Из схемы рис. 10.7 ясно, что энергия для перемещения движка аб не потребляется от компенсирующего эталонного источника питания Ед, а берется от сети переменного напряжения. Поэтому измерительный потенциометр может одновременно с регистрацией температуры выполнять функции регулирующего устройства.

Другим, также широко используемым устройством регистрации и регулирования является автоматический мост. Устройство моста имеет много общего с автоматическим потенциометром. На рис. 10.8 показана схема электронного автоматического моста с использованием параметрического датчика Д (К.4), включенного в одно из плеч мостовой схемы тремя проводами (для температурной компенсации). Питание моста осуществляется переменным напряжением. Напряжение разбаланса, снимаемое движком потенциометра, усиливается фазочувствительным усилителем и подается в обмотку управления двухфазного асинхронного электродвигателя М. Двигатель, вращаясь, перемещает движок потенциометра до тех пор, пока мост не сбалансируется. Указатель движка на шкале отмечает величину измеряемого параметра.

Испытания на теплоустойчивость и холодоустойчивость. Различают испытания на теплоустойчивость и холодоустойчивость при эксплуатации, при транспортировании и хранении.

Испытание на теплоустойчивость при эксплуатации проводят с целью проверки параметров и проверки сохранения внешнего вида изделий в условиях и после воздействия максимально допустимой температуры. Испытания изделий проводят без электрической нагрузки, а греющихся изделий - под электрической нагрузкой. Перед испытаниями производят визуальный контроль и проверку механических свойств изделий (механический контроль), а также измерение их электрических параметров. Затем проверяют контрольно-измерительную аппаратуру и надежность поддержания в камере заданного значения температуры с требуемой точностью. Изделие помещают в камеру тепла. Затем устанавливают в ней нужную температуру, при которой выдерживают изделия в течение времени, достаточного для достижения теплового равновесия.

Измерение контролируемых параметров производят после того, как испытуемые изделия будут иметь заданную температуру. По истечении времени испытаний изделие извлекают из камеры. Далее следует период восстановления, когда изделие выдерживается в нормальных атмосферных условиях. Период восстановления определяется временем, необходимым для приобретения изделием нормальной температуры. Он может быть от 1 до 6 ч. В заключение проверяют внешний вид, механические свойства изделия и измеряют электрические параметры. При проверке внешнего вида обращают внимание на изменение цвета и целостность защитного покрытия, состояние сопрягаемых деталей.

Испытания на холодоустойчивость при эксплуатации проводят для проверки параметров изделия в условиях воздействия и после воздействия минимально допустимой температуры окружающей среды. Последовательность выполнения операций в методике проведения испытаний на холодоустойчивость аналогична последовательности испытаний на теплоустойчивость.

Испытания на теплоустойчивость и холодоустойчивость при транспортировании и хранении проводят с целью проверки способности изделий выдерживать воздействие максимально допустимой температуры при транспортировании и хранении. Данное испытание обычно совмещают с испытанием на теплоустойчивость и холодоустойчивость при эксплуатации.

С испытаниями на холодоустойчивость обычно совмещают испытания на воздействие инея и росы. При этом изделия помещают в камеру холода и выдерживают в выключенном состоянии при заданной низкой температуре в течение определенного времени, после чего их извлекают из камеры и помещают в нормальные климатические условия. Во включенном состоянии изделия выдерживают в течение заданного времени (около 3 ч) и периодически (каждые 30-60 мин) проверяют их параметры, которые должны соответствовать нормам, оговоренным в НД.

Испытание на воздействие смен температур (циклическое воздействие температур). Важным видом температурных испытаний являются испытания на циклическое воздействие температур, при которых изделие подвергается воздействиям 3-5 температурных циклов в определенной последовательности. Испытание проводят для определения способности изделий выдерживать изменения температуры внешней среды и сохранять свои параметры после этого воздействия. Испытания на циклическое воздействие проводят по следующей методике: установив в камере холода температуру, оговоренную в НД, помещают в нее испытуемые изделия и выдерживают в течение установленного времени; после этого изделие быстро переносят в камеру тепла (время переноса не более 5 мин), температура в которой предварительно была доведена до установленного значения; по истечении времени выдержки изделий в камере тепла цикл повторяется.

При всех рассмотренных испытаниях отсчет выдержки в камерах производят с момента установления температурного режима. Обеспечение одинакового воздействия температуры на несколько расположенных в камере изделий достигается правильным их расположением. В методике НД указывают допустимые расстояния между изделиями и между изделиями и стенками камеры. Располагать изделия на расстоянии менее 5 см от стенок камеры нельзя.

Контрольные слова. Климатические испытания (климиспытания), температурные испытания, теплоустойчивость, холодоустойчивость, испытания на воздействие смен температур (циклическое воздействие температур).

Лекция 11

11.1 Испытания на влагоустойчивость

Оборудование для испытаний на влагоустойчивость. Необходимая влажность воздуха для этих испытаний может быть получена следующими способами: открытым, когда воздух соприкасается с открытой свободной поверхностью; закрытым, когда циркуляция воздуха происходит через закрытое увлажнительное устройство. Открытый способ воспроизводит природное увлажнение воздуха. Этот способ прост, но практическое его использование ограничивается необходимостью строго поддерживать постоянство разности температур воздуха и воды, а также точности регулирования температуры в пределах психометрической разности. Уменьшение температуры более чем на 0,5°С при высокой относительной влажности (95±3%) и повышенной температуре (от 40 до 70°С) может вызвать выпадение росы, что является недостатком. Устройство такой камеры тепла и влаги показано на рис. 11.1, а.

Между двойными стенками шкафа 1 проложена теплоизоляция 2.

