濕熱試驗的原理方法、常見問題與解決方案
恒溫恒濕試驗箱技術(shù)規(guī)格:
型號 |
SEH-150 |
SEH-225 |
SEH-408 |
SEH-800 |
SEH-1000 |
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工作室尺寸(cm) |
50×50×60 |
50×60×75 |
60×80×85 |
100×80×100 |
100×100×100 |
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外形尺寸(cm) |
115×75×150 |
115×85×165 |
130×105×170 |
165×105×185 |
170×125×185 |
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性 能 |
溫度范圍 |
0℃/-20℃/-40℃/-70℃~+100℃/+150℃/+180℃ |
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溫度均勻度 |
≤2℃ |
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溫度偏差 |
±2℃ |
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溫度波動度 |
≤1℃(≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示) |
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升溫時間 |
+20℃~+150℃/約45min (空載) |
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降溫時間 |
+20℃~-20℃/30min/ +20℃~-40℃/50min/ +20℃~-70℃/60min/(空載) |
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濕度范圍 |
(10)20~98%RH |
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濕度偏差 |
±3%(>75%RH), ±5%(≤75%R上) |
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溫度控制器 |
中文彩色觸摸屏+ PLC控制器(控制軟件自行開發(fā)) |
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低溫系統(tǒng)適應(yīng)性 |
獨特的設(shè)計滿足全溫度范圍內(nèi)壓縮機(jī)自動運(yùn)行 |
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設(shè)備運(yùn)行方式 |
定值運(yùn)行、程序運(yùn)行 |
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制冷系統(tǒng) |
制冷壓縮機(jī) |
進(jìn)口全封閉壓縮機(jī) |
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冷卻方式 |
風(fēng)冷(水冷選配) |
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加濕用水 |
蒸餾水或去離子水 |
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**保護(hù)措施 |
