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环境试验设备的可靠性测试

日期:2019-09-17 00:12
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摘要:
环境试验设备的可靠性测试
可靠性测试应该在可靠性设计之后,但目前我国的可靠性工作主要还是在测试阶段,这里将测试放在前面。为了测得产品的可靠度(也就是为了测出产品的MTBF),我们需要拿出一定的样品,做较长时间的运行测试,找出每个样品的失效时间,根据**节的公式计算出MTBF,当然样品数量越多,测试结果就越准确。但是,这样的理想测试实际上是不可能的,因为对这种测试而言,要等到*后一个样品出现故障――需要的测试时间长得无法想象,要所有样品都出现故障——需要的成本高得无法想象。 
为了测试可靠性,这里介绍:加速测试(也就增加应力*),使缺陷迅速显现;经过大量**、长时间的统计,找到了一些增加应力的方法,转化成一些测试的项目。如果产品经过这些项目的测试,依然没有明显的缺陷,就说明产品的可靠性至少可以达到某一水平,经过换算可以计算出MTBF(因产品能通过这些测试,并无明显缺陷出现,说明未达到产品的极限能力,所以此时对应的MTBF是产品的*小值)。其它计算方法见下文。(*应力:就是指外界各种环境对产品的破坏力,如产品在85℃下工作受到的应力比在25℃下工作受到的应力大;在高应力下工作,产品失效的可能性就大大增加了); 
一、环境测试 
产品在使用过程中,有不同的使用环境(有些安装在室外、有些随身携带、有些装有船上等等),会受到不同环境的应力(有些受到风吹雨湿、有些受到振动与跌落、有些受到盐雾蚀侵等等);为了确认产品能在这些环境下正常工作,国标、行标都要求产品在环境方法模拟一些测试项目,这些测试项目包括: 
1、高温测试(高温运行、高温贮存); 
2、低温测试(低温运行、低温贮存); 
3、高低温交变测试(温度循环测试、热冲击测试); 
4、高温高湿测试(湿热贮存、湿热循环); 
5、机械振动测试(随机振动测试、扫频振动测试); 
6、汽车运输测试(模拟运输测试、碰撞测试); 
7、机械冲击测试; 
8、开关电测试; 
9、电源拉偏测试; 
10、冷启动测试; 
11、盐雾测试; 
12、淋雨测试; 
13、尘砂测试; 
上述环境试验的相关国家标准如下(部分试验可能没有相关国标,或者是我还没有找到): 
1、低温试验 
按GB/T2423.1—89《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法低温试验》; 
GB/T2423.22—87《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法温度变化试验方法》 
进行低温试验及温度变化试验。 
温度范围:-70℃~10℃。 
2、高温试验 
按GB/T2423.2—89《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法高温试验》; 
GB/T2423.22—87《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法温度变化试验方法》 
进行高温试验及温度变化试验。 
温度范围:10℃~210℃ 
3、湿热试验 
按GB/T2423.3—93《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法恒定湿热试验》; 
GB/T2423.4—93《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法交变湿热试验》 
进行恒定湿热试验及交变湿热试验。 
湿度范围:30%RH~100%RH 
4、霉菌试验 
按GB/T2423.16—90《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法长霉试验》进行霉菌试验。 
5、盐雾试验 
按GB/T2423.17—93《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法盐雾试验》进行盐雾试验。 
6、低气压试验 
按GB/T2423.21—92《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法低气压试验》; 
GB/T2423.25—92《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法低温/低气压试验》; 
GB/T2423.26—92《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法高温/低气压试验》; 
进行低气压试验,高、低温/低气压试验。试验范围:-70℃~100℃0~760mmHg20%~95%RH。 
7、振动试验 
按GB/T2423.10—95《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法振动试验》进行振动试验。 
频率范围(机械振动台):5~60Hz(定频振动5~80Hz),*大位移振幅3.5mm(满载)。频率范围(电磁振动台):5~3000Hz,*大位移25mmP-P。 
8、冲击试验 
按GB/T2423.5—95《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法冲击试验》进行冲击试验。冲击加速度范围:(50~1500)m/s2。 