Внутри камеры установлен подогреватель 3. Подогреватель 4, размещенный в ванне с водой 8, подогревает воду, которая увлажняет воздух внутри камеры. Принудительную циркуляцию воздуха создает вентилятор 6. Контактный термометр 7 включен в схему автоматического регулирования температуры воды увлажнителя. В ту же схему включен подогреватель увлажнителя 4. Система регулирования температуры в камере не отличается от рассмотренных выше, а поэтому на рисунке не показана. Измерение влажности в камере производят психрометром 5.

Закрытый способ характерен наличием циркуляции воздуха через увлажнительное устройство, он дает возможность регулировать содержание влаги и температуру атмосферы камеры за счет изменения количества циркулирующего воздуха в замкнутом цикле и степени его прогрева. В увлажнителе воздух либо увлажняется через слой воды (рис. 11. 1,6), либо смешивается с распыленной водой (рис. 11.1, в). В камере, показанной на рис. 11.1, б, центробежный насос 6 создает принудительную циркуляцию воздуха через слой воды увлажнителя § и рабочее пространство камеры. В камере, показанной на рис. 11.1, в, центробежный насос 6 создает принудительную циркуляцию через устройство 4, в котором распыляется вода, подаваемая в рабочее пространство камеры.

Испытания на влагоустойчивость. Различают длительное, кратковременное и ускоренное испытания, с выпадением и без выпадения росы. Испытания при длительном воздействии повышенной влажности проводят для определения устойчивости параметров изделий и выявления реальных дефектов (коррозии, повреждения изоляции). Испытания при кратковременном воздействии проводят для выявления дефектов, которые могут возникнуть из-за нарушения технологии производства изделий в качестве применяемых в производстве материалов.

Циклическим испытаниям подвергают изделия, предназначенные для работы на открытом воздухе, на которые непосредственно воздействуют все атмосферные факторы, а также изделия, не подвергающиеся непосредственному воздействию дождя и солнечной радиации и предназначенные для работы в открытых помещениях, под навесами, в крытых транспортных средствах. Циклические испытания, как правило, осуществляют с выпадением росы, т.е. в режиме с конденсацией влаги.

Непрерывным испытаниям подвергают изделия, предназначенные для работы в помещениях, где нет резких перепадов температуры, солнечной радиации и дождя. При непрерывных испытаниях температуру и влажность в камере поддерживают постоянными в течение всего времени испытаний. Непрерывные испытания, как правило, осуществляют без выпадения росы. Конкретный метод испытаний устанавливают в зависимости от назначения и условий эксплуатации изделий, а также их конструктивных особенностей. Например, изделия с пропитанными обмотками (трансформаторы, реле, дроссели, пускатели) рекомендуется испытывать в циклическом режиме. Изделия электронной техники общепромышленного и бытового назначения испытывают в непрерывном режиме при относительной влажности 93±3% и температуре 25±2°С или при относительной влажности 83 ± ±3% и температуре 25±2°С. Продолжительность испытаний устанавливает НД на конкретные виды изделий, но она не должна быть менее 48 ч для влажности 93% и 96 ч для влажности 83%.

Испытания в циклическом режиме (режим с конденсацией влаги). Изделия помещают в камеру влажности и подвергают воздействию непрерывно следующих друг за другом циклов. Количество циклов должно соответствовать табл. 11.1. Продолжительность одного цикла составляет 24 ч. Каждый цикл состоит из двух частей. В первой части цикла изделия в течение 16 ч подвергают относительной влажности 95 ±3% при максимально допустимом, для данной степени жесткости, значении температуры.

Время испытаний при максимально допустимой температуре отсчитывают с момента включения камеры. Повышение температуры и влажности должно быть достаточно быстрым, чтобы обеспечить конденсацию влаги на изделиях. Во второй части цикла камеру с изделиями охлаждают в течение 8 ч при относительной влажности 94-100% до температуры не менее чем на 5°С ниже максимально допустимого значения для любой степени жесткости. Испытания производят под нагрузкой или без приложения электрического напряжения. Измерение параметров и другие проверки производят в последнем цикле, в конце последнего часа выдержки при максимально допустимом значении температуры, без извлечения изделий из камеры влажности. Если измерение параметров без извлечения изделий из камеры нецелесообразно или технически трудно, то изделия извлекают из камеры и производят замеры, но не позднее чем через 15 мин после извлечения.

Испытания в непрерывном режиме (режим без конденсации влаги). Изделия помещают в камеру влажности и выдерживают при температуре согласно табл. 11.2 и влажности до 95+3%. После отключения источников тепла и влаги испытуемые изделия не извлекают из камеры, а подвергают выдержке. Время выдержки зависит от вида испытаний и характера изделия. По окончании выдержки изделие извлекают из камеры и выдерживают еще определенное время в нормальных климатических условиях. При испытании на длительное воздействие выдержка должна быть не менее 24 ч, а при испытаниях на кратковременные воздействия-1-2 ч. После выдержки производится визуальный осмотр и измерение параметров.

11.2 Испытания на воздействие тумана

Целью испытаний на воздействие морского (соляного) тумана является выявление коррозионной устойчивости изделий. Изделия, подлежащие испытаниям, помещают в специальную камеру, в которой устанавливается температура +27±2°С и разбрызгивается соляный раствор определенного состава, имитирующий воздействие морского тумана. Разбрызгивание раствора производят в течение всей продолжительности испытаний (2, 7 или 10 суток) по 15 мин через каждые 45 мин. В процессе испытаний попадание капель соляного раствора на изделия не допускается. По истечении времени испытаний изделия вынимают из камеры и осматривают, а затем выдерживают в течение 6-12 ч в нормальных условиях и проверяют на работоспособность.

Камера морского (соляного) тумана должна обеспечивать возможность поддержания температуры от +25 до +60°С при относительной влажности до 100%. Кроме того, камера должна иметь автоматическое программирующее устройство, обеспечивающее суточную периодичность введения соляного раствора и температурного режима.