漏電、短路、超溫、缺水、電機(jī)過熱、壓縮機(jī)超壓、過載、過流 |
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標(biāo)準(zhǔn)裝置 |
試品擱板(兩套)、觀察窗、照明燈、電纜孔(φ50一個)、腳輪 |
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電源 |
AC380V 50Hz 三相四線+接地線 |
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材料 |
外殼材料 |
冷軋鋼板靜電噴塑(SETH標(biāo)準(zhǔn)色) |
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內(nèi)壁材料 |
SUS304不銹鋼板 |
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保溫材料 |
硬質(zhì)聚氨脂泡沫 |
一.什么是濕熱試驗 濕熱試驗技術(shù)主要用在:
1、探索潮濕環(huán)境對產(chǎn)品的影響(開發(fā)、設(shè)計階段的研究性試驗)。
2、鑒定產(chǎn)品的防潮性能(研制、生產(chǎn)階段的質(zhì)量檢查或型式試驗)。
3、評價產(chǎn)品在潮濕環(huán)境下使用的**可靠性(**或可靠性試驗)。
試驗后判定的主要指標(biāo)一般是檢查產(chǎn)品的電性能和機(jī)械性能,也檢查某些樣品的腐蝕情況。
濕熱試驗一般有三種類型,其中,恒定濕熱試驗主要適用于一般電工電子產(chǎn)品,應(yīng)力嚴(yán)酷度等級較低,試驗設(shè)備要求也不高。
交變濕熱試驗適用于環(huán)境比較惡劣復(fù)雜的產(chǎn)品,軍標(biāo)里的濕熱試驗其實也是交變濕熱,適用于復(fù)雜環(huán)境或可能將要使用到這類環(huán)境的**產(chǎn)品或通訊產(chǎn)品。交變濕熱或濕熱試驗對溫度、濕度、持續(xù)時間和循環(huán)周期的要求都比恒定濕熱嚴(yán)酷,軍標(biāo)的濕熱試驗更嚴(yán)酷。所以,如果一個產(chǎn)品做過交變濕熱或軍標(biāo)要求的濕熱試驗,就沒有必要再做恒定濕熱試驗了。一般重要關(guān)鍵的產(chǎn)品或**設(shè)備,在制訂可靠性試驗方案或編寫試驗大綱時,也不會選擇恒定濕熱試驗。三種濕熱試驗嚴(yán)酷度順序,從低到高為“恒定濕熱”小于“交變濕熱”小于“(軍標(biāo)的)濕熱”。要注意,嚴(yán)酷度并不是項目越多越好。
表一 不同類型濕熱試驗之間比較
二、濕熱試驗條件的物理現(xiàn)象 在濕熱試驗中,溫度和濕度共同作用,會形成一些物理現(xiàn)象并使樣品表面或內(nèi)部受潮。
1、吸附現(xiàn)象:氣體分子(在濕熱試驗中指水蒸氣分子)在空間運(yùn)動時可能碰撞固體物質(zhì)(樣品)的表面,當(dāng)一定數(shù)量的分子連續(xù)碰在固體表面,在它重新回到空間之前,要在固體(樣品)表面“停留”一定長的時間。這時,氣體在表面上的濃度高于它在空間中的濃度,從而產(chǎn)生凝結(jié)。這種氣體在固體表面上“停留”的現(xiàn)象稱之為吸附。因此,吸附也可以說是氣體在固體表面上凝結(jié)和蒸發(fā)的一個中間過程。根據(jù)實驗結(jié)果,氣體吸附量與固體物質(zhì)的性質(zhì)、溫度及平衡時氣體的壓力三者有關(guān)。溫度愈低、壓力愈高,則吸附量就愈大。(感興趣的同學(xué)可以去研究一下函數(shù)關(guān)系式)物理吸附是由范德華引力引起的,吸附層一般為多分子層。吸附速度較快,吸附時所需能量也較小,一般在低溫下便能進(jìn)行。在濕熱試驗中以物理吸附現(xiàn)象居多。
