ГОСТ 28236-89 Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 3. Дополнительная информация. Раздел 1. Испытания на холод и сухое тепло (МЭК 68-3-1-74).
ГОСТ 28236-89
(СТ МЭК 68-3-1-74)
Группа Э29
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮ3А ССР
Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов
Часть 3
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Раздел 1
ИСПЫТАНИЯ НА ХОЛОД И СУХОЕ ТЕПЛО
Basic environmental testing procedures. Part 3. Background information.
Section 1. Cold and dry heat tests
ОКСТУ 6000, 6100,
6200, 6300
Дата введения 1990-03-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.08.89 N 2566 введен в действие государственный стандарт СССР ГОСТ 28236-89, в качестве которого непосредственно применен стандарт Международной Электротехнической Комиссии СТ МЭК 68-3-1-74, с 01.03.90
2. Замечания к внедрению ГОСТ 28236-89
Техническое содержание Стандарта МЭК 68-3-1-74 "Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 3. Дополнительная информация. Раздел 1. Испытания на холод и сухое тепло" принимают для использования и распространяют на изделия электронной техники народнохозяйственного назначения.
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. Официальные решения или соглашения МЭК по техническим вопросам, подготовленные техническими комитетами, в которых представлены все заинтересованные национальные комитеты, выражают с возможной точностью международную согласованную точку зрения по рассматриваемым вопросам.
2. Эти решения представляют собой рекомендации для международного пользования и в этом виде принимаются национальными комитетами.
3. В целях содействия международной унификации МЭК выражает пожелание, чтобы национальные комитеты приняли за основу настоящий стандарт МЭК в качестве своих национальных стандартов, насколько это позволяют условия каждой страны.
Любое расхождение со стандартами МЭК должно быть четко указано в соответствующих национальных стандартах.
ВВЕДЕНИЕ
Стандарт МЭК 68-3-1-74 подготовлен Подкомитетом 50В "Климатические испытания" Технического комитета 50 МЭК "Испытания на воздействие внешних факторов".
В ней содержатся основные сведения, дополняющие СТ МЭК 68-2-1: "Испытания А. Холод" и СТ МЭК 68-2-2. "Испытания В. Сухое тепло".
Первый проект документа обсуждался на совещании в Вашингтоне в 1970 г. В результате решений этого совещания в апреле 1971 г. национальным комитетам был представлен на утверждение по Правилу шести месяцев второй проект - документ 50В (Центральное бюро) 161.
За издание стандарта голосовали следующие страны:
|
Австралия |
Бельгия |
Великобритания* |
Венгрия |
Дания |
Израиль |
Иран |
Италия |
Нидерланды |
Норвегия |
Португалия |
Румыния |
Союз Советских Социалистических Республик |
Соединенные Штаты Америки |
Турция |
Федеративная Республика Германии |
Финляндия |
Франция |
Чехословакия |
Швейцария |
Швеция |
Южно-Американская Республика |
Япония |
________________
* Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии.
1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Собственная температура влияет на рабочие характеристики и ограничивает работоспособность элементов и аппаратуры. Она зависит как от условий окружающей среды, так и от количества тепла, рассеиваемого самим изделием.
Всякий раз, когда в системе, образованной образцом и окружающей средой, имеет место температурный градиент, возникает процесс теплообмена.
Испытания на холод и сухое тепло характеризуются как резким, так и постепенным изменением температуры и предназначены для нетеплорассеивающих и теплорассеивающих образцов (последние могут быть снабжены системой искусственного охлаждения или не иметь ее).
В зависимости от обстоятельств предусматривается использование камер с применением принудительной циркуляции воздуха или без нее.
Общая блок-схема всех методов приведена в приложении K.
1.1. Окружающая среда, условия проведения
Действительные условия окружающей среды, в которых образец должен работать, обычно не только недостаточно точно известны, но и недостаточно определены, поэтому руководствоваться ими в качестве основы при проектировании, составлении соответствующей НТД и проведении испытаний не представляется возможным.
В связи с этим необходимо установить стандартные условия окружающей среды, которые могут быть определены с учетом нижеизложенного.