Распыляемый в камере раствор солей готовят на дистиллированной воде по следующему рецепту: хлористый натрий 27 г./л; хлористый магний 6 г/л; хлористый калий 1 г/л; хлористый кальций 1 г/л. Распыление раствора производят пульверизатором или центрифугой аэрозольного аппарата. Основными показателями тумана, получаемого в камере, служат дисперсность и водность. Водность нормального тумана 2-3 г./м³, дисперсность - 90% капель размером от 1 до 5 мкм.

Испытания на воздействие атмосферного давления

Особые условия эксплуатации изделий на летательных аппаратах и аппаратуре, эксплуатируемой в высокогорных районах, требуют испытаний их на высотность, т.е. при пониженном атмосферном давлении с нормальной, повышенной и пониженной температурой.

Испытания на воздействие атмосферного давления при нормальной температуре ведут в барокамерах типа КБ (рис. 11.2), давление в рабочем пространстве которых снижают с помощью вакуумных насосов. Камера 1 представляет собой герметизированный шкаф, застекленная дверь которого дает возможность наблюдать за испытуемыми изделиями. На передней стенке камеры установлены: вентиль впуска воздуха 5 в камеру, кнопки управления электродвигателем насоса 2 и освещением камеры. Поворотом вентиля 4 влево соединяют систему камера-манометр-насос, а поворотом вентиля вправо перекрывают эту систему. Впуск атмосферного воздуха в камеру производят поворотом влево вентиля 5. Скорость изменения давления регулируют с помощью вентилей. Замер давления внутри камеры выполняет манометр 3, измеряющий разность между давлением в камере и наружным давлением. Камеры КБ имеют несколько модификаций, различающихся полезным объемом. Так, например, камера КБ - 0,07 имеет полезный объем 0,07 м³.

При испытании изделий в рабочем состоянии на высотность при повышенной температуре окружающего воздуха устанавливают 'необходимое давление воздуха в камере с учетом поправки на рабочую температуру изделия (табл. 11.3). Перед помещением в камеру изделия осматривают и проверяют их основные параметры в нормальных условиях. Давление воздуха 3-Ю⁵ Па в барокамере должно быть постоянным. По окончании выдержки в камере измеряют оговоренные в программе испытаний (ПИ) параметры изделий. Затем уравновешивают внешнее давление с давлением внутри камеры и открывают дверь. При визуальном осмотре изделий после испытаний обращают внимание на наличие трещин в покрытиях и изоляционных материалах, на сохранение герметичности, а также на состояние контактов переключающих элементов.

Испытания при пониженной температуре проводят аналогично, с учетом НД.

Для проведения испытаний на высотность с одновременным воздействием повышенной или. пониженной температуры применяют комбинированные термобарокамеры или термовлагокамеры КТХБ и КТХВБ. Для испытания изделий в условиях холода я пониженного атмосферного давления применяют камеру низких давлений и низких температур типа КНТ-2М. Ее характеристики: температура от +25±10°С до -60°С, время изменения температуры в этих пределах равно 2,5 ч, остаточное давление-до 665 Па.

Лекция 12

12.1 Испытания на грибоустойчивость

Целью таких испытаний является определение устойчивости параметров изделия и способности противостоять развитию и разрушающему действию плесневых грибов, которыми заражена окружающая влажная среда. Перед испытаниями изделия подвергают специальной температурной обработке в камере при +60±2°С. Время выдержки задается в ТУ, ПИ или в методике (2-6 ч). Извлеченные из камеры изделия в течение 1-6 ч содержатся в нормальных условиях, затем производится визуальный осмотр и измерение заданных параметров. Далее изделия помещают в камеру грибообразования, где устанавливают также контрольные чашки Петри с питательной средой, служащие для определения жизнеспособности спор. Изделия и чашки Петри опрыскивают из пульверизатора водной споровой суспензией. Затем в камере повышают относительную влажность до 95-98% в течение 2 ч и выдерживают изделия в установленном режиме при нормальной температуре. Через 48 ч проверяют рост плесени в контрольных чашках. При обнаружении плесени вновь устанавливают относительную влажность 95-98% при температуре +30±3°С и выдерживают в заданном режиме 30 суток. При этом камера затемняется и исключается подвижность воздуха в ней. Если это предусмотрено ТУ, ПИ или методикой, то допускается периодическое (через 1-2 суток) измерение параметров изделий. Последнее измерение параметров производят в конце испытаний. Затем изделия извлекают из камеры и осматривают.

Оценка роста грибов производится по пятибалльной системе: 0-нет роста, 1-очень слабый, 2-слабый, 3-умеренный, 4-обильный рост грибов. Изделия считают выдержавшими испытания, если параметры их не выходят за пределы установленных допусков, степень обрастания грибами не превышает 2-х баллов, отсутствует коррозия металлов и гальванических покрытий и нет набухания и отслаивания лакокрасочных покрытий. При получении оценки 2 балла и удовлетворительных других показателях проводят повторные испытания на новых образцах. Изделия признают негрибоустойчивыми, если вторичная оценка будет опять 2 балла. По окончании испытаний изделия дезинфицируют или уничтожают.

Для испытаний применяют водную суспензию из смеси опор десяти грибов, колонии которых 'имеют окраску: черная, ярко-желтая, зеленая, от белой до розовой и бурой, серо-коричневая, сине-желтая, зеленая, серая, черная и желто-бурая. Количество видов плесневых грибов должно быть не менее семи. Заражение испытуемых изделий ведется путем опрыскивания их водной суспензией спор грибов из пульверизатора с диаметром выходного отверстия не менее 1 мм из расчета 50 мм суспензии на 1 м³ полезного объема камеры. Суспензия может быть использована в течение 2-4 ч с момента ее изготовления.

Для испытаний на грибоустойчивость используют камеры грибообразования типа КВТ/Г-1М. Внешний вид камеры приведен на рис. 12.1. Собственно испытательная камера 1 расположена в верхней правой части шкафа. Под камерой установлены два центробежных вентилятора, нагреватель и регулятор влажности.

