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環(huán)境條件的分類和對電子電工產(chǎn)品的影響

中興通訊動力產(chǎn)品線   郭宇

環(huán)境是在任何時(shí)間和地點(diǎn)所存在的或所遇到的條件的總和，環(huán)境條件包括自然環(huán)境條件和應(yīng)用環(huán)境條件。這種條件既可以是自然的，也可以是誘發(fā)的。弄清楚環(huán)境條件，包括環(huán)境因素、環(huán)境的嚴(yán)酷程度等級、環(huán)境的影響等等，對我們開展可靠性試驗(yàn)有很大的幫助。

一、環(huán)境參數(shù)的分類

環(huán)境參數(shù)分為自然環(huán)境條件和應(yīng)用環(huán)境條件。

1自然環(huán)境條件包括下面幾種類型：

①溫度和濕度

②海拔與氣壓、水深與水壓

③生物

④太陽輻射與溫度

⑤降雨和風(fēng)

⑥塵、沙、鹽霧

2應(yīng)用環(huán)境條件的類型

①貯存

②運(yùn)輸

③有氣候防護(hù)場所固定使用

④無氣候防護(hù)場所固定使用

⑤地面車輛使用

⑥攜帶和非固定使用

⑦產(chǎn)品內(nèi)部的微氣候

二、自然環(huán)境條件對電子產(chǎn)品的影響

1.溫度和濕度的影響

存儲是指在工業(yè)貨倉、零售商業(yè)庫等典型的倉庫中存放。倉庫的類型包括成品庫、半成品庫、元器件庫、中轉(zhuǎn)庫等。倉庫的建筑物條件包括有或無空調(diào)的一般庫房、廠房結(jié)構(gòu)庫房、棚庫、洞庫、地下寶庫以及露天庫等等。但不包括火災(zāi)、爆炸、核輻射及其他意外事故所造成的環(huán)境。也不包括產(chǎn)品及包裝箱內(nèi)部的微氣候條件及貯存期間的運(yùn)輸條件。

高低溫環(huán)境存儲試驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要是考慮電子產(chǎn)品在上述的環(huán)境中長期存儲時(shí)對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、外觀或基本性能的影響。

高低溫存儲試驗(yàn)最主要的是針對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀以及工藝而設(shè)計(jì)的，比如結(jié)構(gòu)件是否變形、生銹、脫落等問題，由于任何物體都存在熱脹冷縮的現(xiàn)象，存儲后產(chǎn)品內(nèi)部是否會因?yàn)椴煌奈矬w由于熱脹冷縮系數(shù)不同導(dǎo)致拉傷，性能變差等，進(jìn)而影響產(chǎn)品的性能。

因此在高低溫存儲試驗(yàn)后要重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、外觀、產(chǎn)品內(nèi)部各部件器件的連接以及產(chǎn)品的基本性能是否變化等。高低溫存儲試驗(yàn)要保證一定的時(shí)間，否則對于生銹或其它化學(xué)反映引起的問題就不可能充分暴露。

環(huán)境溫度對電子產(chǎn)品影響是電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)時(shí)最需要考慮的影響因素。

我們所使用的任何元器件的性能指標(biāo)都是與溫度有關(guān)的，如電解電容、鉭電容等電容的電容量隨溫度的降低而減小，ESR隨溫度的降低而升高；集成電路或三極管的PN節(jié)導(dǎo)通壓降隨溫度的升高而降低等等。

在低溫工作試驗(yàn)時(shí)要重點(diǎn)檢查產(chǎn)品在一定的低溫環(huán)境中各項(xiàng)指標(biāo)、功能是否依然滿足設(shè)計(jì)要求。

2.氣壓、水壓對電工電子產(chǎn)品性能的影響

在海平面處的標(biāo)準(zhǔn)氣壓平均值是101.325kPa，而實(shí)測在91％～107％之間波動。根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，低氣壓對產(chǎn)品的某些電氣性能有較明顯的影響，住往是不容忽視的，應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。主要有下面幾種：

①隨著氣壓的降低，致使電工產(chǎn)品的電暈(起始及消失電暈)電壓減小，外絕緣電氣強(qiáng)度也降低。一般情況下，電工產(chǎn)品在海拔0～5000m范圍內(nèi)，氣壓每降低12％(相當(dāng)于海拔增高1000m)，其電暈電壓和外絕緣電氣強(qiáng)度降低8％～13％。航空電器和電子產(chǎn)品也有類似現(xiàn)象存在。

