面加热蒸汽喷射试验箱

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 0 引言 /strong /span /p p 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。 /p p 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： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 1）低温步进应力试验（以5℃或10℃为步长）； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2）高温步进应力试验（以5℃或10℃为步长）； /p p 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）； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 4）振动步进应力试验（以5 Grms为步长）； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 5）综合应力试验（第3）和第4）步综合试验）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " b）HASS /p p 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。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 1）温度循环 /p p 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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2）振动应力 /p p 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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 1 设备介绍& nbsp /strong /span /p p 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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1.1 技术指标和性能 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a）标称内容积：1.0 m sup 3 /sup 。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " b）温度范围：-100~+200℃。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " c）温度波动度：≤2 ℃。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " d）温度最大变化速率： /p p 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）； /p p 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）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " e）标准负载：10kg铝锭。 /p p 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。 /p p 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。 /p p 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）。 /p p 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。 /p p 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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1.2 主要特点 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a）适用于温度、振动应力综合试验。 /p p 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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " c）结构紧凑，占地面积少。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " d）噪声低。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 2 试验箱结构及控制原理 /strong /span /p p 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。 /p p 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" / /p p style=" text-align: center " strong 图1 试验箱总体结构 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.1 试验箱体 /strong /p p 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CO sub 2 /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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.2 电气控制 /strong /p p 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。 /p p 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" / /p p style=" text-align: center " strong 图2 试验箱电控总体框图 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.3 温度调节机构及控制 /strong /p p 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。 /p p 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。 /p p 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。 /p p 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" / /p p style=" text-align: center " strong 图3 液氮系统图 /strong /p p 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 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.3 振动系统及控制 /strong /p p 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。 /p p 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。 /p p 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。 /p p 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。 /p p 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。 /p p 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。 /p p 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。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 3 结束语 /strong /p p 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。 /p p br/ /p

4月23日电 据美国《世界日报》报道，美国太空总署喷射推进实验室(JPL)科学家及工程师菁英云集，年轻时赴美留学的沈阳青年赵Yi(Yi Chao)在JPL耕耘17年，已成为JPL海洋领域首席科学家(Principal Scientist)。 　　由赵Yi主导的研究团队历时十年，最新研发世界上第一颗可直接监测海洋温度及盐度的海洋卫星“水瓶座”(Aquarius)，现已完成初步组装，预计明年4月在圣塔芭芭拉发射升空。 　　赵Yi说，“SOLO-TREC”水下机器人为海洋卫星应用的前期工作，机器人直接从海水中监测并传输深海数据，未来可用于验证海洋卫星从远方搜集到的数据准确性。 　　赵Yi来自中国沈阳，从小喜欢自然科学，1980年就读中国科技大学地球空间科学的大气物理系，1985年赴美就读普林斯顿大学(Princeton University)，获大气物理硕士学位后改攻海洋科学，1990年获大气海洋科学博士学位，1993年加入JPL，因多项研究获奖。 　　赵Yi于2005年荣获太空总署杰出科学成就奖章(Exceptional Achievement Medal)。 　　他现居亚凯迪亚，在JPL主要从事海洋卫星及海洋科学研究，包括研发区域性海洋仿真仿真系统(Regional Ocean Modeling System)，对太平洋的遥感数据及海洋仿真模型，提供现实及反馈性的数据分析研究。 　　赵Yi说，地球表面70%被海洋覆盖，但人们对海洋的认知及了解却很少，水下机器人、水瓶座海洋卫星等最新研发的海洋科学技术，将帮助提供海洋监测数据，及其对气候变化的影响。

p style=" text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px text-align: justify text-indent: 2em " 恒温恒湿试验箱在做试验的时候，要根据试验需要调节恒温恒湿试验箱工作室内的相对湿度，一般有四种方式可以达到调节相对湿度的效果。它们分别是：喷淋水加湿、蒸气加湿，浅水盘加湿和过冷蒸气加湿。这四种方法在加湿方式和原理上各有不同，在效果上也各有千秋。下面我们将从几个方面来分析它们的异同和优缺点。 br/ /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " strong 加湿方式上的异同 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " 1. 淋水加湿：向恒温恒湿试验箱工作室内壁喷淋水。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " 2. 蒸气加湿：蒸气锅炉向恒温恒湿试验箱内喷水蒸所。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " 3. 浅水盘加湿： span style=" font-size: 16px text-indent: 2em " 利用恒温恒湿试验箱内安装有加热装置的浅水盘加热盘中的水，向箱内补充水蒸气。 /span /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px text-indent: 2em " 4. 过冷蒸气加湿：利用超声波、高压水雾、离心喷雾等手段将水转换成微米级水雾。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " strong 加湿原理的异同 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 1. 淋水加湿：恒温恒湿试验箱壁着水面积增大，水在向箱内扩散的时候增加箱体内的水气压从而增加相对湿度。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 2. 蒸气加湿：直接向恒温恒湿试验箱内喷水蒸气，增加箱体内相对湿度。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 3. 浅水盘加湿：浅水盘中加热的水通过对流和扩散向恒温恒湿试验箱内增加水蒸气，进而增加相对湿度。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 4. 过冷蒸气加湿： /span span style=" text-indent: 2em " 从试样获得热量就转换成水汽，使湿度升高，如果得不到其它的热量补充，水雾就变成水滴。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 加湿的优点 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 1. 淋水加湿： span style=" text-indent: 2em " 系统稳定后，湿度波动小； /span span style=" text-indent: 2em " 加湿过程中，水气不过热，不会增加恒温恒湿试验箱的热度； /span span style=" text-indent: 2em " 控制喷淋的水温，可以起到除湿的作用。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 2. 蒸气加湿：加湿迅速；满足湿热交变时快速加湿的需要。 /span br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 3. 浅水盘加湿： /span span style=" text-indent: 2em " 系统稳定后，湿度波动小； /span span style=" text-indent: 2em " 加湿过程中，水气不过热，不会增加恒温恒湿试验箱的热度； /span span style=" text-indent: 2em " 控制喷淋的水温，可以起到除湿的作用； /span span style=" text-indent: 2em " 加湿迅速。满足湿热交变时快速加湿的需要。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 4. 过冷蒸气加湿： /span span style=" text-indent: 2em " 具有前三种方式的优点。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em " 加湿的缺点 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 1. 淋水加湿： /span span style=" text-indent: 2em " 喷水时，水会污染试件； /span span style=" text-indent: 2em " 加湿速度慢，不满足湿热交变的需要； /span span style=" text-indent: 2em " 喷水会增加箱内积水负担，增加排水压力。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.& nbsp span style=" text-indent: 2em " 蒸气加湿：蒸气加湿会增加箱内热量，不利于箱内温度控制。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 3. 浅水盘加湿：由于水气压的交换和对流一直存在，会一直向恒温恒湿试验箱内增加湿度，很难获得低湿环境。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 4.& nbsp span style=" text-indent: 2em " 过冷蒸气加湿： /span span style=" text-indent: 2em " 不具备前三种方式的缺点。 /span /p