Слева от двери камеры размещена панель сигнализации и управления 2. Испытательная камера имеет двойные стенки, образующие воздушную рубашку, в которой циркулирует нагретый воздух (обогрев включают тумблером 8).

Для притока свежего воздуха, необходимого для развития грибковых культур, в нижней части двери камеры сделано отверстие 10, в верхней части-два температурных фильтра 4, обеспечивающих обезвреживание выходящего воздуха. На передней панели 3 - .разъемы для кабелей.

Регулирование и автоматическое поддержание режима тепла и влаги осуществляют с помощью термометров 5 («сухой») и 6 («мокрый»).

На потолке камеры установлен осевой вентилятор 7, перемешивающий воздух. Влажность в камере создается закрытым способом путем увлажнения воздуха в увлажнителе. Циркуляцию воздуха в замкнутой системе создает центробежный вентилятор.

Температурный режим обеспечивается циркуляцией воздуха в рубашке камеры с помощью второго центробежного вентилятора.

Температуру воздуха внутри рубашки камеры контролирует контактный термометр 9.

Испытания на пылеустойчивость и пылезащищенность

Изделия, предназначенные для работы в среде с повышенной концентрацией пыли, подвергают испытаниям на пылезащищенность, а те изделия у которых нет специальной защиты от проникновения пыли, кроме того, испытывают на пылеустойчивость. Испытания проводят так. После внешнего осмотра и измерений параметров изделия помещают в камеру, где производят их обдувание просушенной пылевой смесью, содержащей 60-70% песка, 15-20% мела и 15-20% каолина. Величина частиц пылевой смеси должна быть не более 50 мкм. Количество смеси-примерно 0,1% от объема камеры. Скорость циркуляции воздуха, обдувающего изделия в камере, равна 0,5-1 м/с. В состав пылевой смеси добавляют флюоресцирующий порошок (сульфид цинка).

По окончании заданной продолжительности воздействия пыли измеряют параметры изделий, не извлекая их из камеры, затем извлекают их, удаляют пыль с поверхности и осматривают, обращая особое внимание на состояние покрытий. После этого изделия переносят в затемненное помещение, где с помощью ультрафиолетового света выявляют степень проникновения пыли. О результатах испытаний судят по степени удовлетворения изделиями требований НД. Испытания на пылеустойчивость проводят при рабочей температуре.

Для проведения испытания на воздействие пыли применяют камеры КПЗ (для испытаний на пылезащищенность), КПУ (для испытаний на пылеустойчивость) и КП-ЗУ (для комбинированных испытаний). Камера КП-ЗУ - 0,5 (рис. 12.2) представляет собой прямоугольный каркас 1 из стали. Внутри камеры установлен замкнутый воздухопровод 4. Собственно испытательной камерой служит средняя верхняя секция трубопровода 7, соединенная правым фланцем из плотной ткани с вентилятором 2. Вентилятор вращает электродвигатель 9 связанный с ним клиноременной передачей. Левым фланцем испытательная камера соединена с секцией в которой размещен направляющий щит 6, создающий равномерный воздушный поток. В нижней части воздухопровода установлена заслонка 3 для регулирования воздушного потока.

Испытуемые изделия устанавливают на стол 5, за крепленный на вращающемся валу редуктора 8, что обеспечивает равномерный обдув изделий. Редуктор с помощью муфты соединен с электродвигателем 10. Не передней стенке камеры имеется дверь со смотровым окном. Под дверью размещен щит управления с выключателями сети и подогрева, переключателем освещения камеры, кнопками пуска я остановки электродвигателей Заданную концентрацию пыли в камере получают вводом в камеру пылевой смеси и циркуляцией воздуха После установки испытуемых изделий пылевая смесь насыпается в количестве 0,5 л на плоскость стола, двери плотно закрывается и запускается вентилятор.

12.3 Механические испытания. Организация механических испытаний

Целью механических испытаний является определение способности радиодеталей и радиокомпонентов выполнять свои функции и сохранять электрические параметры в пределах норм при воздействии механических факторов и противостоять их разрушающему действию. Программа и методика механических испытаний составляются так, чтобы возможно полнее воспроизвести наиболее тяжелые условия эксплуатации. На практике, ввиду сложности искусственной реализации этих условий, обычно проводят раздельные испытания, при которых изделие последовательно проверяют на воздействие отдельных механических факторов.

К типичным механическим испытаниям относятся испытания на обнаружение резонансных частот, на виброустойчивость, вибропрочность, ударную устойчивость и ударную прочность, воздействие линейных (центробежных) нагрузок и акустических шумов, испытания выводов радиодеталей и радиокомпонентов на воздействие растягивающей силы и крутящего момента, на изгиб и скручивание. Перечень видов испытаний устанавливает ГОСТ 16962-71, содержащий методы 101-113. Каждый метод может иметь несколько модификаций. Например, метод 103 («Испытание на вибропрочность») имеет в общей сложности десять модификаций. Стандартом определена и цель каждого метода испытания. Нормы испытательных режимов (величина вибраций, ударов, акустических шумов, величины сил и моментов и их продолжительность) определяет НД.

ГОСТ 16962-71 устанавливает несколько степеней жесткости одного и того же воздействующего механического фактора. Например, вибрационные нагрузки и ускорения подразделены на 20 степеней жесткости, включающие диапазон вибраций от 1 до 5000 Гц и ускорения от 0,5 до 40§. Причем степени жесткости XVI-XX установлены для миниатюрных и сверхминиатюрных изделий: микроэлементов, микросхем, полупроводниковых приборов. Ударные нагрузки подразделены: многократные на 4 степени жесткости (15, 40, 75 и 150^), одиночные на 8 степеней жесткости (4, 20, 75, 150, 500, 1000, 1500 и 3000^). Линейные (центробежные) нагрузки подразделены на 7 степеней жесткости (10, 25, 50, 100, 150, 200 и 500^). Для изделий, работающих в условиях воздействия акустического шума, установлено 5 степеней жесткости (130, 140, 150, 160 и 170 дБ) в диапазоне частот 50-10000 Гц.

