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汽车产品环境冷热冲击试验研究

点击:2130 日期:2013-08-28 选择字号:

目前,各工程师在制定标准,执行标准时对于温度变化类的试验有很多不同的见解,且此类试验名称过多,导致实际应用中出现了一些不恰当的使用方法。本文特对温度变化类试验进行解读,一方面对各类试验项目进行分析,另一方面推荐使用合适的标准项目,以供各工程师参考使用。

温度变化类试验项目有众多名称:温度变化、温度循环、温度交变、快速温变、温度冲击、冷热冲击、温度梯度、分级温度等名称。且不同体系的标准中应用的试验方法是不同的,如何区分这些试验项目,如何选择试验项目,这需要对各类型试验的来源以及其区别进行分析。

本文针对的试验项目是温度变化类的,对于湿热类,温湿度循环等试验项目后续再以专题叙述。

1、 温度变化试验

1.1 来源

各类标准中的温度变化试验均来源于IEC 60068-2-14 试验方法N:温度变化中的 Nb 。在特定温度变率之温度变化试验。

1.2 定义

温度变化试验,为设置一定的温度变化速率进行高温与低温之间的转变。故在实际应用中有两类:一类为慢速的温度变化试验,其温度变化速率<3℃/min(一般各标准经常选择参数为1℃/min),也既一般应用中的温度变化、温度循环、温度交变试验(此三类为一种试验);另一类为快速的温度变化试验,其温度变化速率≥3℃/min(一般各标准经常选择参数为3℃/min、4℃/min、5℃/min、7℃/min、10℃/min),也既一般应用中的快速温变试验。温度变化速率越快,考核越严酷。

1.3 目的及应用范围

本试验适用于组件、装备或其它产品。为产品模拟带电工作时随温度的变化,如在系统/组件工作时快速改变周围温度。如果系统/组件处在热浸透温度(例如安装在发动机上的系统/组件),高温阶段附加的短暂温度峰值要确保产品在这期间的基本功能。为避免系统/组件内的电热扩散抑制系统/组件达到低温的效果,故在降温阶段将产品关闭。失效模式为温度变化引起的电气故障。

注:本试验不是寿命试验。

1.4 试验方法及参数

1.4.1 温度变化试验:

各类标准中建议采用ISO 16750-4 5.3.1 温度变化试验,具体试验程序见图1及图2,图1应用于非发动机舱产品,图2应用于发动机舱中零部件,因为其具有发动机熄火后的余热考核,故在温度变化中加入了极限高温贮存的考核。

图1温度变化曲线

TOB:高温极限工作温度

TUB:低温极限工作温度

工作类别3.2: 使用13.5V带电工作

有后续加热的温度变化曲线

图2 有后续加热的温度变化曲线

TOB:高温极限工作温度

TUB:低温极限工作温度

TNH:发动机熄火后(停车),出现的最高环境温度

工作类别3.2: 使用13.5V带电工作

1.4.2 快速温变试验:

目前发现部分企业标准中有此类项目,如GM3172 ,其具体试验方法参加图3,此类试验属于加速寿命试验方法,故一般不推荐应用于认证试验中。

图3快速温变曲线

图3快速温变曲线

1.5 差异及应用分析

以上的两项试验,推荐使用ISO 16750-4 5.3.1 温度变化试验,由于其更能贴合日常中产品的使用情况,快速温变试验适用于寿命加速试验,其具体的加速因子及方法,后续专稿论述。

1.6 重要参数解析

温度变化试验的特点:产品在试验中工作、温度变化的速率一定、循环数一般设置30个循环以内、极限温度值(因此项试验为工作+存储类试验,故其极限值根据产品使用情况不同有两种方案供选择,具体看参见图1,图2);此为产品性能考核试验(非寿命试验)。附表为一外部公司的推荐参数,以供大家参考。

表1 产品温度变化试验参数推荐表


循环数
30
最低环境温度
Tmin(产品低温工作极限温度)
最高环境温度
Tmax(产品高温工作极限温度)
温度变化速率
4/min
产品的温度稳定时间(存储时间)
见表2
抽样数量
应用
数量(件)
产品举例
安全类
20
发动机控制器、安全气囊控制器、胎压监视器
操控类
15
雨量传感器、光照传感器、门开关
便携类
10
CD机、娱乐系统
操作状态
见图1、图2


操作状态 见图1、图2

产品在极限温度中的贮存时间参加表2 。

表2 产品重量与其温度浸入时间的关系

产品重量(kg)
浸入时间(保温时间min)
<0.34
20
0.34-0.68
30
0.68-0.91
40
0.91-1.36
50
1.36-4.53
75
>4.53
待定义


>4.53 待定义

从图4和图5可以看出,结构比较简单的元器件和含元器件、零部件较少的整机,一般选择5次循环就可以了。结构比较复杂,所用元器件、零部件较多的整机选择10次循环就可以将绝大部分故障原因暴露出来。为了设备、整机和仪器可靠性更高,有时也可能选择20到30次循环。

图4 不同设备循环的选择

图5 不同设备循环的选择

2、 冷热冲击试验

2.1 来源

各类标准中的冷热冲击试验均来源于IEC 60068-2-14 试验方法N:温度变化中的Na 。在特定时间内快速温度变化试验。

2.2 定义

在特定时间内进行快速温度变化,转换时间一般设定为手动2~3 分钟,自动少于30 秒,小试件则少于10 秒。常用术语中的温度冲击试验也属于冷热冲击试验

2.3 目的及应用范围

这是一个加速试验,模拟车辆中大量的慢温度循环。对应实际车辆温度循环,用较快的温度变化率及更宽的温度变化范围,加速是可行的。失效模式为因老化和不同的温度膨胀系数导致的材料裂化或密封失效。本试验将导致机械缺陷(裂缝),不要求带电工作。

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