怎樣選擇環(huán)境試驗設備？

  環(huán)境試驗作為可靠性試驗的一種類型已經(jīng)發(fā)展成為一種預測產(chǎn)品使用環(huán)境是如何影響產(chǎn)品的性能和功能的方法。也就是說，在產(chǎn)品投入市場之前，環(huán)境試驗被用來評估環(huán)境影響產(chǎn)品的程度；當產(chǎn)品的功能受到了影響，環(huán)境試驗被用來查明原因，并采取措施保護產(chǎn)品免受環(huán)境影響以保持產(chǎn)品的可靠性。這些試驗已經(jīng)遠遠地超過了其*初的目的，現(xiàn)在被廣泛應用于包括材料和產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)過程中的各種不同檢查、運輸之前的檢驗和運輸后的質(zhì)量控制，也被用來分析產(chǎn)品的實際使用過程中出現(xiàn)的缺陷以及新產(chǎn)品的改進。環(huán)境試驗對于檢測方法和保持產(chǎn)品可靠性是非常有效的。
        我們這里講的環(huán)境試驗是狹義的，實際是指人工模擬的環(huán)境試驗（以下稱為環(huán)境試驗）。廣義上環(huán)境試驗基本分為“自然暴露試驗”、“人工模擬試驗”和“現(xiàn)場運行試驗”三類。自然暴露試驗，是將樣品長期暴露在自然環(huán)境條件下進行測試。現(xiàn)場運行試驗，是將樣品裝置在各種典型的使用現(xiàn)場并使它處于正常運行狀態(tài)進行測試。這兩種試驗都能直接反映產(chǎn)品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。但是試驗周期都較長，花費人力物力大，并且前者試驗條件不能控制，影響試驗的再現(xiàn)性，且有時跟不上產(chǎn)品的發(fā)展；后者數(shù)據(jù)反饋慢。因此為了在較短時間內(nèi)能鑒定產(chǎn)品對環(huán)境的適應能力，在科研和生產(chǎn)工作中多采用人工模擬環(huán)境試驗，即在實驗室的試驗設備（箱或室）內(nèi)模擬一個或多個環(huán)境因素的作用，并予以適當?shù)膹娀Ｈ斯つM試驗的試驗條件的確定，要求既能模擬環(huán)境中主要因素影響的真實性，又能在時間上起一定的加速作用，但是加速的程度不應改變產(chǎn)品實際損壞機理的規(guī)律。為此，人工模擬試驗的試驗條件和方法必須與產(chǎn)品環(huán)境條件的等級、數(shù)值有機地聯(lián)系起來。
        如圖1所示，環(huán)境試驗簡單劃分可分為“氣候環(huán)境試驗”、“機械環(huán)境試驗”和“綜合環(huán)境試驗”。與氣候有關的環(huán)境試驗包括溫度、濕度與壓力等環(huán)境應力試驗，而機械環(huán)境試驗則包括沖擊和振動等環(huán)境應力試驗，綜合環(huán)境試驗則是綜合氣候和機械等環(huán)境因素的應力試驗。
圖1 環(huán)境試驗類型
環(huán)境試驗
機械環(huán)境試驗
綜合環(huán)境試驗
氣候環(huán)境試驗
所處環(huán)境應力：沖擊、振動、碰撞、加速、高噪音、疾風
所處環(huán)境應力：機械環(huán)境和氣候環(huán)境相結(jié)合的環(huán)境因素
所處環(huán)境應力：溫濕度、氣體、鹽霧、風雨、壓力、太陽輻射
  當然，使用環(huán)境試驗設備進行的試驗并不可能完全**地再現(xiàn)出產(chǎn)品的使用環(huán)境以及模擬出所有的環(huán)境因素，在這里必須理解環(huán)境試驗的局限性。由單一因素（溫度、濕度、壓力、振動、沖擊或某一物質(zhì)如鹽）構(gòu)成的環(huán)境試驗稱之為簡單環(huán)境試驗。實際上產(chǎn)生完全單一的環(huán)境很困難，而且大部分試驗環(huán)境都是十分復雜的。因此在設計試驗條件時，試驗人員需要選擇對產(chǎn)品有*大影響*為重要的環(huán)境因素，所以說環(huán)境試驗只能是一個與真實環(huán)境還存在很大區(qū)別的人為環(huán)境。