②隨著氣壓的降低，空氣密度也相應(yīng)減小，致使散熱能力下降，導(dǎo)致以自然對流、強(qiáng)迫風(fēng)冷或空氣自然散熱為主要散熱方式的產(chǎn)品溫升增高。一般情況下，電工產(chǎn)品在海拔0～5000 m范圍內(nèi)，氣壓每降低12％(相當(dāng)于海拔增高1000m)，其溫升增高3％～10％。航空電器和電子產(chǎn)品也受到不同程度的影響。

③氣壓降低，以自由空氣為滅弧介質(zhì)的開關(guān)電器產(chǎn)品的通斷能力和電壽命受到一定的影響。

④氣壓降低或增高和水壓增大，都會使產(chǎn)品的密封容器內(nèi)外壓力差增大，容易引起氣體或液體從密封容器的密封結(jié)合處向外泄漏或向內(nèi)滲透，甚至可能引起容器破裂。對電源產(chǎn)品來說，主要是電解電容存在此類危險(xiǎn)。

⑤氣壓降低，會使某些材料中合有的填料和溶劑物質(zhì)加速揮發(fā)或蒸發(fā)，促使材料加速老化失效。

3生物對電子產(chǎn)品的影響

生物對電工電子產(chǎn)品危害，主要是對包裝和結(jié)構(gòu)的影響較大。主要體現(xiàn)在生物進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部，對產(chǎn)品的性能和功能造成危害，甚至?xí)?dǎo)致產(chǎn)品失靈。尤其是高壓設(shè)備，尤其要注意生物的危害。

4太陽輻射與溫度

太陽輻射對電子產(chǎn)品的影響是作為戶外產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，一般適用于海拔高度低于5000m的地區(qū)。

太陽輻射的危害主要是引起戶外產(chǎn)品溫度的升高。

太陽對地表某處的相對位置，變化在0°～90°之間。0°時(shí)(日出或日沒)，輻射量最弱，趨近于零；90°時(shí)(中午)太陽直射，輻射量最強(qiáng)。當(dāng)太陽輻射垂直于地面時(shí)，單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)接受的太陽能(熱能)為最大。如無大氣，且太陽與地球之間處于平均距離時(shí)，此值即為太陽常數(shù)，其近似值為1.37kW/m²(1.96cal/(cm²·min))。但由于太陽與地球間的距離在一年期間是周期性地變化著，因而太陽常數(shù)在不同月份里是不同的，如1月的近似值為1.41kW/m²(2.02cal/(cm²．min))。7月的近似值為1.32kW/m²(1.89cal/(cm ²·min))，也就是說，在太陽垂直照射時(shí)，一平方米的面積接受的太陽輻射功率大于1.3KW。但由于受到大氣中的水汽、塵埃的散射作用，在空氣比較干凈的條件下，每平方米的面積接受的太陽輻射功率仍大于1.1KW。

太陽輻射的危害一個(gè)是引起產(chǎn)品發(fā)熱，另外一個(gè)是光的老化作用降低產(chǎn)品的壽命，尤其是塑料制品，因此，戶外產(chǎn)品應(yīng)減少塑料的使用含量。

5.降水和風(fēng)的影響

降水和鳳的危害主要是增加設(shè)備內(nèi)部的濕度，降低設(shè)備的絕緣等級，甚至造成設(shè)備的性能降低和功能失效，如果防護(hù)不好，更會造成設(shè)備的永久損壞。

6.塵、沙、鹽霧的影響

①塵進(jìn)入密封容器和封閉體中，使電氣性能劣化，例如接觸失效，接觸電阻改變，(電位器)的軌道電阻變化。

②引起運(yùn)動的軸承、車軸、旋鈕和其他運(yùn)動部件磨損或故障。

③表面發(fā)生剝蝕(侵蝕、腐蝕)。

④熱傳導(dǎo)率降低。

⑤導(dǎo)致工作的通風(fēng)孔、套管、導(dǎo)管、濾清器、孔等阻塞。

⑥高速運(yùn)動(如沙暴)時(shí)產(chǎn)生靜電，影響通訊系統(tǒng)。

⑦積存的塵和沙與其他環(huán)境因素(如水蒸氣)結(jié)合，可能對產(chǎn)品產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如發(fā)生腐蝕和長霉，濕熱大氣與具有化學(xué)侵蝕性的塵結(jié)合時(shí)，會引起腐蝕。在大氣中含有鹽霧時(shí)會引起類似影響。還存在離子傳導(dǎo)和腐蝕性塵(如消冰鹽等)的作用。

三、自然界最高和最低溫度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

我國的溫度和濕度統(tǒng)計(jì)

世界范圍內(nèi)的溫度和濕度統(tǒng)計(jì)