快速溫變?cè)囼?yàn)箱防凝露問題介紹
環(huán)境試驗(yàn)中凝露問題淺析
1 前言
快速溫變?cè)囼?yàn)箱做為檢驗(yàn)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(gè)研發(fā)周期。用于確定通訊設(shè)備對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。在環(huán)境試驗(yàn)過程中根據(jù)產(chǎn)品的特性，選擇合適的試驗(yàn)方法，對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能、電氣性能、物理性能、材料的抗拉強(qiáng)度和抗張力變化、絕緣性能等作出檢驗(yàn)和評(píng)估。只有選擇正確的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件下，才能得出正確的試驗(yàn)結(jié)果。在恒定濕熱過程中，要預(yù)熱產(chǎn)品，避免大量凝露出現(xiàn)，引起附加的應(yīng)力，從而影響對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確評(píng)估。
2被測(cè)通訊產(chǎn)品概況
某通訊設(shè)備是室外設(shè)備，采用自然散熱。其特點(diǎn)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(jī)箱內(nèi)溫升不大于20。C，工作濕度：10％一95％(相對(duì)濕度)；貯存溫度：一40℃一+85℃，儲(chǔ)存濕度：≤93％(相對(duì)濕度)；整機(jī)總重量： 50Kg。
總體結(jié)構(gòu)采用箱型結(jié)構(gòu)。由箱體、門、安裝附件和內(nèi)部的電源模塊、兩個(gè)功率放大器模塊、兩個(gè)低噪聲放大器模塊、兩個(gè)雙工器(DUP)、防雷模塊和監(jiān)控板等組成。
3環(huán)境試驗(yàn)中存在凝露問題的分析
對(duì)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髿庵腥ィ瑒t產(chǎn)品溫度將不斷上升。實(shí)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(dá)到穩(wěn)定。只有當(dāng)環(huán)境溫度上升(或下降)時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)部的溫度才會(huì)隨著進(jìn)一步的上升(或下降)，直至達(dá)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(yàn)中，濕度同環(huán)境濕度相差不大，大約在48％(至少在達(dá)到熱平衡之前)。一般的環(huán)境試驗(yàn)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(shè)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(dāng)把實(shí)驗(yàn)樣品放進(jìn)實(shí)驗(yàn)箱中時(shí)，如實(shí)驗(yàn)樣品的表面溫度低于實(shí)驗(yàn)箱中空氣的露點(diǎn)溫度，樣品表面上就會(huì)出現(xiàn)凝露，因此，一般在實(shí)驗(yàn)之前對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行預(yù)熱。露點(diǎn)溫度取決于空氣中水汽的含量，露點(diǎn)溫度、濕度和水汽壓力之間存在直接關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)期間，如果空氣中水分的含量和空氣溫度較高，使空氣露點(diǎn)溫度和實(shí)驗(yàn)樣品表面溫度之間達(dá)到某一差值，就會(huì)產(chǎn)生凝露。一般在實(shí)驗(yàn)的升溫階段，由于實(shí)驗(yàn)樣品有一定的熱時(shí)間常數(shù)，其表面溫度往往低于實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，因此，實(shí)驗(yàn)樣品表面產(chǎn)生凝露。
在升溫期間，在熱常數(shù)時(shí)間為T的實(shí)驗(yàn)樣品表面上所產(chǎn)生凝露所需要的相對(duì)濕度由下式給出：
當(dāng)實(shí)驗(yàn)樣品在實(shí)驗(yàn)過程中除了會(huì)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(shè)備表面材料的類型、材料的表面結(jié)構(gòu)、和水汽壓力的大小不同，決定了實(shí)驗(yàn)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(kuò)散：水蒸氣透過有機(jī)密封材料進(jìn)入殼體內(nèi)部；
呼吸：由于溫度變化引起實(shí)驗(yàn)樣品空腔內(nèi)外空氣和水汽的交流，內(nèi)有不良密封類型的實(shí)驗(yàn)樣品，吸入的潮氣使實(shí)驗(yàn)樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受潮，或在空腔內(nèi)凝結(jié)成聚集態(tài)的水。
吸收和擴(kuò)散過程需要相當(dāng)長的時(shí)間才能達(dá)到平衡狀態(tài)，凝露和吸附過程則短一些。所以，對(duì)于這種體積大、散熱量大的密封通訊設(shè)備在實(shí)驗(yàn)過程中表面出現(xiàn)少量凝露的現(xiàn)象是一種正常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。設(shè)備表面的水汽多少和附著時(shí)間長短因環(huán)境實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件，防止實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)大的偏差。
4結(jié)論和建議
1)環(huán)境實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)少量的凝露現(xiàn)象不會(huì)對(duì)設(shè)備的性能造成損壞。也不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。
2)為了防止大量凝露的產(chǎn)生，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析造成錯(cuò)誤的導(dǎo)向，一般在環(huán)境實(shí)驗(yàn)的過程中，提前
對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)熱。
3)環(huán)境實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的影響很大，可能使材料的機(jī)械性能、物理性能、電氣性能改變，因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，考慮實(shí)際使用條件，選擇合適的元器件，采用降額設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)、氣候環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)、緩沖減振設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)等手段，提高產(chǎn)品的可靠性。在環(huán)境實(shí)驗(yàn)中，只有施加合適的實(shí)驗(yàn)條件，暴露存在的問題，尋求合適的改進(jìn)措施，才能進(jìn)一步確定產(chǎn)品的適應(yīng)性，使產(chǎn)品滿足使用要求。