2、凝露現(xiàn)象:凝露實際上也是水分子在樣品上的吸附現(xiàn)象,但它是在試驗溫度上升時產(chǎn)生的。在升溫階段,樣品表面溫度低于周圍空氣露點溫度時,水蒸氣便會在樣品表面凝結(jié)成液體形成水珠。在交變濕熱試驗的升溫階段,由于樣品的熱慣性,使它的溫度上升滯后于試驗箱的溫度。因此,表面便產(chǎn)生了凝露現(xiàn)象。這種表面凝露量的多少,取決于樣品本身的熱容量大小,以及升溫速度和升溫階段的相對濕度,在交變濕熱試驗的降溫階段,封閉外殼的內(nèi)壁也會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。
3、擴(kuò)散現(xiàn)象:擴(kuò)散是分子運(yùn)動的一種物理現(xiàn)象。在擴(kuò)散過程中,分子總是從濃度大的地方遷移到濃度小的地方。濕熱試驗時,空氣中水蒸氣向濃度較低的材料內(nèi)部擴(kuò)散的速度可以用菲克定律表示出來。所以,濕熱試驗中由擴(kuò)散引起的潮氣侵入,除了取決于試驗條件中的優(yōu)良濕度與溫度,還與樣品的材質(zhì)有關(guān)。
4、吸收現(xiàn)象(也稱為流通現(xiàn)象)。水蒸氣進(jìn)入材料內(nèi),一般都是通過空隙。水蒸氣通過間隙的速度取決于孔的尺寸。如果孔隙的尺寸小于水分子的直徑,水蒸氣便不能進(jìn)入。由于水蒸氣在空間是與空氣混合存在的,所以它的進(jìn)入速度與水蒸氣和空氣的混合比例也有很大關(guān)系。將水蒸氣和空氣比例為1:1時,相當(dāng)于80℃空氣飽和狀態(tài)下的水氣量作為界限。高于這個界限的稱為高蒸氣壓力,低于這個界限的稱為低蒸氣壓力,然后將水蒸氣進(jìn)入空隙的機(jī)理分別進(jìn)行討論:
①低蒸氣壓力下水氣進(jìn)入機(jī)理:在溫度和水蒸氣壓力都不變的情況下(相當(dāng)于恒定濕熱試驗),水蒸氣進(jìn)入空隙主要是由于擴(kuò)散作用,其速度主要取決于空隙中的空氣阻力(滲透系數(shù))和空隙尺寸(空隙的大小雖然也影響進(jìn)入速率,但并不嚴(yán)重)。當(dāng)溫度變化(相當(dāng)于交變濕熱試驗)時,空隙兩邊的水蒸氣壓力差強(qiáng)迫含有水蒸氣的空氣通過。這時進(jìn)入速率不但與空隙阻力和空隙尺寸有關(guān),還與空隙兩端的水蒸氣壓力差也有關(guān)。由此可見,恒定濕熱試驗與交變濕熱試驗的作用機(jī)理是不一樣的。
②高蒸氣壓力條件下,水蒸氣進(jìn)入速度與空隙直徑有關(guān),當(dāng)空隙直徑小于水分子的平均自由路程時,水蒸氣進(jìn)入為分子流;當(dāng)空隙直徑大于平均自由路程時,進(jìn)入速度為粘性流,空隙直徑處于上述二者之間時為過渡流。在高蒸氣壓力下,水蒸氣進(jìn)入速度隨空隙大小變化說明,如果提高溫度來加速潮氣進(jìn)入,對不同空隙尺寸將會有不同的速率,其加速倍數(shù)將是不一樣的。綜上所述,水蒸氣通過吸收現(xiàn)象的進(jìn)入,取決于溫度和水蒸氣壓力(優(yōu)良濕度)及材料的材質(zhì)。
5、呼吸作用:我們將封閉樣品內(nèi)空腔中溫度變化引起的內(nèi)外空氣交流,稱之為呼吸作用。在交變濕熱試驗的降溫階段,由于溫度急劇下降,引起封閉空腔內(nèi)的空氣溫度下降或空腔內(nèi)壁的凝露都會使腔內(nèi)壓力降低,形成抽吸現(xiàn)象,吸入外界的潮濕空氣,因此,降溫階段的呼吸作用吸入潮氣量的多少,與溫度變化速率和優(yōu)良濕度有關(guān)。這種呼吸現(xiàn)象不僅僅發(fā)生在試驗溫度交變時,當(dāng)具有封閉外殼的樣品,如封閉型旋轉(zhuǎn)電機(jī)在間歇運(yùn)動過程中,殼內(nèi)線圈發(fā)熱或冷卻的反復(fù)交替變化,也會發(fā)生呼吸作用。在潮濕條件下使用的電機(jī)產(chǎn)品,由于這種呼吸作用吸入潮氣,長期凝結(jié)成水在殼內(nèi)積聚起來,也是屢見不鮮的。
