高低（dī）溫交變（biàn）濕熱試驗箱做熱循環試驗（yàn）如何解決凝露現（xiàn）象？
來源：劍喬儀器 瀏覽： 174 發布日期：2021-04-28 常規熱循環試驗在升溫過程中必然（rán）會出現凝露現象。對於航天組（zǔ）件級單機產品由於產品自身（shēn）性能問題對防凝露要求較高。在升溫速率一定的（de）條件下，本文（wén）從三個方麵（miàn）論述了如何降低產品升溫過程（chéng）的含濕量，通過驗證幾種方法同時進行，航天單機類產品未出現產品凝露現象。
在航天（tiān）工程（包括（kuò）載人與衛星）中整機包含大量（liàng）的驅（qū）動（dòng）器，配電器，控製器，分流調節器等中樞產（chǎn）品，統稱（chēng）為航天器單機產品。航天器單機產品（pǐn）是飛行器的控製中樞（shū），在先期的環境試（shì）驗過程（chéng）中，如試驗問題帶來了產品損傷而隱患（huàn）未被發現並及時處理的情況下進入航天軌道，隨（suí）著隱（yǐn）性損傷在發射過程中通過振動、氣壓、溫度、濕度、輻射等綜合應（yīng）力下出現故障，則航天器將無法完成預定功能而出現任務失（shī）敗（bài），損失巨大（dà）。熱循環試（shì）驗（yàn）是航天組件級單機產品可靠性驗證的一種手段，在試驗過程中（zhōng）如何保證產品不經（jīng）受凝露帶來的損傷是本文（wén）研究點。
熱循環試驗
通過正交試驗設計以及對試驗結果（guǒ）進行極差分析得出以下結論（lùn）及建議：為了對基站天線電磁輻射的影響進行充分的（de）了解，國內外有關這方麵的（de）研究和監測工作不斷增加 ，但（dàn）對於移動通信基站（zhàn）電磁輻射影響因素進行綜合優化研究並不多見。因此，本文對移動基站電磁輻射影響因素進行研究，得到各個因素影響基站電磁輻射大小的主次順序以及各因素的最佳水平，最終確立電（diàn）磁（cí）輻射值影響最小的布設方案，為今後通信基站的建設（shè）提供最優的建（jiàn）設依據。
熱循環試驗是一種利用高低溫交變濕（shī）熱試驗箱對（duì）試驗產（chǎn）品進行的（de）預設高低溫交替的應力考核，用以驗證材料和產品是否達（dá）到在（zài）研發、設（shè）計、製造中預期的質量目標的一（yī）類可靠性試驗。通過大溫（wēn）變速率可暴露（lù）產品潛在的材料與性能（néng）缺陷，經過（guò）不斷地（dì）質量改進，達到可靠性提升（shēng）的目的。航天單機類產品一次熱循環示意圖見下圖1所（suǒ）示。
圖1 航天組件級單機產品一次熱循環示意圖
產品凝露帶來的危害
1）表麵覆蓋（gài）層（表麵處理防腐）的化學或電化學破壞。
2）基體材（cái）料腐蝕。
3）材料（liào）性（xìng）能的損壞。
4）元器（qì）件電（diàn）氣性（xìng）能的損傷。
產品表麵（miàn）凝露原理
環境試驗設備在開展熱（rè）循（xún）環試（shì）驗時，一（yī）般的氣體介質為濕空氣，即為（wéi）氮氣、氧氣（qì）、二氧化碳和惰性氣（qì）體（tǐ）等混合水蒸汽，也即幹空氣與水蒸汽的混合。
01.含濕量
含濕量為在濕空氣中與1kg幹空氣並存（cún）的水蒸汽量，即：
mq—濕空氣（qì）中水蒸汽的質量，kg；
mg—濕空氣中幹蒸汽的質量，kg。
02.相隨濕度
相隨濕（shī）度就是空氣中水蒸汽（qì）分壓力和同溫度下飽和水蒸汽分壓力之比，用符號φ表示，即：
pq— 水蒸汽分壓力；
pq,b—同溫度下飽（bǎo）和水（shuǐ）蒸汽分壓力；
db—同溫度下飽和含濕量。
03.露點溫（wēn）度
在保（bǎo）持整（zhěng）個濕空氣含濕量不變的情況下，將濕空（kōng）氣冷（lěng）卻，此時相（xiàng）對濕度中pq,b為不斷降（jiàng）低，pq近似不變，當pq與pq,b相等時（shí），相對濕度變為100%，此時所對應的溫度為該濕空氣（qì）的露（lù）點溫度，計為tl。空氣相對濕度最大為100%，溫度持續（xù）降低（dī）時，Pq,b持續降低，此（cǐ）時空氣中水蒸汽（qì）無法維持氣體（tǐ）狀態，開始出現凝結水（shuǐ）滴現象，此（cǐ）現象稱為凝露。