Механические испытания проводят при нормальных климатических условиях. Крепление испытуемых изделий должно быть надежным и удобным. Приспособления (например, хомуты, стойки, платы) обеспечивающие крепление изделий к платформе испытательного стенда, должны быть жесткими.

Параметры режимов при механических испытаниях определяются в контрольных точках, указанных в НД. При испытаниях на вибрационные и ударные воздействия контрольную точку выбирают на платформе стенда рядом с одной из точек крепления изделия (если изделие крепят непосредственно на платформе), на крепежном приспособлении или рядом с точкой крепления амортизатора (если изделия крепят на собственных амортизаторах). При испытаниях на воздействие линейных нагрузок контрольную точку, для которой вычисляют величину ускорения, выбирают в центре тяжести изделия.

Для ускорения проведения комплекса механических испытаний, установленного для данного вида изделий, возможно совмещение некоторых видов испытаний. Например, испытание на обнаружение резонансных частот допускается совмещать с испытанием на виброустойчивость и вибропрочность. Совмещают также испытания на ударную устойчивость и ударную прочность.

Изделия, имеющие монолитную конструкцию и не изменяющие свои параметры в процессе воздействия механических нагрузок (постоянные резисторы и конденсаторы, трансформаторы, дроссели, модули и микромодули, залитые компаундом, провода и кабели со сплошной изоляцией и т.п.), не подвергают испытаниям на вибрационную и ударную устойчивость, на воздействие акустических шумов.

Перед началом и после каждого испытания, а в необходимых случаях также в процессе испытаний, производят внешний осмотр изделий и измерение их параметров. Время испытаний при заданном режиме отсчитывают с момента достижения параметров испытательного режима, если в НД не содержатся другие указания.

Для проведения механических испытаний применяется специальное испытательное оборудование, позволяющее искусственно воспроизводить различные механические воздействия, а также измерять их параметры. Для создания вибраций используют вибрационные стенды (вибростенды), для воспроизведения ударов-ударные стенды, ускорения создают обычно с помощью центрифуги.

Лекция 13

13.1 Оборудование для механических испытаний

Оборудование для испытаний на вибрационные нагрузки. Испытания на вибрационные нагрузки проводят на вибростендах, отличающихся друг от друга по следующим показателям: видом создаваемой вибрации (линейная или угловая), направлением действия вибрации (однокомпонентная - прямолинейная вибрация в вертикальном или горизонтальном направлении, двухкомпонентная - круговая вибрация в вертикальной или горизонтальной плоскости, трехкомпонентная), формой создаваемой вибрации (гармонические синусоидальные колебания, бигармонические-два синусоидальных колебания разной частоты, импульсные, по специальной программе). По принципу действия испытательные вибростенды подразделяют на механические, электродинамические, электромагнитные, пьезоэлектрические и электрогидравлические. Наиболее распространены механические и электродинамические стенды. У большинства виброустановок стол с изделием совершает гармонические колебания в горизонтальной или вертикальной плоскостях. Испытательные вибростенды характеризуются параметрами, определяющими их воздействие на изделия (частота колебаний или ударов, амплитуда, ускорение), и грузоподъемностью, т.е. предельным значением массы испытуемого изделия, допустимой для данной установки. Установки для испытаний на прочность имитируют условия транспортной тряски.

Механические вибрационные стенды. Принцип действия простейшего механического вибростенда таков: Кривошип вращается двигателем с определенной угловой скоростью. Тяга шарнирно соединена как с кривошипом, так и с направляющим стержнем стола, который вместе с изделием совершает поступательное движение в вертикальной плоскости. Скорость движения стола меняется по синусоидальному закону.

На рис. 13.1 показана схема вибростенда типа ВУ-15. Колебательную систему установки составляют две массы, связанные между собой пружинами 4 и 5. В первую массу входит стол 1 с испытуемыми изделиями, а вторую-реактивная масса 2 с эксцентриковым возбуждающим устройством 3. При вращении эксцентрика центробежная сила заставляет массу 2 совершать поступательное движение в вертикальной плоскости. Это движение передается столу 1 через систему пружин 4 и 5. Частоту колебаний стола регулируют изменением числа оборотов двигателя, вращающего эксцентрик, а амплитуду колебаний-изменением рабочей длины пружин 4 и 5 с помощью ручки 6. Эксцентриковые стенды потребляют малую мощность, но имеют низкий диапазон частот вибрации (до 100 Гц).

Конструктивная схема центробежного вибростенда с неуравновешенными массами в виде смещающихся стальных секторов приведена на рис. 13.2. Неуравновешенные массы 1 насижены на вал, связанный с двигателем системой шестерен, и вращаются в противоположные стороны. Горизонтальные составляющие результирующих центробежных сил F₁ и F₂ взаимно уничтожаются, а вертикальные-складываются и вызывают прямолинейное синусоидальное колебание стола 2, подвешенного на пружине 3, в вертикальной плоскости. При изменении относительного положения секторов меняется результирующая вертикальная составляющая центробежных сил, а следовательно, и амплитуда колебаний стола. Частота колебаний зависит от числа оборотов двигателя. Центробежные стенды широко применяют для испытаний в диапазоне частот до 500 Гц.

Электродинамические вибростенды обеспечивают получение колебаний в широком диапазоне частот (от десятков до тысяч герц). Конструктивная схема вибростенда показана на рис. 13.3. Вибростенд содержит постоянный магнит /, в воздушный зазор которого установлена подвижная катушка 2, жестко связанная со столом 3, закрепленным на приливах магнита пружинами 4. Через катушку пропускают переменный ток, который взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. Синусоидальное изменение тока вызывает синусоидальные колебания стола с испытуемым изделием. Недостаток стенда - большое потребление электроэнергии, а достоинство-'возможность получения большой частоты колебания (до 10000 Гц).