一般性，產(chǎn)品的缺陷是由以下幾個方面造成的：
a. 原材料的濃度和多樣性、摩擦、磨損、應力、熱、電流以及電場強度，這些因素會影響產(chǎn) 品某些方面的性能；
b. 在產(chǎn)品設計和制造過程中由產(chǎn)品特性（原材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)部件以及大規(guī)模生產(chǎn)時）所引發(fā)的因素；
c. 外界環(huán)境產(chǎn)生的應力。
因此，試驗條件必須依據(jù)具體的產(chǎn)品條件而定，對于不同的產(chǎn)品是不一樣的。如果被試驗研究的產(chǎn)品發(fā)生了變化，相應的環(huán)境試驗也要改變。
2. 溫度應力
    環(huán)境應力條件可以引起產(chǎn)品失效，Hughes航空公司（美國）技術資料明確地表示了失效與環(huán)境應力之關（見圖2）。可見在各種應力影響之中溫度和濕度環(huán)境應力所引發(fā)地失效占所有環(huán)境應力引發(fā)失效的60％左右，而溫度應力與失效之間存在著密切的關系。
    目前，在世界各地，無論從陸地到海洋或者從高空到宇宙空間，都廣泛地使用電子電工以及其他領域的產(chǎn)品。由于氣溫隨著高度的增加而降低或在冬季高緯度地區(qū)，或者有些產(chǎn)品所在位置接近制冷元件、設備或系統(tǒng)，或者有些產(chǎn)品本身就包括制冷元件、設備或系統(tǒng)，從而產(chǎn)生低溫環(huán)境。低溫幾乎對所有的材料都會產(chǎn)生不同程度的有害影響，構(gòu)成產(chǎn)品的各種材料的物理性能、電性能等將發(fā)生變化，導致暫時性或長久性的性能下降，甚至引起失效。
   同樣，低緯度熱帶地區(qū)的自然高溫、太陽輻射的增溫、通風**引起的溫升以及散熱樣品在使用中自身發(fā)熱引起的溫升等產(chǎn)生的高溫，高溫會使電子組合可靠性下降，機械結(jié)構(gòu)的密封件、橡膠件和塑料件等受高溫和太陽照射作用會迅速老化和劣化，其他各種材料的結(jié)構(gòu)、物理性能、電性能也會發(fā)生很大的變化，導致暫時或長久性的損傷和性能變化。
  另外，在產(chǎn)品貯存、運輸、使用和安裝過程以及中，除自然氣候的變化以外，也會遇到因人類的社會實踐而誘發(fā)的環(huán)境溫度的變化。例如設備從溫度較高的室內(nèi)移到溫度相對較低的室外；或者從溫度相對較低的室外移到溫度較高的室內(nèi)；或者在室外使用的設備在強烈的太陽輻射之后突然降雨或浸到冷水；或者溫度的極度升高導致焊錫回流現(xiàn)象出現(xiàn)，或者啟動馬達時周圍器件的溫度急速升高，關閉馬達時周圍器件會出現(xiàn)溫度驟然下降；或者設備可能在溫度較低地環(huán)境中連接到電源上，導致設備內(nèi)部產(chǎn)生陡峭的溫度梯度，在溫度較低地環(huán)境中切斷電源可能會導致設備內(nèi)部產(chǎn)生相反方向陡峭的溫度梯度；或者當航空器起飛或者降落時，航空器機載外部器材可能會出現(xiàn)溫度地急劇變化等等。由于急劇的溫度變化將使產(chǎn)品受到一定熱沖擊力，在這種熱沖擊力的作用下，將導致電子電工元件的涂覆層脫落、密封材料龜裂甚至破碎、填充材料泄漏等，從而引起電子元器件電性能下降；對于由不同材料構(gòu)成的產(chǎn)品，由于溫度變化時產(chǎn)品受熱不均勻，導致產(chǎn)品變形、開裂、破碎等。由于溫度變化產(chǎn)生較大的溫差，低溫時產(chǎn)品表面會產(chǎn)生凝露或結(jié)霜，高溫時蒸發(fā)或融化，如此高低溫反復作用的結(jié)果導致和加速了產(chǎn)品的腐蝕。
下表給出了溫度應力引發(fā)失效的主要類型。
表2 溫度應力引發(fā)失效的主要類型