Оборудование, применяемое при испытаниях на воздействие изменения температуры среды

Изменение (смена) температуры может происходить по разным причинам, зависящим от условий окружающей среды в период эксплуатации, а также от условий транспортирования и хранения. При этом возможны следующие случаи: постепенное изменение температуры, соответствующее природным явлениям (суточному циклу); быстрое изменение температуры, вызванное переносом из комнатных условий на холодный открытый воздух или эксплуатацией изделий вне комфортных условий на самолете; резкое изменение температуры в результате охлаждения дождем, погружением в холодную воду и т. д.

Возможно воздействие быстрой смены температуры на элементы и различные материалы в процессе производства аппаратуры. Большое значение имеют амплитуда и период времени температурных колебаний. Дополнительные воздействия могут вызывать роса и иней, выпадающие на изделиях.

Результаты испытаний различных изделий на изменение температуры существенно зависят от таких свойств изделий, как теплоемкость, теплопровод­ность и тепловое расширение; от применяемых в их конструкциях материалов; от системы охлаждения, определяющей распределение теплоты внутри изделия и ряда других факторов.

Основными параметрами, характеризующими процесс испытаний на изменение температуры, являются: исходная (нормальная) температура, повышенная и пониженная температура, скорость изменения температуры, длительность выдержки при различных температурах, интервал между выдержками при двух крайних температурах, число циклов. Под циклом испытания будем понимать выдержку от исходной температуры до первой испытательной температуры, затем до второй испытательной температуры и снова до исходной температуры.

Одним из важных параметров является длительность выдержки, которую следует связывать с температурной постоянной времени изделия или входящих в него элементов (деталей).

Температурная постоянная времени изделия зависит от свойств и подвиж­ности окружающей среды. При этом для некоторых конструкций изделий температурные постоянные времени наружных и внутренних деталей будут различными. В связи с этим следует определять температурную постоянную времени деталей, расположенных на большом расстоянии от поверхности наиболее критичных к изменению температуры.

Для определения температурной постоянной времени необходимо снять зависимость изменения температуры изделия от изменения температуры окружающей среды во времени. Критерием прекращения снятия указанной характеристики является достижение стационарной температуры изделием.

Значение температурной постоянной времени, определяется точкой пересечения касательной к экспериментально определенной характеристике, проведенной из точки начального значения температуры t_н0, с линиями, ограничивающими диапазон температур испытания t_в и t_н. При этом будут получены два значения постоянной времени τ₁ и τ₂ соответственно для повышенной и пониженной температур (рис. 37).

Рис. 37 - Зависимость изменения тем­пературы изделия от времени

Таким образом, при выборе длительности выдержки t₁и t₁ соответственно t_в и t_н исходят из следующих условий; если d - разность между температурами испытательной среды и изделием меньше 0,01 D-разности между повышенной t_в и пониженной t_н температурами испытаний, то длительность выдержки τ ≥ 5τ если d< 0,1D, то t ≥2,5τ

Воспроизведение условий испытаний на воздействие изменения температуры осуществляют с помощью различных испытательных установок.

Для испытания изделий на постепенное изменение температуры находят применение комбинированные термокамеры (тепла и холода) с прямым (непосредственным) и с косвенным термостатированием. Лучшие результаты дает применение камер с косвенным термостатированием, оснащенных аналоговыми или цифровыми средствами автоматического регулирования температуры.

Для испытаний изделий на тепловой удар находят применение однокамерные и двухкамерные установки. Однокамерные установки обеспечивают поочередную подачу в зону испытаний камеры нагретого или охлажденного воздуха с помощью специальной заслонки или цилиндрической вращающейся камеры. Однокамерная установка с заслонкой (рис. 38) может работать в двух- и в трехзонном режимах.

Рис. 38 - Схема работы однокамерной установки с заслонкой:

1 – камера тепла; 2 – корзина для изделий; 3 —зона испытаний; 4 –камера холода; 5 –заслонка

В двухзонном режиме (рис.39, а, в) изделие поочередно подвергается воздействию воздушной среды с повышенной и пониженной температурой, а в трехзонном режиме оно при переходе от воздействия одной температуры к другой находится некоторое время в условиях воздействия нормальной температуры (рис. 39,б).

В однокамерной установке с вращающейся цилиндрической камерой в зависимости от ее угла поворота зона испытаний соединяется с источниками нагретого или охлажденного воздуха (рис. 39). При этом также возможно осуществление двух- или трехзонного режима работы.

Двухкамерные установки для испытаний на тепловой удар различаются в зависимости от направления перемещения камер на горизонтальные и вертикальные.