Значительно более экономичны электродинамические вибростенды с регулируемой упругостью пружин, в которых при настройке собственной частоты подвижной системы на частоту переменного тока, питающего подвижную катушку, амплитуда колебаний возрастает в несколько раз при той же затрате энергии переменного тока. Принцип действия такого стенда аналогичен принципу действия вибростенда, изображенного на рис. 13.3.

Оборудование для испытаний на ударные нагрузки. Испытания на ударные нагрузки производят на механических и электродинамических стендах. Наиболее просты по конструкции механические стенды. Принцип действия таких стендов основан, на создании ударных ускорений в вертикальном направлении при ударе свободно падающего стола об упругие наковальни.

На рис. 13.4 представлена конструктивная схема механического ударного стенда для испытаний на ударную прочность и на ударную устойчивость. Стол / с испытуемыми изделиями периодически поднимается эксцентриком 2 и падает на амортизаторы 3: Эксцентрик вращается двигателем 4 с угловой скоростью со. Стол укреплен на направляющих штоках 5, которые перемещаются в отверстиях подставки 6 и придают столу вертикальное направление движения. Коэффициент перегрузки при ударе зависит от высоты свободного падения и упругих свойств амортизатора.

Импульсы ускорения различных форм получают за счет применения гидравлических и механических средств торможения, а также выполнения упругих элементов из резины, фетра, свинца, пружин. Измерение параметров ударных воздействий производят с помощью тензометрического акселерометра, установленного на столе.

Оборудование для испытаний на воздействие линейно-то (центробежного) ускорения. Испытания на воздействие линейных (центробежных) ускорений проводят на центрифугах, создающих в горизонтальной плоскости радиально-направленные ускорения. На рис. 13.5. показана конструктивная схема малогабаритной центрифуги, развивающей ускорение до 25g при максимальной массе испытуемых изделий до 12 кг. Основание 4 центрифуги представляет собой литую плиту с приливами, на которой установлены электродвигатель 3 и тахогенератор 5, служащий для определения числа оборотов центрифуги. Эта система связана редуктором с платформой 1. Для подведения к испытуемым изделиям необходимого питания и подключения контрольно-испытательной аппаратуры предназначен специальный щиток 6. Испытуемые изделия подключаются к клеммной колодке 2, имеющей электрическую связь с щитком 6 через коллектор, расположенный на валу центрифуги.

Устройство и принцип работы акселерометров. При механических испытаниях для фиксации параметров механических воздействий используют акселерометры пьезоэлектрические, тензометрические струнные и потенциометрические.

Пьезоэлектрические акселерометры бывают двух типов: работающие на сжатие (рис. 13.6, а) и на изгиб (рис. 13. 6,6). В качестве пьезоэлектрика чаще всего используют кристаллы титаната бария. Верхнюю и нижнюю поверхности кристалла 4 в акселерометре, работающем на сжатие (акселерометр компрессионного типа), покрывают серебром, после чего к этим поверхностям припаивают выходные клеммы. Кристалл приклеивают к корпусу 1, прикрепленному к испытательному стенду. Ускорение корпуса акселерометра и груза 3 вызывают силы сжатия, действующие на иьезоэлёктрик, б результате чего на противоположных гранях его возникает разность потенциалов, пропорциональная ускорению корпуса. Пружина 2 предотвращает разрушение кристалла при больших ускорениях.

В акселерометре, работающем на изгиб, используется балка 5 с приклеенными к ней одним или двумя пьезокристаллами. Балка, в качестве материала которой служит обычно фосфористая бронза, жестко закрепляется к основанию 6 на одном или обоих концах, или в середине. Силы ускорения вызывают деформацию балки, а следовательно, и пьезокристаллов. В результате на выходе появляется разность потенциалов, пропорциональная ускорению. Акселерометры, работающие на изгиб, могут быть использованы при более высоких значениях §, чем акселерометры компрессионного типа.

Широко применяется тензометрический акселерометр (рис. 13.7, а). На балку приклеивают измерительный тензодатчик Rи. На конец балки помещают груз массой m. Под действием ускорений сила F, изгибающая балку, изменяется пропорционально величине ускорений (F = mg). Тензодатчик включен в одно из плеч моста (рис. 13. 7,6), условие равновесия которого Rи/Rк=R1/R2. Сопротивление измерительного тензодатчика Rи изменяется под действием сил деформации балки.

Величина деформации балки линейно связана с величиной деформирующего усилия F, а следовательно, и с величиной ускорения.

Поэтому показания прибора Р пропорциональны действующим ускорениям. Второй тензодатчик Rк приклеивается к балке так, что его сопротивление не изменяется при деформациях балки и служит для компенсации температурных изменений сопротивления измерительного тензодатчика. Основным преимуществом акселерометра этого типа по сравнению с пьезоэлектрическим является возможность измерения большого диапазона ускорений (от долей g до 1000g).

Сигналы, вырабатываемые рассмотренными акселерометрами, малы и требуют усиления. Для устранения высокочастотных помех, воздействующих на считываемые результаты вследствие удара при испытании, используют фильтры.

Определение резонансных частот. На практике используют несколько методов определения резонансных частот: пьезоэлектрический, электретный, емкостный.

При пьезоэлектрическом методе резонансные частоты испытуемых изделий определяют по сигналу с малого пьезодатчика 2 (рис. 13.8), прикрепленного гермозамазкой к изделию 1. Малый пьезодатчик представляет собой пьезоэлемент из керамики ЦТС-19 в форме диска с посеребренными. поверхностями диаметром до 10 мм, толщиной 0,3-1 мм и массой 2-500 мг. Чувствительность таких пьезодатчиков равна 0,05-1 мВ/§\ а частота собственных колебаний более 100 кГц. К посеребренным поверхностям дисков легкоплавким припоем припаяны выводы из провода ПЛШО диаметром 0,13 мм, с помощью которых сигнал с пьезодатчика 2 через катодный повторитель 3 подается на ламповый вольтметр 4 и осциллограф 5. На другой вход осциллографа и на ламповый вольтметр 6 через катодный повторитель 7 подается сигнал с контрольного пьезодатчика 8, прикрепленного гермозамазкой к столу вибростенда 9.