04.試驗過（guò）程（chéng）凝露機理
產（chǎn）品在（zài）熱（rè）循環過（guò）程中分為降溫過程，溫度保持過程，升溫過程和溫度保持過程四個階段。在降溫過程中，低溫的（de）空氣經氣流風道吹出經過產品表麵，經過對流換熱產品表麵開始降（jiàng）溫。此（cǐ）時對於腔體式產品，產品表麵降溫速率大於產（chǎn）品內部，在產品內部濕空氣溫度在產品內壁降低至露點溫度以下，於產品內部形成凝露現象。
保溫過程：此過程為產品溫度穩定（dìng）過程，不會在（zài）此過程形成新的凝露現象。
升溫過程（chéng）：熱循（xún）環試驗的升溫過程是產品凝露的關鍵過程（chéng）。降溫過（guò）程中，濕空氣在經過蒸發器時，水蒸汽凝結在蒸發器（qì）表麵，低溫保溫過程中，由於（yú）箱內形成負壓，外界環境中濕空氣不斷進入試（shì）驗設備中，凝結在蒸發器上，低溫保溫時間越久，則蒸發器凝結霜層越厚。在低溫轉高溫過（guò）程中，熱空氣經過蒸發器表（biǎo）麵，將蒸發器表麵霜層融化形成大量（liàng）水蒸（zhēng）汽隨氣流進入試驗箱內部，而由於試驗產（chǎn）品（pǐn）熱容比空氣大，產品表麵熱滯後於空氣溫度，濕空氣在產品表麵溫度降至露點溫度（dù）以下，在產品表麵析（xī）出水分，凝結在產（chǎn）品表麵，可能造成內部空腔吸入水分的問題。產品在考核高溫過程中，增（zēng）加了濕熱（rè）試驗的綜合應力影響，可（kě）能會對產品造（zào）成未知傷害。
防凝露試驗技術
產品出現凝露存在一個根本問題（tí）為產品表麵流（liú）經的濕空氣在產品表麵降至露點溫度以下，導致產品表麵析出水分。而露點（diǎn）溫度tl與d和db有關，因此，隻要控製d與db的關係，就可控（kòng）製產品凝露問題。
含濕量d，為相對濕度中分子量，為尋求空氣相對濕度越低，則研（yán）究中需控製含濕量越低。含濕量為空氣中存在的水蒸（zhēng）汽的質量，即為考慮如何將空氣中存在的水蒸汽控製（zhì）到最（zuì）低限度。
同溫度下飽（bǎo）和含（hán）濕量db為分母量，為尋求空氣相對濕度越低，則研究db需（xū）要越高越（yuè）好，db隨著溫度的升高而升高，因此要求產品表麵的溫度與（yǔ）設備風（fēng）口溫度越接近越（yuè）好。然而產品實時溫（wēn）度與產品形狀、產品比熱容、產品重量與溫度變化速率有關，為（wéi）產（chǎn）品與試驗參數固有條件決定，無法通過試驗技術對委托試驗方進行約束修改。因此本文防凝（níng）露試驗技（jì）術（shù）通過研究降低含濕量（liàng）d來達到航天器單機產品的試驗保障。
設備內部空氣中水蒸汽主要來源於蒸（zhēng）發器的化霜，如何（hé）含濕量則需考（kǎo）慮如下三個問題：
1）如何控（kòng）製蒸發器表麵低溫凝霜；
2）如何控製蒸發器升溫化霜；
3）如何降低設備內部含濕量（liàng）。
01控製蒸發器表麵低溫凝霜
蒸發器表（biǎo）麵低溫凝霜為蒸（zhēng）發器在低溫過程中設備內部及外界環境水（shuǐ）蒸汽不（bú）斷在蒸發器表麵凝霜的現象。因（yīn）此在低（dī）溫過程中需要保持設備的密封與箱內的正壓。
1）設備如果不（bú）密封（如測試孔堵塞不嚴（yán）密，見示意圖2，大門密封不嚴密（mì）），則會形成濕氣（qì）進入試驗設備的通路。
因（yīn）此測試電纜口處不可使用硬質堵頭，建議使用棉（mián）花，軟布類，見圖3，內外封堵壓緊。
圖2(左)測試電纜密封不嚴示意（yì）圖；圖3(右（yòu）) 軟體堵頭示意