9、碰撞试验 
按GB/T2423.6—95《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法碰撞试验》进行碰撞试验。 
10、跌落试验 
按GB/T2423.7—95《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法倾跌与翻到试验》; 
GB/T2423.8—95《电工电子产品环境试验第二部分:试验方法自由跌落试验》进行跌落试验。 
说明:上面13项比较**地概括了产品在实现使用过程中碰到的外界环境;实际测试时,因为各产品本身属性的相差较远、使用环境相差也很大,各公司可以根据产品的特点,适当选取、增加一些项目来测试(此产品对应的国/行标中要求的必测试项目,当然是必须测试的);也可以根据产品特定的使用环境与使用方法,自行设计一些新测试项目,以验证产品是否能长期工作。 
测试条件:不同的产品测试条件不一样;就拿高温测试来说,有些产品要求做高温贮存测试,有些要求做高温运行测试,有些产品的高温用85℃做测试,有些产品的高温是用65℃做测试。但是,宗旨只有一个,那就是至少满足国/行标。要测试一种产品的可靠性,找到这种产品的国/行标是必需的,按照国/行标的要求和指引找出必须的测试项目与各项目的测试方法,从而进行环境测试; 
同一种产品,在不同的阶段,测试条件也不一样;一般而言,产品会经过研发、小批量试产、批量生产三个不同的阶段。在研发阶段,测试条件*严(应力*大)、测试延续的时候*短;小批量试产阶段,测试应力适中、测试时间适中;批量生产阶段,测试应力*小、测试时间较短;三个阶段的主要差别见下表: 
阶段实验目的实验特点实验要求 
研发发现设计缺陷,扩大设计余量高应力、短时间无故障 
中试考察产品是否达到基本的可靠性水平中应力、中长时间无明显故障 
批量生产生产工艺条件的稳定性低应力、短时间有条件的允许故障发生 
鉴定鉴定产品的可靠性、计算产品的MTBF低应力、长时间无特别要求 
加速环境试验技术 
传统的环境试验是基于真实环境模拟的试验方法,称为环境模拟试验。这种试验方法的特点是:模拟真实环境,加上设计裕度,确保试验过关。其缺陷在于试验的效率不高,并且试验的资源耗费巨大。
加速环境试验AET(AcceleratedEnvironmentalTesting)是一项新兴的可靠性试验技术。该技术突破了传统可靠性试验的技术思路,将激发的试验机制引入到可靠性试验,可以大大缩短试验时间,提高试验效率,降低试验耗损。加速环境试验技术领域的研究与应用推广对可靠性工程的发展具有重要的现实意义。 
加速环境试验
激发试验(Stimulation)通过施加激发应力、环境快速检测来**产品的潜在缺陷。试验所施加的应力并不模拟真实环境,而以提高激发效率为目标。
加速环境试验是一种激发试验,它通过强化的应力环境来进行可靠性试验。加速环境试验的加速水平通常用加速因子来表示。加速因子定义为设备在自然服役环境下的寿命与在加速环境下的寿命之比。
施加的应力可以是温度、振动、压力和湿度(即所谓“四综合”)及其它应力,应力的组合亦是有些场合更为有效的激发方式。高温变率的温度循环和宽带随机振动是***有效的激发应力形式。加速环境试验有2种基本类型:加速寿命试验(AcceleratedLifeTesting)、可靠性强化试验(ReliabilityEnhancementTesting)。
可靠性强化试验(RET)用以暴露与产品设计有关的早期失效故障,但同时,也用于确定产品在有效寿命期内抗随机故障的强度。加速寿命试验的目的是找出产品是如何发生、何时发生、为何发生磨耗失效的。 
下面分别对2种基本类型进行简单阐述。 高低温试验箱 
1、加速寿命试验(ALT)
加速寿命试验只对元器件、材料和工艺方法进行,用于确定元器件、材料及生产工艺的寿命。其目的不是暴露缺陷,而是识别及量化在使用寿命末期导致产品损耗的失效及其失效机理。有时产品的寿命很长,为了给出产品的寿命期,加速寿命试验必须进行足够长的时间。
加速寿命试验是基于如下假设:即受试品在短时间、高应力作用下表现出的特性与产品在长时间、低应力作用下表现出来的特性是一致的。为了缩短试验时间,采用加速应力,即所谓高加速寿命试验(HALT)。
加速寿命试验提供了产品预期磨损机理的有价值数据,这在当今的市场上是很关键的,因为越来越多的消费者对其购买的产品提出了使用寿命要求。估计使用寿命仅仅是加速寿命试验的用处之一。它能使设计者和生产者对产品有更**的了解,识别出关键的元器件、材料和工艺,并根据需要进行改进及控制。另外试验得出的数据使生产厂商和消费者对产品有充分的信心。 
加速寿命试验的对象是抽样产品。
2、可靠性强化试验(RET)
可靠性强化试验有许多名称和形式,如步进应力试验、应力寿命试验(STRIEF)、高加速寿命试验(HALT)等。RET的目的是通过系统地施加逐渐增大的环境应力和工作应力,来激发故障和暴露设计中的薄弱环节,从而评价产品设计的可靠性。因此,RET应该在产品设计和发展周期中*初的阶段实施,以便于修改设计。 
国外可靠性的有关研究人员在80年代初就注意到由于设计潜在缺陷的残留量较大,给可靠性的提高提供了可观的空间,另外价格和研制周期问题也是当今市场竞争的焦点。研究证明,RET不失为解决这个问题的*好方法之一。它获得的可靠性比传统的方法高得多,更为重要的是,它在短时间内就可获得早期可靠性,无须像传统方法那样需要长时间的可靠性增长(TAAF),从而降低了成本。