给CPU单元，算法运算后输出控制量。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "本试验箱要求温度变化速率要超过60℃/min，这是温度控制的关键，升温功能由镍铬丝通电发热实现。镍铬丝具有较高的电阻率，表面抗氧化性好，温度级别高，并且在高温下有较高的强度，有良好的加工性能和可焊性，是现有高效的加热材料，应用时设计为三相平衡。由于机械制冷很难实现这样的降温速率，因此本试验箱采用的是液氮制冷方式。液氮的沸点低，价格相对便宜，常压下液氮的温度为-196℃，1 m3的液氮可以膨胀至696m3、21℃的纯气态氮。虽然液氮汽化后变为氮气，氮气是惰性气体，在大气中重量比75.5%，但是在实验室内，如果试验时氮气不能及时排到室外，可能会造成室内人员缺氧，因此试验箱配有气压平衡装置把氮气排到室外，由于气化过程中压强升高，气体能从试验区顺利排出，避免箱体受压变形，这也是气压平衡装置名称的由来。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "液氮系统是温度调节结构的核心，其结构示意图如图3所示，各个功能部分的名称如下：1.空气压力报警，2.空气调压阀，3.空气电气比例阀，4.液氮比例控制阀，5.液氮管路排气电磁阀，6.液氮压力安全泄压阀，7.液氮压力报警，8.液氮主管路电磁阀，9.保温层，10.液氮雾化喷嘴。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/75049ce4-c225-4da0-8243-899fea2e5ab3.jpg" title="图3.jpg" alt="图3.jpg"//pp style="text-align: center "strong图3 液氮系统图/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "液氮由氮气罐接口接入，通过液氮电磁阀控制通断，液氮电磁阀在运行时打开，设备故障或停止时关闭。排气阀的作用是试验前对液氮管路进行排空，保证试验时管路里面都是液态氮，以确保试验的可靠性、稳定性和可重复性。液氮比例控制阀属于节流元件，是控制执行器的关键器件，开度在0~100范围接近线性的输出，以利于大范围的调整，能保证降温时的大流量要求，也可以满足恒定时小流量的需要，具有明显的节能效果。由于液氮在常压下span style="text-indent: 2em "的蒸发温度为-196℃，与试验设定温度相差很大，因而需要精确控制流量才不会造成温度过冲或大幅回升。为了保证对温度的精确控制，就要考虑响应时间的问题，传统的电动执行装置响应时间过长，明显不能满足这个需要。因此本试验箱采用的是气动驱动以保证快速响应。 为了使液氮比例控制阀的响应速率满足要求，我们使用了一个称为电气比例阀的驱动器来控制供气的压强， 它可以把控制输出的模拟电信号转化为压强输出，电气比例阀的输入信号 类型及范围需要和控制输出一致，输出压强范围要和液氮比例控制阀一致，这样才能保证控制精度。为了防止快速升温、降温过程中过冲量过大，还需要做控制算法上的处理，如果不能及时预判当前温差、温度变化的速率，就会造成过冲量大，震荡次数多，或者过早减少输出保证不了速率。针对长距离快速温度变化，对设定曲线增加一些非线性的降温处理，并在降温转恒温阶段由PID控制切换到PI控制。针对短距离步进，使用模糊控制加PID的控制方式，并对输出的范围加以约束。经过液氮比例控制阀的液化氮送到雾化组件进行雾化，雾化组件的核心部件是液氮喷嘴，其作用就是把液氮雾化，喷到通道后快速汽化，雾化后颗粒的大小、喷射角度和流量的多少都要与降温的需要相一致，这样才能保证控制精度。流量决定了降温速率的达成可能性，喷射角度和雾化后颗粒直径决定了换热的效率，颗粒越小越好，喷射角度越大越好。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong2.3 振动系统及控制/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "振动台系统由振动台、供气系统和控制系统组成。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "振动台有两层结构面板，由结构螺丝连接，上层固定待测物，下层锁紧气锤，其特点是台面质量轻，同时增加台面刚性，刚性加强后可以有更好的振动传导特性，低频振动能量较高。频率范围更宽，扩展到5～1 000 Hz，并且90%的能量都集中在5～4 000 Hz范围内，因为大部分电子产品的失效频率都集中在这一频段内，可以有效地快速激发产品故障。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "振动台上表面采用衬垫式的安装螺孔，并有凸起部分，采用此结构的设计理念，一是可以改善振动的传导特性，把更多的振动激励传导到样品上；第二是凸起结构可以使得样品或夹具和台体表面具有一定的空余间隙，风流可以顺利通过样品或夹具底部从而保证样品的上下表面温度更加均匀。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "振动台面增加陶瓷涂层的结构设计，可以抗腐蚀，耐高低温，更好地保护振动平台和气锤，延长使用寿命；还可以保证设备长时间在高低温环境下运行，延长设备的使用寿命。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "气锤分大中小3种不同的型号，多种气锤的组合更有利于台面激励的均匀性，采用高压油雾器对气锤进行润滑，可以降低气锤的故障率，延长气锤的使用寿命。排气时气体统一由消声器排出，降低振动噪音。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "振动台安装在箱内弹簧隔离座上，可起到减震作用，不影响气锤工作时的激励作用。