В результате сложения сигналов от малого и контрольного пьезодатчиков на экране осциллографа высвечивается эллипс. При плавном изменении частоты колебаний вибростенда и при поддержании постоянства ускорения на резонансной частоте испытуемого изделия наблюдается увеличение напряжения на малом пьезодат-чике и поворот на 90° эллипса на экране осциллографа. Для согласования высокоомного выхода пьезодатчиков с малым входным сопротивлением осциллографа используют катодные повторители (3 и 7), имеющие входное сопротивление больше ЗОО МОм. Во избежание наводок применяют экранированные соединительные провода. Экраны проводов заземляют.

При определении резонансных частот емкостным методом используют увеличение сигнала емкостного датчика при резонансе, которое происходит в результате изменения емкости между неподвижно установленным электродом (одна пластина конденсатора) и вибрирующим испытуемым образцом (другая пластина конденсатора).

Определение резонансных частот изделий электретным методом производят с помощью электретных датчиков (электретов), представляющих собой поляризованный диэлектрик.

Измерение параметров удара. При измерении параметров удара регистрируют ускорение (амплитуду), длительность, форму ударного импульса и время нарастания ударного ускорения. На рис. 13.9 приведена структурная схема измерительной установки. Для преобразования ускорения в электрический сигнал используется пьезоэлектрический преобразователь ускорения ПУ - пьезоэлектрический акселерометр.

Электрический сигнал регистрируется электронным осциллографом ЭО с ждущей разверткой и длительным подсвечиванием. Для согласования выходного сопротивления ПУ с входным сопротивлением ЭО используют согласующий усилитель СУ (например, катодный повторитель). Фильтр Ф служит для снижения уровня шумов СУ и исключения влияния резонанса измерительного преобразователя ускорения ПУ,

Определение величины ускорения, длительности и времени нарастания ускорения ударного импульса производят по осциллограмме ударного импульса с учетом коэффициента преобразования ПУ. Форму ударного импульса находят сравнением формы импульса с экрана осциллографа, снятого на кальку или фотобумагу, с трафаретами по методике, определяемой НД.

13.2 Методика проведения механических испытаний

Испытания на вибрационные нагрузки. Испытание изделий на вибрационные нагрузки-это один из основных и наиболее широко применяемых видов механических испытаний. При испытаниях на обнаружение резонансных частот изделия, имеющие собственные амортизаторы, испытывают без амортизаторов при жестком креплении. Испытание проводят при воздействии вибрации в каждом из трех взаимно. перпендикулярных направлений по отношению к изделию (если в НД не указано иное). Испытание на определение резонансных частот рекомендуется проводить на электродинамических вибростендах, так как они обеспечивают проверку изделия в широком диапазоне частот (10-5000 Гц) при малых нелинейных искажениях.

Поиск резонансных частот и испытание на виброустойчивость производят плавным изменением частоты вибрации вибростенда при постоянных амплитуде и ускорении. Скорость изменения частоты при этом должна быть такой, чтобы обеспечить возможность проверки и регистрации необходимых параметров испытуемого изделия, а также обнаружения и регистрации резонансов. При обнаружении резонансных частот или частот, на которых параметры ухудшаются, изделие дополнительно выдерживают при вибрации на данной частоте. Признаком совпадения собственной частоты изделия с частотой возмущающей силы, при которых наступает резонанс, является увеличение амплитуды колебаний изделия и изменение фазы колебаний на 90°.

Испытание на вибропрочность проводят непрерывным изменением частоты вибрации во всем диапазоне (для данной степени жесткости) от нижнего значения до верхнего и обратно (или в поддиапазонах): методом качающейся частоты; методом фиксированных частит или комбинированным методом. При испытании методом качающейся частоты частоту вибрации вибростенда плавно изменяют в определенном диапазоне, включающем резонансные частоты изделия. При испытаниях методом фиксированных частот устанавливают определенную частоту вибрации вибростенда и на этой частоте выполняют все контрольно-измерительные работы, предусмотренные НД. Испытания проводят на одной или нескольких частотах, а также на резонансных частотах изделия.

Испытания на ударные нагрузки. Большинство изделий подвергают испытаниям на воздействие ударных нагрузок. Цель испытаний заключается в том, чтобы проверить способность изделия выдерживать разрушающее воздействие ударов и продолжать нормально функционировать после их прекращения (испытания на ударную прочность), а также способность изделий выполнять свои функции при воздействии ударных нагрузок (испытания на ударную устойчивость). Испытания на ударную прочность могут производиться под электрической нагрузкой или без нее, а на ударную устойчивость - только под электрической нагрузкой. Величина ускорения и длительность импульса при ударе, а также общее количество ударов задают в НТД. После проведения испытаний изделия осматривают и измеряют их параметры (изделие должно полностью выполнять свои функции и сохранять электрические параметры в пределах требований НД). Испытания на ударную устойчивость проводят после испытаний на ударную прочность. Иногда эти испытания совмещают.

Испытания на устойчивость к воздействию ускорения. Целью этих испытаний является проверка способности радиодеталей и радиокомпонентов противостоять разрушающему действию линейного (центробежного) ускорения и выполнять при этом свои функции. Изделия жестко крепят к рабочему столу стенда последовательно в вертикальном, горизонтальном или любом другом положении, допускаемом при эксплуатации. После чего с помощью специальных балансов устанавливают динамическое равновесие стола. Перед включением стенда стол поворачивают на 360° и проверяют плавность его хода. После включения стенда (центрифуги) «разгоняют» стол. Скорость разгона стола должна лежать в пределах от 0,5g до 50 g., С такой же скоростью происходит и торможение стенда после его выключения.