1.2. Нетеплорассеивающие образцы
Если температура окружающей среды постоянна и распределена равномерно и внутри образца тепло не рассеивается, тепловой поток будет устремляться из окружающей среды внутрь образца, когда температура окружающей среды выше температуры внутри образца, и в обратном направлении, когда температура окружающей среды ниже температуры внутри образца. Процесс теплообмена будет продолжаться до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между всеми частями образца и окружающей средой. После этого теплообмен прекращается и возобновляется только в том случае, если изменяется температура окружающей среды. Определить стандартную температуру окружающей среды в данном случае не представляет трудностей при условии, что она постоянна и распределена равномерно. В случае, когда образец не достигает теплового равновесия с окружающей средой, определение стандартной температуры оказывается более сложным и следует применять выводы, изложенные в п.1.3.
1.3. Теплорассеивающие образцы
Если внутри образца происходит выделение энергии при отсутствии теплоотдачи в окружающую среду, то температура образца повышается неограниченно. Следовательно, если устанавливается некоторая постоянная температура образца, то это означает, что тепловой поток постоянно направлен от образца в окружающую среду, в результате чего обязательно происходит охлаждение образца независимо от окружающей среды.
Дальнейшее повышение температуры образца может произойти только в том случае, если температура окружающей среды повышается.
Стандартная температура окружающей среды для этого случая, очевидно, должна быть определена таким образом, чтобы создавались простые и хорошо воспроизводимые условия передачи тепла. Поскольку передача тепла осуществляется посредством трех различных механизмов - конвенции, излучения и теплопроводности, для каждого из них в отдельности и для всех трех одновременно должны быть созданы строго определенные условия.
Если одному из видов испытаний на сухое тепло подвергается несколько образцов в одной камере, то необходимо, чтобы все образцы находились в одинаковых температурных условиях окружающей среды и монтировались идентично. Однако при проведении испытаний на холод было сочтено нецелесообразным проводить различие между испытанием одного образца и испытанием нескольких образцов.
1.4. Температура окружающей среды
Потребителям элементов и аппаратуры (особенно аппаратуры) необходимо знать максимальные и минимальные значения температуры окружающей среды, при которых образец будет работать, и эти значения для испытаний должны быть конкретно установлены.
Здесь возникают определенные трудности, обусловленные тем, что процесс теплообмена связан с температурными градиентами, и поэтому температура среды вокруг образца неизбежно различна в разных точках пространства. Следовательно, необходимо конкретно определить, что понимается под термином "температура внешней среды (окружающей атмосферы)".
1.5. Температура поверхности
Принимая во внимание, что рабочие характеристики образца зависят главным образом от его собственной температуры, для осуществления контроля и задания температуры может оказаться целесообразным исходить из температур характерных точек на поверхности образца или даже внутри него.
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Некоторые виды аппаратуры эксплуатируются или хранятся в условиях высоких или низких температур только в течение периодов времени, которые меньше, чем это необходимо для достижения аппаратурой температурной стабильности. Испытание такой аппаратуры в соответствии с испытаниями А и В, при которых длительность выдержки отсчитывается с момента достижения образцом температурной стабильности, может привести к ее чрезмерной перегрузке.
Во избежание такой перегрузки допускается применять методики, указанные в испытаниях А и В с некоторыми отклонениями и мерами предосторожности, изложенными в разд.2.
Это относится, например, к некоторым видам авиационной и ракетной аппаратуры.
Хотя аппаратура, имеющая большую тепловую постоянную в сравнении с периодами суточных изменений температуры, как правило, испытывается в соответствии с методиками испытаний А и В при достижении температурной стабильности, бывают случаи, когда желательна точная имитация реальных условий окружающей среды. Для этих случаев может быть применено испытание без достижения образцом температурной стабильности.
Испытание, продолжительность которого меньше периода времени, требуемого для достижения температурной стабильности, может быть также применено в тех случаях, когда необходимо, чтобы температура в крупногабаритной аппаратуре (такой, как силовые трансформаторы и двигатели, имеющие большую тепловую постоянную) достигла высокого или низкого значения за короткий промежуток времени. В этих случаях температура окружающей среды при испытании берется соответственно выше или ниже температуры окружающей среды, которая предполагается в условиях эксплуатации аппаратуры.
3. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ
3.1. Механизм теплообмена
3.1.1. Конвекция
3.1.1.1. Теплообмен конвекцией у теплорассеивающих образцов при испытании в камере составляет важную часть их общего теплообмена.
Коэффициент теплоотдачи при переносе тепла с поверхности испытуемого образца в окружающую среду зависит от скорости воздуха вокруг образца. Чем больше скорость воздуха, тем эффективнее теплоотдача. Таким образом, при одной и той же температуре окружающей среды температура поверхности испытуемого образца будет тем ниже, чем выше скорость воздуха, его обтекающего. Эта зависимость показана на рис.2 и 3 приложения В.
Помимо влияния на температуру какой-либо одной точки поверхности испытуемого образца, циркуляция воздуха оказывает влияние также на распределение температуры поверхности испытуемого образца (см. рис.4 приложения В).
3.1.1.2. Из приложения В следует, что между температурой поверхности и распределением температур, с одной стороны, и скоростью воздуха и направлением воздушного потока, с другой, не существует простой зависимости. Также очевидно, что если бы условия испытаний задавались в соответствии с действительными условиями эксплуатации с помощью конкретных значений скорости и направления воздушного потока, это привело бы к затруднениям при разработке камер.
Потребность в обеспечении точно определенных, воспроизводимых условий испытания, которые давали бы возможность легко производить сравнение результатов испытания с действительными условиями эксплуатации, ведет к применению так называемых "условий свободного обмена воздуха".
3.1.1.3. Условия свободного обмена воздуха - это такие условия неограниченного пространства, когда на движение воздуха влияет только теплорассеивающий образец, а энергия, излучаемая образцом, поглощается. Обеспечение этих условий при проведении испытания затруднительно и не всегда целесообразно (см. разд.3). Из приложения А следует, что применение условий свободного обмена воздуха в качестве стандартных обычно не требует дорогостоящих и больших испытательных камер. Так как условия свободного обмена воздуха обеспечивают определенные технические преимущества и выполнить их обычно легче, чем обеспечить заданные условия принудительной циркуляции воздуха, при проведении испытаний теплорассеивающих образцов на холод и сухое тепло их использование является предпочтительным.
Вследствие причин, изложенных в разд.3, имеются случаи, когда появляются определенные трудности при проведении испытания без принудительной циркуляции воздуха. Поэтому предлагаются два метода, которые предусматривают применение принудительной циркуляции воздуха с малой скоростью воздушного потока.
Первый метод применяется в тех случаях, когда размеры камеры удовлетворяют требованиям, указанным в приложении А, однако нагрев или охлаждение камеры возможны лишь в условиях принудительной циркуляции воздуха.
Второй метод применяется в тех случаях, когда камера слишком мала, чтобы удовлетворить требованиям, указанным в приложении А, или когда первый метод не может быть применен по иным причинам.
3.1.2. Тепловое излучение
3.1.2.1. Как видно из рис.5 приложения С, при рассмотрении условий в камере для испытания теплорассеивающих образцов необходимо учитывать теплообмен излучением. Если испытуемые образцы и стенки камеры термически черные (коэффициент лучепоглощения приближается к единице), теплообмен испытуемого образца с окружающей средой в результате теплового излучения может составить почти половину общего теплообмена. Таким образом, если теплорассеивающий образец подвергается воздействию определенной температуры окружающей среды в термически белой и в термически черной камерах, температура поверхности испытуемого образца в первом и втором случаях будет существенно отличаться. Следовательно, чтобы получить воспроизводимые результаты испытания, следует задать коэффициент лучепоглощения и температуру стенок камеры.
3.1.2.2. Если испытуемый образец заслонен от стенок камеры другими образцами, нагревательными или охлаждающими элементами, монтажными приспособлениями и т.д., которые не отвечают требованиям, предъявляемым к термическому цвету и температуре стенок камеры, теплообмен между испытуемым образцом и стенками камеры посредством теплового излучения нарушается. Часть стенок камеры, которая находится "в зоне видимости" определенной точки на испытуемом образце, обусловливает "угловой коэффициент излучения" этой точки. На угловой коэффициент излучения каждой точки испытуемого образца не должны оказывать нежелательного влияния предметы, которые не отвечают требованиям, предъявляемым к термическому цвету и температуре стенок камеры.
3.1.2.3. В идеальных условиях свободного обмена воздуха тепло, отдаваемое испытуемым образцом, полностью поглощается окружающей средой. Это происходит вследствие естественной конвекции и полного поглощения теплового излучения.
