怎樣選擇環境試驗設備？

  環境試驗作為可靠性試驗的一種類型已經發展成為一種預測產品使用環境是如何影響產品的性能和功能的方法。也就是說，在產品投入市場之前，環境試驗被用來評估環境影響產品的程度；當產品的功能受到了影響，環境試驗被用來查明原因，并采取措施保護產品免受環境影響以保持產品的可靠性。這些試驗已經遠遠地超過了其*初的目的，現在被廣泛應用于包括材料和產品的研發、生產過程中的各種不同檢查、運輸之前的檢驗和運輸后的質量控制，也被用來分析產品的實際使用過程中出現的缺陷以及新產品的改進。環境試驗對于檢測方法和保持產品可靠性是非常有效的。
        我們這里講的環境試驗是狹義的，實際是指人工模擬的環境試驗（以下稱為環境試驗）。廣義上環境試驗基本分為“自然暴露試驗”、“人工模擬試驗”和“現場運行試驗”三類。自然暴露試驗，是將樣品長期暴露在自然環境條件下進行測試。現場運行試驗，是將樣品裝置在各種典型的使用現場并使它處于正常運行狀態進行測試。這兩種試驗都能直接反映產品實際使用中的性能和可靠性，也是驗證人工模擬試驗準確性的基礎。但是試驗周期都較長，花費人力物力大，并且前者試驗條件不能控制，影響試驗的再現性，且有時跟不上產品的發展；后者數據反饋慢。因此為了在較短時間內能鑒定產品對環境的適應能力，在科研和生產工作中多采用人工模擬環境試驗，即在實驗室的試驗設備（箱或室）內模擬一個或多個環境因素的作用，并予以適當的強化。人工模擬試驗的試驗條件的確定，要求既能模擬環境中主要因素影響的真實性，又能在時間上起一定的加速作用，但是加速的程度不應改變產品實際損壞機理的規律。為此，人工模擬試驗的試驗條件和方法必須與產品環境條件的等級、數值有機地聯系起來。
        如圖1所示，環境試驗簡單劃分可分為“氣候環境試驗”、“機械環境試驗”和“綜合環境試驗”。與氣候有關的環境試驗包括溫度、濕度與壓力等環境應力試驗，而機械環境試驗則包括沖擊和振動等環境應力試驗，綜合環境試驗則是綜合氣候和機械等環境因素的應力試驗。
圖1 環境試驗類型
環境試驗
機械環境試驗
綜合環境試驗
氣候環境試驗
所處環境應力：沖擊、振動、碰撞、加速、高噪音、疾風
所處環境應力：機械環境和氣候環境相結合的環境因素
所處環境應力：溫濕度、氣體、鹽霧、風雨、壓力、太陽輻射
  當然，使用環境試驗設備進行的試驗并不可能完全**地再現出產品的使用環境以及模擬出所有的環境因素，在這里必須理解環境試驗的局限性。由單一因素（溫度、濕度、壓力、振動、沖擊或某一物質如鹽）構成的環境試驗稱之為簡單環境試驗。實際上產生完全單一的環境很困難，而且大部分試驗環境都是十分復雜的。因此在設計試驗條件時，試驗人員需要選擇對產品有*大影響*為重要的環境因素，所以說環境試驗只能是一個與真實環境還存在很大區別的人為環境。
一般性，產品的缺陷是由以下幾個方面造成的：
a. 原材料的濃度和多樣性、摩擦、磨損、應力、熱、電流以及電場強度，這些因素會影響產 品某些方面的性能；
b. 在產品設計和制造過程中由產品特性（原材料、制造工藝、結構部件以及大規模生產時）所引發的因素；
c. 外界環境產生的應力。
因此，試驗條件必須依據具體的產品條件而定，對于不同的產品是不一樣的。如果被試驗研究的產品發生了變化，相應的環境試驗也要改變。
2. 溫度應力
    環境應力條件可以引起產品失效，Hughes航空公司（美國）技術資料明確地表示了失效與環境應力之關（見圖2）。可見在各種應力影響之中溫度和濕度環境應力所引發地失效占所有環境應力引發失效的60％左右，而溫度應力與失效之間存在著密切的關系。
    目前，在世界各地，無論從陸地到海洋或者從高空到宇宙空間，都廣泛地使用電子電工以及其他領域的產品。由于氣溫隨著高度的增加而降低或在冬季高緯度地區，或者有些產品所在位置接近制冷元件、設備或系統，或者有些產品本身就包括制冷元件、設備或系統，從而產生低溫環境。低溫幾乎對所有的材料都會產生不同程度的有害影響，構成產品的各種材料的物理性能、電性能等將發生變化，導致暫時性或長久性的性能下降，甚至引起失效。
   同樣，低緯度熱帶地區的自然高溫、太陽輻射的增溫、通風**引起的溫升以及散熱樣品在使用中自身發熱引起的溫升等產生的高溫，高溫會使電子組合可靠性下降，機械結構的密封件、橡膠件和塑料件等受高溫和太陽照射作用會迅速老化和劣化，其他各種材料的結構、物理性能、電性能也會發生很大的變化，導致暫時或長久性的損傷和性能變化。
  另外，在產品貯存、運輸、使用和安裝過程以及中，除自然氣候的變化以外，也會遇到因人類的社會實踐而誘發的環境溫度的變化。例如設備從溫度較高的室內移到溫度相對較低的室外；或者從溫度相對較低的室外移到溫度較高的室內；或者在室外使用的設備在強烈的太陽輻射之后突然降雨或浸到冷水；或者溫度的極度升高導致焊錫回流現象出現，或者啟動馬達時周圍器件的溫度急速升高，關閉馬達時周圍器件會出現溫度驟然下降；或者設備可能在溫度較低地環境中連接到電源上，導致設備內部產生陡峭的溫度梯度，在溫度較低地環境中切斷電源可能會導致設備內部產生相反方向陡峭的溫度梯度；或者當航空器起飛或者降落時，航空器機載外部器材可能會出現溫度地急劇變化等等。由于急劇的溫度變化將使產品受到一定熱沖擊力，在這種熱沖擊力的作用下，將導致電子電工元件的涂覆層脫落、密封材料龜裂甚至破碎、填充材料泄漏等，從而引起電子元器件電性能下降；對于由不同材料構成的產品，由于溫度變化時產品受熱不均勻，導致產品變形、開裂、破碎等。由于溫度變化產生較大的溫差，低溫時產品表面會產生凝露或結霜，高溫時蒸發或融化，如此高低溫反復作用的結果導致和加速了產品的腐蝕。
下表給出了溫度應力引發失效的主要類型。
表2 溫度應力引發失效的主要類型