Испытания на воздействие звукового давления. Изделия, на которые в процессе эксплуатации воздействуют звуковые давления, подвергают специальным испытаниям. Цель испытаний-проверка способности изделий противостоять разрушающему действию акустического шума и выполнять свои функции, сохраняя неизменность электрических параметров. Изделия крепятся на специальном столе с учетом допускаемых эксплуатационных положений. Механически нагружаемые изделия испытывают с реальными нагрузками или их эквивалентами. Испытания ведут под электрической нагрузкой или без нее, при воздействии на изделие равномерного звукового давления заданной величины в определенном спектре частот. При испытаниях стремятся обнаружить у изделий резонансные частоты, на которых амплитуда колебаний изделия возрастает в два и более раза или наблюдаются ухудшения их параметров.

В качестве источников звукового давления используют электродинамические преобразователи, реактивные струи воздуха, маломощные прямоточные двигатели и специальные сирены. Они обеспечивают получение звуковых колебаний в диапазоне частот от 60 до 10000 Гц с допустимой погрешностью по частоте колебаний ±10% и с плавной регулировкой ширины полосы частот. Уровень силы звука, создаваемого установками, достигает 170 дБ с плавной регулировкой в пределах от 90 до 170 дБ при допустимой погрешности по величине звукового давления ±5%. Звуковые давления с помощью специальных микрофонов записывают магнитофонами или измеряют специальной аппаратурой. Для анализа спектра сигналы подают на специальные анализаторы.

Лекция 14

14.1 Испытания на надежность

Испытания на надежность, в результате которых устанавливаются показатели надежности изделий, называют определительными. Эти показатели включают в НД. Определительные испытания проводят выборочно. Большое экономическое значение при этом имеет правильный выбор электрических параметров, по которым проверяют изделие. Чтобы максимально уменьшить объем испытаний, выбирают минимальное количество комплексных параметров, проверка которых дает возможность убедиться в нормальной работе изделия. Каждый из комплексных параметров должен обеспечивать проверку работы многих элементов. Так, например, измерение тока в режиме холостого хода трансформатора обнаруживает многие дефекты материалов и сборки трансформатора. Другой важной задачей является определение условий испытаний, которые должны быть близки к реальным условиям эксплуатации испытуемых изделий.

Испытания, проводящиеся для контроля уровня надежности, называют контрольными. В процессе этих испытаний выявляют, не ухудшалась ли надежность контролируемой партии изделий по сравнению с той, по которой были установлены показатели надежности. Контрольные испытания на надежность проводят однократной выборкой или последовательным анализом.

Существует несколько способов получения статистических данных об отказах, по которым можно дать Количественную характеристику надежности изделий. Для определения показателей надежности резисторов, конденсаторов, транзисторов, катушек индуктивностей, дросселей и других неремонтируемых изделий проводят испытание одновременно многих изделий до отказа каждого из них и фиксируют наработку. Пусть на испытание поставлены Nо изделий данного типа и наработка до отказа каждого элемента t_i зафиксирована. По полученным данным можно определить среднюю наработку до отказа и интенсивность отказов:

Информацию об отказах изделий получают от предприятий, которые изготавливают (производять), эсплуатируют или ремонтируют ее, от организаций, которым поручена опытная эксплуатация, а также из сведений об отказах (рекламаций), которые присылают потребители заводам-изготовителям. Для оценки надежности изделий широко используют специальные испытания на надежность, к которым относятся:

испытания на срок службы;

ускоренные испытания на срок службы;

испытания на разрушение.

При испытаниях на срок службы группа изделий работает до выхода из строя в условиях, близких к условиям эксплуатации. При ускоренных испытаниях на срок службы изделие работает при следующих повышенных нагрузках:

механических;

электрических;

тепловых.

Например, при повышенных ускорениях, повышенной или пониженной температуре, повышенной электрической нагрузке. Ускоренные испытания дают большой выигрыш времени, затрачиваемого на проведение испытаний. Но они имеют существенный недостаток-трудно найти зависимость между результатами испытаний и показателями надежности в реальных условиях эксплуатации.

При испытаниях на разрушение нагрузка на изделие (например, электрическая нагрузка) увеличивается до тех пор, пока не произойдет отказ. Эти испытания используют только для сравнительной оценки надежности элементов (компонентов) одного и того же изделия. Они не позволяют определить показатели надежности изделий,

14.2 Организация электрических испытаний

Оборудование рабочих мест для электрических испытаний. Испытательные работы проводят на специальных рабочих местах. Рабочие места для испытаний должны удовлетворять следующим требованиям.

1. Содержать измерительную и испытательную аппаратуру, позволяющую проверять все параметры, предусмотренные НД.

2. Применяемая аппаратура должна быть надежной, обладать стабильными параметрами и обеспечивать: высокую производительность испытания, простоту, безопасность и экономичность испытаний, однообразие результатов замеров одинаковых параметров на разных рабочих местах, минимальную зависимость результатов испытаний от внешних факторов.

3. Измерительная и испытательная аппаратура должна проверяться в установленные сроки и иметь паспорт с указанием даты проверки на соответствие техническим требованиям.

4. Выполнение требований техники безопасности.

Проверка параметров изделия включает следующие операции: подключение к испытуемому изделию источников питания, источников входных сигналов и измерительной аппаратуры, установку заданных параметров входных сигналов, отсчет по измерительным приборам параметров изделия.

В серийном. производстве значительное снижение трудоемкости контрольно-испытательных работ достигают использованием специальных стендов. Наибольший экономический эффект получают при использовании автоматических стендов для комплексной проверки изделия по всем параметрам. Такие стенды дают возможность производить автоматическую проверку параметров и автоматическое разделение изделия по сортам или другим признакам. Полуавтоматические стенды и стенды с ручным управлением применяют как в крупносерийном, так и в мелкосерийном производстве. Они широко применяются для проверки параметров резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов и других радиодеталей и радиокомпонентов.