Большая часть аппаратуры и элементов обычно работает в среде, которая по своим характеристикам ближе к черному телу (имеет высокий коэффициент поглощения). Кроме того, значительно легче изготовлять камеры с цветом внутренней поверхности, близким к термически черному, чем к термически белому. Особенно трудно сохранять термически белый цвет камер в течение длительного времени вследствие явления старения. Фактически большинство красок и материалов (неполированных) ближе к термически черному цвету, а не к термически белому (см. приложение I). Если температура стенок камеры изменяется в пределах 3% от заданной температуры испытания, измеренной в Кельвинах, а коэффициент лучепоглощения изменяется от 0,7 до 1, то получающееся в результате изменение температуры поверхности испытуемого образца обычно не превышает 3 К. Так как мощность теплового излучения пропорциональна разности четвертых степеней температур поверхности испытуемого образца и стенки камеры, то тепловое излучение менее значительно при низких температурах и поэтому требования к термическому цвету и температуре стенок камер для испытаний на воздействие низких температур являются менее жесткими.
3.1.2.4. Теплообмен излучением в значительной степени зависит от температуры стенок камеры. Эта зависимость является основной причиной, вызывающей необходимость применения поправок, приведенных в приложении Е, когда испытание проводится с принудительной циркуляцией воздуха и разница между температурой поверхности образца и температурой окружающей среды значительна.
3.1.3. Теплопроводность
3.1.3.1. Теплообмен теплопроводностью зависит от тепловых характеристик монтажа и соединений.
3.1.3.2. Многие типы теплорассеивающей аппаратуры и теплорассеивающих элементов предназначены для монтажа на радиаторах или других приспособлениях с хорошей теплопроводностью, которые обеспечивают эффективный отвод определенного количества тепла за счет теплопроводности.
В таком случае в соответствующей НТД должны быть определены тепловые характеристики монтажных приспособлений и эти характеристики должны обеспечиваться при проведении испытаний.
3.1.3.3. Если аппаратура или элемент могут монтироваться разными способами, при которых имеет место различная теплопроводность монтажных приспособлений, следует учитывать наихудший вариант. Наихудший вариант определяется, принимая во внимание следующее:
а) испытание теплорассеивающих образцов на воздействие сухого тепла
Поскольку тепло переносится от испытуемого образца к монтажным приспособлениям, наихудшим считается вариант, когда передача тепла минимальна, т.е. когда монтажные приспособления имеют низкую теплопроводность (образец теплоизолирован);
б) испытание нетеплорассеивающих образцов на воздействие сухого тепла
До тех пор пока не будет достигнуто тепловое равновесие, передача тепла будет происходить от стенок камеры через монтажные приспособления к испытуемому образцу. В этом случае наихудший вариант имеет место тогда, когда теплопроводность монтажных приспособлений высокая. Теплоемкость монтажных приспособлений должна быть низкой во избежание длительного времени нагрева монтажных приспособлений и, соответственно, замедления переноса тепла от стенок камеры к испытуемому образцу;
в) испытание теплорассеивающих и нетеплорассеивающих образцов на холод
Поскольку перенос тепла происходит в направлении от испытуемого образца через монтажные приспособления к стенкам камеры, наихудшим вариантом (температура образца самая низкая) является тот, при котором теплообмен происходит наиболее интенсивно, т.е. когда теплопроводность монтажных приспособлений высокая.
3.1.4. Принудительная циркуляция воздуха
3.1.4.1. Если размеры камеры соответствуют требованиям, указанным в приложении А, обогрев и охлаждение камеры могут вызвать необходимость в применении принудительной циркуляции воздуха.
В этом случае следует убедиться, что температура характерных точек на поверхности испытуемого образца существенно не зависит от установленной в камере скорости принудительной циркуляции воздуха (измерения проводятся внутри камеры при температуре, соответствующей температуре воздуха в лаборатории). Если температура поверхности в любой точке испытуемого образца вследствие применения принудительной циркуляции воздуха в камере не снижается более чем на 5 °С, испытание проводится в соответствии с требованиями, предъявляемыми к испытанию в камере без принудительной циркуляции воздуха; при этом охлаждающее действие принудительной циркуляции воздуха в расчет не принимается как не имеющее практического значения.