三、潮濕對不同類型的樣品產(chǎn)生的劣化效應(yīng) 樣品受潮的形式一般有二種:一種是表面受潮,它通常是由凝露和表面吸附引起的;另一種是體積受潮,它是由水蒸氣擴(kuò)散和吸收現(xiàn)象引起的。有時吸附在樣品表面的水分達(dá)到一定程度,也會加快體積受潮的速度。對有空腔的封閉類型的樣品,其內(nèi)部雖然不直接接觸高濕條件,但由于試驗溫度的變化造成的呼吸作用,會使外部的潮氣通過間隙或裂縫進(jìn)入內(nèi)部,造成內(nèi)部受潮。同時,擴(kuò)散和吸收現(xiàn)象也可以使潮氣通過縫隙進(jìn)入封閉殼內(nèi)。此外,對于某些有機(jī)材料的外殼,當(dāng)擴(kuò)散現(xiàn)象所引起的吸潮達(dá)到穩(wěn)定以后,潮氣便可以穿過外殼滲透進(jìn)入殼內(nèi)。表面和體積受潮造成樣品的劣化效應(yīng),指機(jī)械性能(尺寸和強(qiáng)度)和非機(jī)械性能(電性能和其他性能);兩種變化。
四、濕熱試驗條件與實際潮濕環(huán)境間的關(guān)系 濕熱試驗的溫濕度條件一般是模擬實際環(huán)境中較為罕見的條件,且其作用持續(xù)時間也比實際環(huán)境中要長得多。所以從模擬性來說,它較自然條件嚴(yán)酷,對樣品是有加速作用的。根據(jù)上面討論的幾種物理現(xiàn)象所引起的受潮機(jī)理可以看出,不同材料和結(jié)構(gòu)的樣品,試驗結(jié)果是不完全一樣的。所以,一個普遍通用的人工濕熱試驗方法要求取統(tǒng)一的加速系數(shù)是困難的。只有對某一特定或單一性質(zhì)的樣品,經(jīng)過分析和試驗比較后,才能確定一個較為合適的加速系數(shù)。濕熱環(huán)境的分級與試驗嚴(yán)酷等級的對應(yīng)關(guān)系,是多年來沒有完全解決的問題。人工濕熱試驗方法的嚴(yán)酷等級是由試驗條件和試驗周期數(shù)組成的。試驗條件一般對應(yīng)于樣品實際使用環(huán)境條件,而試驗周期數(shù)的選擇比較復(fù)雜。通常,試驗周期數(shù)是根據(jù)樣品的特征及濕熱對其主要機(jī)理影響綜合分析以后確定的。一般要與自然或現(xiàn)場運(yùn)行試驗的結(jié)果對比,找出相互之間的關(guān)系后,才能選擇合適的周期數(shù)。但是,到目前為止,即使在國際上也尚未得出一個普遍適用的數(shù)學(xué)模式,來表達(dá)人工濕熱試驗與自然條件間的關(guān)系。所以,雖然在試驗方法標(biāo)準(zhǔn)中推薦了優(yōu)先選用的周期數(shù),但在實際應(yīng)用中,仍然存在著許多問題。 濕熱試驗周期的多少是產(chǎn)品長期貯存周期可靠的依據(jù)。現(xiàn)有認(rèn)識表明,特別是在庫存中,影響腐蝕的基本的和重要的因素是庫房中的相對濕度。在相對濕度低時,隨溫度的增加,腐蝕速度增加并不快。
無論是長期貯存還是加速腐蝕試驗,另一種常見的是點狀基體腐蝕。大多數(shù)是由于浸漆、包裝生產(chǎn)過程中的磕碰、熔洞過程中的“夾雜”(大多數(shù)為夾鐵)、沖壓過程中由于磕碰、劃傷造成的“夾灰”,而在表面處理前未能發(fā)現(xiàn)修復(fù)的表面。因而點狀銹蝕也是難杜絕的一種腐蝕源。交變濕熱試驗中降溫階段的呼吸作用,對某些類型的樣品來說是較為明顯的,因此,在試驗方法中特別強(qiáng)調(diào)了降溫速度和濕度的問題。交變濕熱中較大的溫度變化幅度、降溫時較高的相對濕度以及高濕持續(xù)作用時間長,會加劇絕緣受潮。
五、濕熱試驗的意義
恒定濕熱通過先升溫再升濕(先降濕再降溫)的方法避免產(chǎn)生凝露,主要是通過高溫高濕環(huán)境下樣品對水汽吸附、吸收和擴(kuò)散等作用,造成產(chǎn)品失效。
交變濕熱則是在高濕條件下,利用溫度循環(huán)引起的凝露和干燥的交替過程,使進(jìn)入樣品內(nèi)部的水汽產(chǎn)生呼吸作用,從而使腐蝕過程加速。