2）對於設備內部正壓則是為了防（fáng）止（zhǐ）低溫過程中，設備內（nèi）部形成負壓造成濕空氣從密封不嚴的縫隙，螺紋孔，測試孔等處進入設備內部，形成蒸發器積霜。可在設備內部風道持續（xù）充注0.1Mpa壓力氮氣，使設備內部持續正壓。（由於整個（gè）過程氮氣消耗（hào）量大，如能（néng）保證設備（bèi）單向密（mì）封，可對此過程（chéng）進（jìn）行相應裁（cái）剪）。
02如何控（kòng）製蒸發（fā）器升溫化霜（shuāng）
蒸（zhēng）發器升溫化霜（shuāng）是（shì）整個環（huán）境試驗中升（shēng）溫（wēn）過程最大的隱患，蒸（zhēng）發器霜（shuāng）層越厚，則升溫過程空氣中的含濕量越多。如何控製（zhì）蒸發器升溫化霜是升溫控（kòng）濕技術的關鍵所在。一般升溫過程中，蒸（zhēng）發器關閉或調節（jiē）製冷劑流量來節約能源（yuán）維持升（shēng）溫速率。對於控濕考慮，可在升溫過程中持續大流量製冷劑輸出（chū），保（bǎo）持蒸發器開啟，調節加熱絲（sī）功（gōng）率來維（wéi）持升溫速率。此時霜層由於蒸發器的冷量維（wéi）持而不出（chū）現化霜現象，僅有表麵熱氣通過時攜（xié）帶水蒸汽通過氣（qì）流進入試驗設備中，試驗設備中輔助充注氮氣或者露點溫度小於-50℃的幹燥空氣，可在升溫階段大量減少含濕量（liàng）進（jìn）入設備內部。而蒸（zhēng）發器的化霜階段可選擇在產品溫度到（dào）達（dá）試驗設備溫度後（可選擇30min後），關閉蒸發器，蒸發器進行（háng）化霜（shuāng），化霜的水經過底部排水孔排出（chū），而進入設備中的水蒸汽由（yóu）於產（chǎn）品表麵（miàn）與設備（bèi）內部（bù）空（kōng）氣溫度一致，不會在產品表麵出現凝露現象。
03如何降低設備內部含濕量
降低設備內部（bù）含濕量是考慮已（yǐ）經存在（zài）於設備內部環境空氣中的水蒸汽如何排除。常規的做法（fǎ）為低露點氣體（tǐ）置換法和吸附式除（chú）濕法。
1）低露點幹（gàn）燥空氣除濕法（fǎ）
開展單（dān）機熱循環試驗應（yīng）采用電容式濕度傳感器試驗設備，可實時監控試驗設備（bèi）內部環境濕度。常（cháng）規單機溫度循環試驗速率為3℃/min～5℃/min，根據經驗得知一般常規航天組件級單機熱滯後設備溫度20℃左右，根據濕（shī）空氣焓濕圖可以得知，隻要設備升溫過程相對濕度小於25%可避免產品表（biǎo）麵空氣（qì）降至露點溫度以下出現凝露現象。可在升溫過程（chéng）中充注氮（dàn）氣或者露點溫度小於-50℃幹燥空氣，並根據空氣相對濕度進行低露點氣體充注。一般經驗表明低露點（diǎn）氣體閥後壓力在0.5MPa以（yǐ）上（shàng）可避免產（chǎn）品表麵（miàn）凝露。對於其他類結構複雜單機，可在產品代表位置黏貼多個產品溫度傳感器，通過（guò）最低溫度點與設備溫度差值，再結合試（shì）驗環境（jìng）濕度進行焓濕圖查詢，調節低露點氣體充（chōng）注量避免（miǎn）產品表麵凝露。
2）吸（xī）附（fù）式除濕（shī）法
吸附式除濕一般選擇親水類材料（liào）如矽膠、分子篩和活性碳等產品。在風（fēng）道處安裝一個吸附式過濾（lǜ）器，設（shè）備空氣經過吸附式過濾器時，水蒸汽吸附在（zài）過濾器中，不斷除濕。過濾器可在高溫中再生重複下（xià）一次吸附過（guò）程。試驗中常用幹燥劑為矽膠，藍（lán）色代表具有吸濕能力，紅色代表（biǎo）已吸濕飽（bǎo）和。吸附式幹燥存在一定的弊端，如解吸溫度高，吸濕溫度低，無法在整個熱循環過程中（zhōng）持續有效吸濕。因此一般作為熱循環過程中輔助（zhù）除濕手段，不單獨（dú）采取此一種手段。
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