3.1.4.2. В случае, когда камера слишком мала, чтобы удовлетворять требованиям, указанным в приложении А, или когда температура поверхности, измеренная в соответствии с п.2.1.4.1, снижается более чем на 5 °С, проводится предварительное испытание вне испытательной камеры.
Измеряется температура ряда характерных точек на поверхности испытуемого образца, находящегося вне камеры, с тем чтобы принять ее за основу при определении температуры поверхности в заданных для испытания условиях. Измерения производятся под нагрузкой, установленной в соответствующей НТД для данной температуры испытания.
.
3.1.4.3. Выбор характерных точек для ведения контроля температуры как при использовании первого метода, так и при использовании второго метода должен осуществляться на основе подробных сведений об испытуемом образце (распределение температуры, точки, критичные к температуре, и т.д.). Поскольку такой выбор требует достаточной квалификации, для типовых испытаний в качестве предпочтительного метода рекомендуется метод без применения принудительной циркуляции воздуха как обеспечивающий более высокую степень воспроизводимости.
Иногда одного предварительного испытания достаточно для обеспечения работы камеры в течение целой серии подобных испытаний (например, при испытании аналогичных элементов), тогда как в других случаях может понадобиться производить проверку перед каждым отдельным испытанием (например, при испытании различных типов аппаратуры).
4. ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
4.1. Общие положения
Воссоздавать условия свободного обмена воздуха при проведении испытания трудно и нецелесообразно, однако имитация воздействий этих условий вполне реальна. Даже в очень больших камерах циркуляция воздуха и распределение температуры вокруг образца не будут точно такими же, как в действительных условиях свободного обмена воздуха.
Тем не менее, как установлено экспериментальным путем и в ходе испытаний, условия в достаточно большой камере без принудительной циркуляции воздуха влияют на температуру поверхности испытуемого образца примерно так же, как и в условиях свободного обмена воздуха.
Требования к размерам камеры в зависимости от размеров испытуемого образца и величины его теплорассеяния, обеспечивающие имитацию воздействий условий свободного обмена воздуха, представлены в приложении А.
Указанные требования применимы в том случае, когда контроль температуры окружающей среды производится в нижней части испытательной камеры, где воздух подвергается сильному влиянию конвективного тепла, рассеиваемого испытуемым образцом.
В некоторых случаях, однако, испытание без принудительной циркуляции воздуха встречает ряд трудностей. Обогрев или охлаждение части существующих в настоящее время камер не может производиться без принудительной циркуляции воздуха, особенно это касается камер для испытаний крупногабаритных образцов и камер для испытаний большого числа элементов одновременно.
В табл.1 указаны параметры испытательной камеры, оказывающие значительное влияние на результаты испытания теплорассеивающего образца.
Таблица 1
|
|
|
|
|
| Конвекция |
|
| |
Механизмы теплообмена
| Свободный обмен воздуха | Принудительная циркуляция воздуха | Излучение
| Теплопроводность
|
Параметры камеры | Размеры; температура воздуха | Скорость воздуха; температура воздуха | Температура стенок; лучепоглощательная способность стенок; угловой коэффициент | Тепловые характеристики монтажных приспособлений |
4.2. Методы, обеспечивающие требуемые условия в испытательной камере
4.2.1. Конструкция камер, позволяющая имитировать воздействия условий свободного обмена воздуха
Нагревательные и охлаждающие элементы не должны находиться в рабочем объеме камер, так как регулирование температуры в камерах предполагает изменение температуры этих элементов. Следует избегать значительных колебаний температуры стенок камер, чтобы свести до минимума проблемы, связанные с излучением.
Наилучшие результаты получаются тогда, когда обогреваются все стенки камеры. Циркуляция жидкости, обеспечивает обогрев или охлаждение всех стенок камеры, не вызывая при этом значительных изменений их температуры. Лучепоглощательная способность стенок камеры должна удовлетворять условиям испытания.
Если поддержание температуры испытания внутри камеры осуществляется за счет циркуляции воздуха, то испытуемый образец может быть предварительно заключен в кожух, а затем помещен в камеру. Объем воздуха должен соответствовать условиям испытания, а стенки кожуха должны удовлетворять требованиям с точки зрения лучепоглощательной способности.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.