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环境条件的分类和对电子电工产品的影响

0阅读次数:1003发布日期:2016-06-30     作者:盖博环试      关键词:环境试验箱,高低温试验箱,恒温恒湿试验箱,高低温交变湿热试验箱   

环境条件的分类和对电子电工产品的影响

中兴通讯动力产品线   郭宇

环境是在任何时间和地点所存在的或所遇到的条件的总和,环境条件包括自然环境条件和应用环境条件。这种条件既可以是自然的,也可以是诱发的。弄清楚环境条件,包括环境因素、环境的严酷程度等级、环境的影响等等,对我们开展可靠性试验有很大的帮助。

一、环境参数的分类

环境参数分为自然环境条件和应用环境条件。

1自然环境条件包括下面几种类型:

温度和湿度

海拔与气压、水深与水压

生物

太阳辐射与温度

降雨和风

尘、沙、盐雾

2应用环境条件的类型

贮存

运输

有气候防护场所固定使用

无气候防护场所固定使用

地面车辆使用

携带和非固定使用

产品内部的微气候

二、自然环境条件对电子产品的影响

1.温度和湿度的影响

存储是指在工业货仓、零售商业库等典型的仓库中存放。仓库的类型包括成品库、半成品库、元器件库、中转库等。仓库的建筑物条件包括有或无空调的一般库房、厂房结构库房、棚库、洞库、地下宝库以及露天库等等。但不包括火灾、爆炸、核辐射及其他意外事故所造成的环境。也不包括产品及包装箱内部的微气候条件及贮存期间的运输条件。

高低温环境存储试验的设计主要是考虑电子产品在上述的环境中长期存储时对产品的结构、外观或基本性能的影响。

高低温存储试验最主要的是针对产品的结构和外观以及工艺而设计的,比如结构件是否变形、生锈、脱落等问题,由于任何物体都存在热胀冷缩的现象,存储后产品内部是否会因为不同的物体由于热胀冷缩系数不同导致拉伤,性能变差等,进而影响产品的性能。

因此在高低温存储试验后要重点关注产品的结构、外观、产品内部各部件器件的连接以及产品的基本性能是否变化等。高低温存储试验要保证一定的时间,否则对于生锈或其它化学反映引起的问题就不可能充分暴露。

环境温度对电子产品影响是电子产品可靠性设计时最需要考虑的影响因素。

我们所使用的任何元器件的性能指标都是与温度有关的,如电解电容、钽电容等电容的电容量随温度的降低而减小,ESR随温度的降低而升高;集成电路或三极管的PN节导通压降随温度的升高而降低等等。

在低温工作试验时要重点检查产品在一定的低温环境中各项指标、功能是否依然满足设计要求。

2.气压、水压对电工电子产品性能的影响

在海平面处的标准气压平均值是101.325kPa,而实测在91%~107%之间波动。根据试验研究结果表明,低气压对产品的某些电气性能有较明显的影响,住往是不容忽视的,应采取相应的防护措施。主要有下面几种:

随着气压的降低,致使电工产品的电晕(起始及消失电晕)电压减小,外绝缘电气强度也降低。一般情况下,电工产品在海拔05000m范围内,气压每降低12(相当于海拔增高1000m),其电晕电压和外绝缘电气强度降低8%~13%。航空电器和电子产品也有类似现象存在。

随着气压的降低,空气密度也相应减小,致使散热能力下降,导致以自然对流、强迫风冷或空气自然散热为主要散热方式的产品温升增高。一般情况下,电工产品在海拔05000 m范围内,气压每降低12(相当于海拔增高1000m),其温升增高3%~10%。航空电器和电子产品也受到不同程度的影响。

气压降低,以自由空气为灭弧介质的开关电器产品的通断能力和电寿命受到一定的影响。

气压降低或增高和水压增大,都会使产品的密封容器内外压力差增大,容易引起气体或液体从密封容器的密封结合处向外泄漏或向内渗透,甚至可能引起容器破裂。对电源产品来说,主要是电解电容存在此类危险。