在密封连接处理上，振动台面与试验箱底板采用软连接，需要时可以拆装。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "对振动台的控制其实就是对气锤的控制，也就是对进入气锤的气体压强的控制，有点类似于液氮的控制方法，既需要振动的快速性又需要稳定性，这里也用到了电气比例阀。由于加速度的测量不像温度测量那样稳定，需要用到振动信号的转换板，将其转化为模拟信号或者通过通讯反馈到CPU单元，进行算法运算，输出模拟信号给电气比例阀，控制进入气锤的气体压强，从而控制气锤产生的激励。只要气源压力和供气管路保证流量，正常的负反馈控制都可以实现。这里有两个难点，都属于硬件的固有特性方面的问题。一个是加速度传感器的信号微弱，测量值不够精确稳定，需要在测量时做滤波处理，转换为数字量后还可能需要再次做滤波处理，这两次滤波效果会直接影响控制精度和控制品质；另一个就是气锤在较小能量级时整个台面不太稳定，会造成加速度传感器测量跳动比较大，也会影响控制品质，这时候需要更慢的输出变化。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong3 结束语/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "本文对HALT/HASS试验箱的结构和工作原理进行了阐述，以上系统经多个客户的使用证明完全满足HALT/HASS的要求。通过该试验箱进行HALT/HASS能切实提高电子设备的可靠性， 大大地降低试验成本。此结构简单紧凑，运行噪声小，能耗适中，可靠性高。此类试验设备在国内的产品化对HALT/HASS试验的推进起到了积极作用，可大大地提高电子行业及其他相关行业产品整体的可靠性。/ppbr//p

高低温低气压试验箱是一种主要用于测试材料和产品在高温、低温、气压变化条件下的性能和稳定性的实验设备。本文将详细介绍该试验箱的相关知识和操作技巧，帮助读者更好地理解和应用。上海和晟 HS系列 高低温低气压试验箱首先，高低温气压试验箱的结构主要包括以下几个部分：温度控制系统、压力控制系统、湿度控制系统以及样品架和试验样品。温度控制系统通过加热和制冷装置来控制试验箱内的温度，压力控制系统则模拟不同气压条件下的试验环境。湿度控制系统用于控制试验箱内的湿度，而样品架则用于放置待测试的样品，试验样品需要在样品架上按照规定的格式进行摆放。在使用高低温气压试验箱时，首先需要进行预处理。预处理包括对试验箱进行初始化设置，设置试验箱的温度、压力和湿度等参数，以及对试验箱进行校准，确保试验箱能够准确控制各项参数。在选择测量系统时，需要根据待测试的样品性质和要求进行选择，例如选择温度传感器、压力传感器等。同时，在试验过程中需要注意安全事项，如佩戴实验服、注意样品摆放等。对于高低温气压试验箱的维护和保养，日常维护是非常重要的。每日需要检查试验箱的各项参数是否正常，如温度、压力和湿度等。每月需要进行一次清洁和维护，包括清洗试验箱内部、检查管道和阀门等。每半年需要进行一次详细的检查和校准，确保试验箱能够正常工作。高低温气压试验箱在许多领域都有广泛的应用。例如，在航空航天领域，该试验箱可用于模拟飞机在高空不同气压条件下的性能测试。在汽车行业，试验箱可用于测试汽车零部件在高温和低温条件下的性能。此外，在电子产品制造、材料研究等领域也有广泛的应用。为了更好地应用高低温气压试验箱，了解一些技巧和注意事项是非常有帮助的。首先，对于不同性质的样品，在试验过程中的处理方式可能有所不同。例如，一些易碎的样品需要特殊处理，以避免在试验过程中受到损坏。其次，在使用试验箱时，需要注意压力变化的速度和幅度，避免对样品产生过大的应力。此外，还需要根据实际需求对试验箱的参数进行调整，以满足具体的测试要求。总之高低温气压试验箱是一种非常重要的实验设备可以模拟各种环境条件下的测试,为材料和产品的性能研究提供了有力的支持通过对材料进行不同条件的实验可以更方便地发现其各种性能短板、特殊性能以及其量变临界值，从而为科学研究和技术开发提供有效的帮助。

冷热冲击试验箱选择依据是工程产品的试验规范和试验标准以及一些原则，其中需要遵循的5条原则，主要包括可：重复性、再现性、可测控性、排它性、安全可靠性。　　　　可重复性是：一试验设备可能用于同一类型产品的多次试验，而一台被试的工程产品也可能在不同的环境试验设备中进行试验，被冷热冲击箱试验产品的应力水平（如热应力、振动应力、电应力等）对于同一试验规范的要求是一致的。　　　 再现性是：指两个不同的实验室对同一物料进行测定两个分析结果接近的程度，检测同一被测物的重复检测结果之间的一致性，即检测条件的改变只限于操作者的改变。也就是说别人用你说的方法和仪器也能做出同样的结果来，这就是试验的再现性。当然，这样的试验就叫做再现性实验。　 可测控性是 任何一台环境冷热冲击箱试验设备所提供的环境条件必须是可观测的和可控制的，各种试验规范中大体要求参数测试的精度不应低于试验条件允许的误差的三分之一。　　　　排它性：每一次进行环境或可靠性试验，冷热冲击箱对环境因素的类别、量值及容差都有严格的规定，并排除非试验所需的环境因素渗透其中，以便在试验中或试验结束后判断和分析产品失效与故障模式时，提供确切的依据。　　　试验设备的安全可靠性：设备的各种保护、告警措施及安全连锁装置应该完善可靠，以保证试验人员、被试产品和冷热冲击箱试验设备本身的安全可靠性，环境试验设备必须具有运行安全、操作方便、使用可靠、工作寿命长等特点。 海银环试自成立以来，专注发展可靠性测试设备，秉承“一款产品，就是一个行业品牌"的发展理念，其研发生产的环境试验设备，一直以性能稳定，参数精密，而获得市场的广泛认可，海银品牌试验设备先后进驻中科院、清华大学、沈飞集团、中船重工、比亚迪、迈瑞医疗、比克电池等各大企事业单位，受到市场的广泛好评和尊敬。