При выборе климатической камеры тепла и холода внимание чаще всего привлекает температурный диапазон: −40, −70, +150 °C. Но продолжительность испытаний и их соответствие программе определяет другой параметр – скорость изменения температуры.
Две камеры с одинаковым диапазоном могут проходить один и тот же цикл за полтора часа или за четыре. Разберём, как оценить эту характеристику в паспорте, какие условия за ней скрываются и как оценить реальную длительность испытаний.
Что означает скорость изменения температуры
Скорость изменения температуры показывает, на сколько градусов в минуту камера нагревает или охлаждает воздух в рабочем объёме. В технических описаниях её указывают отдельно для нагрева и охлаждения, например: нагрев – 3 °C/мин, охлаждение – 1 °C/мин. Такие значения приведены, в частности, для климатических камер тепла, холода и влаги КТХВ АКМЕТЕХ.
Чтобы правильно интерпретировать цифру, важно знать три условия, при которых она получена:
- Вид скорости. Линейная скорость – это постоянный темп изменения на установившемся участке. Средняя скорость рассчитывается по всему переходу, включая замедление при подходе к заданной температуре. Средняя скорость всегда ниже линейной.
- Интервал температур. Вблизи границ диапазона скорость снижается: чем ниже температура, тем медленнее охлаждение. Поэтому скорость, указанная для интервала от +20 до −20 °C, не сохранится при охлаждении до −60 °C.
- Состояние камеры. Паспортные значения скорости, стабильности и равномерности, как правило, относятся к пустой камере без образцов.
Как оценить длительность цикла
Пример расчёта. Нужно провести термоцикл от −40 до +85 °C – перепад 125 °C. При скорости нагрева 3 °C/мин переход вверх займёт не менее 42 минут, а при скорости охлаждения 1 °C/мин переход вниз – не менее 125 минут. Без учёта выдержки на крайних значениях один цикл длится около трёх часов.
Если по программе испытаний требуется 20 циклов, только на переходы уйдёт около 56 часов. Поэтому при выборе камеры для циклических испытаний важнее смотреть на скорость охлаждения, чем на крайние значения диапазона.
Этот расчёт даёт нижнюю оценку. На практике время увеличивается из-за замедления у заданных значений и тепловой инерции образцов.
Как образцы влияют на скорость
Паспортные характеристики получены в пустой камере. Когда в неё помещают изделия, часть холодопроизводительности и мощности нагрева тратится на них. Показателен пример: если в камеру объёмом 50 литров поместить алюминиевый образец массой 20 кг, режим нагрева и охлаждения заметно изменится.
При планировании испытаний учитывайте:
- Массу и теплоёмкость образцов. Массивные металлические изделия поглощают много энергии и замедляют переходы.
- Тепловыделение. Работающая под нагрузкой электроника сама греется и затрудняет охлаждение.
- Разницу между температурой воздуха и изделия. Камера управляет температурой воздуха, а изделие прогревается с запаздыванием. Время выдержки должно быть достаточным, чтобы образец достиг заданной температуры по всему объёму.
- Заполнение объёма. Плотно уложенные образцы препятствуют циркуляции воздуха и ухудшают равномерность.
Какие ещё характеристики читать вместе со скоростью
| Параметр | Что означает | Пример значения |
|---|---|---|
| Точность поддержания (стабильность) | Колебания температуры в точке контроля после выхода на режим | ±0,5 °C |
| Равномерность | Разница температур в разных точках рабочего объёма | ≤2,0 °C |
| Диапазон температур | Предельные значения, которые камера может поддерживать | От −70 до +150 °C |
| Диапазон влажности | Пределы регулирования относительной влажности | От 20 до 98 % |
| Объём рабочей камеры | Полезный объём для размещения образцов | От 64 до 1000 л |
Примеры приведены по характеристикам камер КТХВ АКМЕТЕХ.
Камера тепла и холода, термоциклирования или теплового удара
Для разных программ испытаний выпускаются камеры с разной динамикой изменения температуры:
| Тип камеры | Сильные стороны | Ограничения |
|---|---|---|
| Камера тепла и холода (в том числе с влагой) | Универсальность: выдержка при заданной температуре и влажности, медленные циклы | Скорости изменения температуры недостаточно для ускоренных термоциклов |
| Камера термоциклирования | Быстрые переходы для отбраковки скрытых дефектов электроники | Более высокие требования к холодильной системе и электропитанию |
| Камера теплового удара | Перенос образца между зонами с разной температурой за секунды | Предназначена для проверки стойкости к резким перепадам, а не для выдержки во влажной среде |
В линейке испытательных камер KOMEG представлены все три типа: климатические камеры тепла и холода, камеры термоциклирования ESS, а также двух- и трёхзонные камеры теплового удара.
Комбинированные испытания: температура и вибрация
Многие отказы электроники проявляются только при одновременном действии температуры и механических нагрузок: например, трещины паяных соединений при охлаждении и вибрации. Для таких испытаний климатическую камеру используют вместе с вибростендом.
Вибростенд подбирается по массе образца с оснасткой и требуемому ускорению. Для лёгких изделий и печатных плат подойдут электродинамические вибростенды Labtone до 11 кН, для более тяжёлых изделий – вибростенды Labtone 20–32 кН. Они воспроизводят синусоидальную и случайную вибрацию, а также классический удар и не требуют отдельного фундамента. Полная линейка оборудования для механических испытаний представлена на странице бренда Labtone.
Как подобрать климатическую камеру
Мы поставляем климатические камеры и вибростенды для испытательных лабораторий и предприятий Беларуси. Чаще всего камеру выбирают по диапазону температур, а о скорости изменения температуры вспоминают, когда испытания уже идут дольше запланированного. Чтобы этого избежать, до выбора модели рекомендуем определить:
- программу испытаний: крайние температуры, число циклов, время выдержки;
- допустимую длительность одного цикла – по ней рассчитывается необходимая скорость охлаждения;
- массу, габариты и тепловыделение образцов;
- нужна ли влажность и совместная работа с вибростендом.
Весь ассортимент камер, вибростендов и стендов для других видов испытаний представлен в разделе испытательного оборудования.
Частые вопросы
Почему камера охлаждает медленнее, чем нагревает?
Нагрев выполняют электронагреватели, которые отдают полную мощность во всём диапазоне температур. Охлаждение обеспечивает холодильная система, и её производительность снижается по мере понижения температуры.
Будет ли камера с образцами работать так же быстро, как указано в паспорте?
Как правило, нет. Паспортные значения получены в пустой камере, а образцы поглощают тепло или выделяют его сами, поэтому переходы занимают больше времени.
Чем камера термоциклирования отличается от камеры теплового удара?
В камере термоциклирования температура воздуха в одном объёме быстро меняется по программе. В камере теплового удара образец перемещается между зонами с заранее установленными температурами, поэтому перепад происходит за секунды.
Какой объём камеры выбрать?
Объём выбирают с запасом, чтобы вокруг образцов оставалось пространство для циркуляции воздуха. Слишком плотная загрузка ухудшает равномерность температуры и замедляет переходы.
Поможем подобрать климатическую камеру под вашу программу испытаний
Источники
- Климатические камеры. Тонкости эксплуатации – о параметрах пустой камеры и влиянии тепловой массы образцов.
- Основные характеристики климатических камер – перечень нормируемых параметров.
- Что такое климатическая камера для испытаний на тепло, холод и влажность.