气压降低,会使某些材料中合有的填料和溶剂物质加速挥发或蒸发,促使材料加速老化失效。

3生物对电子产品的影响

生物对电工电子产品危害,主要是对包装和结构的影响较大。主要体现在生物进入产品内部,对产品的性能和功能造成危害,甚至会导致产品失灵。尤其是高压设备,尤其要注意生物的危害。

4太阳辐射与温度

太阳辐射对电子产品的影响是作为户外产品设计的重要依据,一般适用于海拔高度低于5000m的地区。

太阳辐射的危害主要是引起户外产品温度的升高。

太阳对地表某处的相对位置,变化在0°~90°之间。0°时(日出或日没),辐射量最弱,趋近于零;90°时(中午)太阳直射,辐射量最强。当太阳辐射垂直于地面时,单位面积上在单位时间内接受的太阳能(热能)为最大。如无大气,且太阳与地球之间处于平均距离时,此值即为太阳常数,其近似值为1.37kW/m2(1.96cal/(cm2·min))。但由于太阳与地球间的距离在一年期间是周期性地变化着,因而太阳常数在不同月份里是不同的,如1月的近似值为1.41kW/m2(2.02cal/(cm2min))7月的近似值为1.32kW/m2(1.89cal/(cm 2·min)),也就是说,在太阳垂直照射时,一平方米的面积接受的太阳辐射功率大于1.3KW。但由于受到大气中的水汽、尘埃的散射作用,在空气比较干净的条件下,每平方米的面积接受的太阳辐射功率仍大于1.1KW

太阳辐射的危害一个是引起产品发热,另外一个是光的老化作用降低产品的寿命,尤其是塑料制品,因此,户外产品应减少塑料的使用含量。

5.降水和风的影响

降水和凤的危害主要是增加设备内部的湿度,降低设备的绝缘等级,甚至造成设备的性能降低和功能失效,如果防护不好,更会造成设备的永久损坏。

6.尘、沙、盐雾的影响

尘进入密封容器和封闭体中,使电气性能劣化,例如接触失效,接触电阻改变,(电位器)的轨道电阻变化。

引起运动的轴承、车轴、旋钮和其他运动部件磨损或故障。

表面发生剥蚀(侵蚀、腐蚀)

热传导率降低。

导致工作的通风孔、套管、导管、滤清器、孔等阻塞。

高速运动(如沙暴)时产生静电,影响通讯系统。

积存的尘和沙与其他环境因素(如水蒸气)结合,可能对产品产生严重的影响,如发生腐蚀和长霉,湿热大气与具有化学侵蚀性的尘结合时,会引起腐蚀。在大气中含有盐雾时会引起类似影响。还存在离子传导和腐蚀性尘(如消冰盐等)的作用。

三、自然界最高和最低温度的统计数据

我国的温度和湿度统计

气候类型

温度和湿度的绝对极值

低温℃

高温℃

相对湿度≥95%时的最高温度℃

最大绝对湿度g.m3

寒冷

-55

40

23

22

寒温Ⅰ

-40

40

26

25

寒温Ⅱ

-45

34

15

15

暖温

-30

45

28

29

干热

-30

45

20

20

亚湿热

-15

45

29

29

湿热

0

40

29

29

世界范围内的温度和湿度统计

气候类型

温度和湿度的绝对极值

低温℃

高温℃

相对湿度≥95%时的最高温度℃

最大绝对湿度g.m3

极端寒冷

-75

40

24

20

寒冷

-60

40

27

22

寒温

-45

40

28

25

暖温

-30

40

28

25

干热

-30

45

30

27

中等干热

-15

45

31

30

极干热

-10

60

31

30

湿热

0

45

35

36

恒定湿热

4

40

37

40

 


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