Рис. 39 - Схема работы однокамерной установки с вращающейся цилиндрической камерой: а — трехзонный режим; б —двухзонныйрежим; 1 — камера тепла; 2 —камера холода; 3 — цилиндрическая камера; 4 —корзина дляизделий

Двухкамерная установка с горизонтальным перемещением камер тепла и холода (рис. 40) отличается от рассмотренных тем, что камеры тепла и холода подводятся к стационарно расположенным в специальной корзине изделиям. Возможно осуществление двух (рис. 40, б) и трехзонного (рис. 40, а) режимов испытаний.

Рисунок 40 - Схема paботы двухкамерной установки с горизонтальным перемещением камер: а — трехзонный режим; б —двухзонный режим; 1 — камера холода; 2 —полки с корзинами для изделий; 3 —камера тепла

Двухкамерная установка с вертикальным перемещением корзины с испытуемым изделием из камеры холода в камеру тепла обеспечивает возможность двухзонного режима испытаний (рис. 41).

Для компенсации повышения температуры в камере холода за счет накопления теплоты в изделиях, подвергавшихся в предыдущем цикле нагреву, осуществляют интенсификацию охлаждения. Резкое охлаждение может достигаться впрыскиванием с помощью инжекторов жидких хладагентов (азота или углекислоты); применением аккумулятора холода, накапливающего холод, вырабатываемый холодильной машиной. В момент перехода к циклу испытаний на воздействие пониженной температуры включаются синхронно аккумулятор холода и холодильная машина, которые охлаждают камеру за минимально короткое время. Специальное контрольное устройство предварительного охла­ждения позволяет аккумулятору холода накапливать холод с запасом. Наличие аккумулятора холода исключает необходимость использования жидких хладаге­нтов (азота или углекислоты), расходуемых в процессе про ведения испытаний.

Рис. 41 - Двухкамерная установка с вертикальным перемещением испытуемого изделия: 1 — камера тепла; 2 —камера хо­лода; 3 — корзина для испыту1­емых изделий

Установка обеспечивает воспроизведение температур при нагреве в диапазоне +60... +200⁰С и при охлаждении в диапазоне -10... -65°С. Время выхода на режим от комнатной температуры до + 200° С составляет 15 мин, а до -65°С -90 мин. Наличие в камерах вентиляторов обеспечивает принудительную циркуляцию воздуха. Нагрев камеры тепла осуществляется ленточными или проволочно-ленточными электронагревателями.

Охлаждение в камере холода достигается с помощью каскадной паровой холодильной машины. В камерах холода применяются испарители панельного типа, выполняющие функции внутренних стенок камеры. Имеющийся в установках вентилятор обеспечивает быстрое восстановление нормальных условий при воздействии нормальной температуры в трехзонном режиме. Предусмотрен автоматический удалитель инея.

При проведении испытаний в рассмотренных камерах испытуемое изделие помещается в специальную стальную корзину, которая остается неподвижной в процессе испытаний, что позволяет испытывать изделия под электрической нагрузкой. Для обеспечения поддержания заданного температурного режима с минимальными колебаниями температуры термодатчик устанавливается непосредственно в зоне испытаний, что позволяет повысить качество контроля и слежения за температурой. Быстрое установление повышенной температуры в зоне испытаний достигается автоматическим дефростером, являющимся устройством, обеспечивающим дополнительный нагрев и циркуляцию воздуха.

Для испытания изделий на резкое изменение температур находит применение установка с двумя ваннами (рис. 42), заполненными жидким термоносителем (хлорированное или силиконовое масло). Использование жидкой термопередающей среды позволяет обеспечить более сильное температурное воздействие на испытуемое изделие.

Рис. 42 - Схема работы с установками с двумя ваннами:

1 — ванна холода; 2 — корзина для изделий; 3 — ванна тепла; 4 — поворотное устройство

Особенностью установки является наличие специального, регулируемого во времени механизма с поворотным устройством, обеспечивающим плавное перемещение двух корзин 2 из коррозионно-стойкой стали с изделиями из одной ванны в другую. Механизм состоит из пневмомоментного двигателя, совершающего плавное перемещение по окружности, и пневматического цилиндра, совершающего перемещение по вертикали. При этом обеспечивается минимальное разбрызгивание жидкой среды. Время перемещения из одной ванны в другую 3... 8 с, что уменьшает примешивание теплопроводящей среды из ванны тепла в ванну холода и наоборот. Обеспечение равномерности температуры в ваннах достигается перемешиванием жидкости пропеллерной мешалкой. Охлаждение от 0 до - 60⁰ С осуществляется паровой холодильной машиной с змеевиковым испарителем, охватывающим ванну холода. В качестве термодатчика используется медно-константановая термопара. Нагрев от + 50 до + 200⁰ С осуществляется электронагревателем в специальной оболочке. Для измерения температуры используется хромель-алюмелевая термопара.

Поиск по сайту: