韓書(shū)葵， 劉宏偉， 畢珊珊， 馮偉娜

（北華航天工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，河北廊坊 065000）

0 引 言

國(guó)軍標(biāo)GJB1027中規(guī)定，在非密封性分系統(tǒng)進(jìn)行鑒定、驗(yàn)收熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采取措施避免在低溫時(shí)產(chǎn)品表面和內(nèi)部產(chǎn)生水汽凝結(jié)[1]。因此在熱循環(huán)試驗(yàn)中要采取相應(yīng)措施防止問(wèn)題發(fā)生，如果措施不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)容器內(nèi)部有水汽凝結(jié)在加電工作產(chǎn)品上，造成漏電量增加、絕緣電阻下降、飛弧、短路、擊穿及燒毀等現(xiàn)象；同時(shí)在電、潮濕和溫度的共同作用下，還會(huì)引起電化學(xué)反應(yīng)和金屬化腐蝕，從而導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部金屬化系統(tǒng)的失效[2]。因此，合理的除濕裝置對(duì)產(chǎn)品的凝露防護(hù)至關(guān)重要。

1 凝露產(chǎn)生

凝露是生活中很普遍存在的物理現(xiàn)象。通常來(lái)說(shuō)，生活環(huán)境里的空氣都含有水蒸氣，而環(huán)境里的空氣溫度高，則能夠包含的水蒸氣含量就多；反之，若環(huán)境里的空氣溫度低，盡管水蒸氣的含量很少，空氣也能夠達(dá)到飽和狀態(tài)。因此，濕空氣中的飽和水蒸氣含量與空氣中的溫度成正比。所以，當(dāng)物體與濕空氣接觸時(shí)，物體的縫隙部位、表面及內(nèi)部溫度降到低于濕空氣的飽和溫度時(shí)，則其附近空氣中的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)成“露滴”而附著在其表面，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“凝露”[3]。

熱循環(huán)試驗(yàn)室常用的高低溫（濕熱）試驗(yàn)箱等設(shè)備的升、降溫，主要通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)、冷凝器風(fēng)機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。電子產(chǎn)品在試驗(yàn)中由低溫到高溫過(guò)程中，隨著試驗(yàn)箱內(nèi)環(huán)境溫度的漸漸升高，由于熱慣性，產(chǎn)品表面的溫度滯后于試驗(yàn)箱內(nèi)環(huán)境溫度，當(dāng)濕空氣遇到低于露點(diǎn)的產(chǎn)品時(shí)，則水汽就會(huì)凝結(jié)在產(chǎn)品表面而形成“露滴”。即使產(chǎn)品密封，當(dāng)試驗(yàn)箱中的環(huán)境溫度在不斷降低時(shí)，而實(shí)際中產(chǎn)品外殼內(nèi)壁溫度比產(chǎn)品腔體內(nèi)空氣溫度降溫快，因此，產(chǎn)品腔體內(nèi)的濕熱空氣也會(huì)在產(chǎn)品外殼內(nèi)壁凝結(jié)成“露滴”。但在實(shí)際中大多試驗(yàn)產(chǎn)品不是完全密封的，凝露現(xiàn)象一般出現(xiàn)在升溫階段[4]。

2 凝露機(jī)理

用如下計(jì)算公式得到相圖曲線(xiàn)的相對(duì)濕度（%）、絕對(duì)濕度（g/m3）和溫度（℃）三者之間的相互關(guān)系[5]。

在0℃的條件下，絕對(duì)濕度（水含量）ρω對(duì)溫度t和水蒸氣壓e呈線(xiàn)性關(guān)系：

式中:e為水的飽和蒸汽壓；φ為相對(duì)濕度；t為溫度。

式（1）用因數(shù)100進(jìn)行了修正，以將單位毫巴轉(zhuǎn)化為Pa。為了簡(jiǎn)化這一公式，引入了絕對(duì)溫度T（K）,其中，T=t+273.16。

則水的飽和蒸汽壓e的計(jì)算式為

式中：ρω為絕對(duì)濕度；ρω·max為最高濕度；E為濕空氣的實(shí)際水汽壓。

圖1 露點(diǎn)溫度查算相圖

根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書(shū)要求的溫度及公式算得的空氣絕對(duì)濕度值，在絕對(duì)濕度坐標(biāo)軸找到所對(duì)應(yīng)的濕度值，向下作一條垂直線(xiàn)，交溫度坐標(biāo)于一點(diǎn)，即為所求露點(diǎn)[6]。

3 試驗(yàn)分析

某重點(diǎn)型號(hào)的電子產(chǎn)品在高低溫（濕熱）試驗(yàn)箱進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)箱內(nèi)溫度由低溫（-42℃）到高溫（77℃）升溫過(guò)程中，濕度不穩(wěn)定，濕度曲線(xiàn)變化幅度大，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的檢查設(shè)備及產(chǎn)品,并多次重復(fù)上述溫度升溫過(guò)程，發(fā)現(xiàn)是由于箱體內(nèi)充入的干燥空氣仍然含有少量水分，為了防止電子產(chǎn)品發(fā)生凝露現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)品造成損壞，故對(duì)除濕裝置進(jìn)行了改進(jìn)。該重點(diǎn)型號(hào)的電子產(chǎn)品熱循環(huán)試驗(yàn)條件如表1所示。

該試驗(yàn)設(shè)備的除濕裝置如圖2所示。在試驗(yàn)開(kāi)始前，高低溫（濕熱）試驗(yàn)箱開(kāi)啟防凝露功能并打開(kāi)干空氣的管路前級(jí)閥門(mén)B閥，等待試驗(yàn)結(jié)束后，其溫濕度曲線(xiàn)如圖3所示。

表1 熱循環(huán)試驗(yàn)條件

圖2 改進(jìn)前除濕裝置結(jié)構(gòu)示意圖

從圖3溫濕度曲線(xiàn)可以看出，在高溫恒溫、降溫以及低溫恒溫階段，濕度在45%RH以?xún)?nèi)，而在升溫階段，濕度以最大斜率上升，最高值達(dá)到73%RH，在隨后的幾組熱循環(huán)試驗(yàn)中，不斷加大試驗(yàn)的溫度區(qū)間，而在升溫階段濕度的上升幅度也在不斷加大，濕度最高值也在增加，因此，試驗(yàn)產(chǎn)品很大程度上存在凝露隱患。

當(dāng)把給高低溫（濕熱）試驗(yàn)箱充入干空氣的管路前級(jí)閥門(mén)B閥關(guān)閉后，試驗(yàn)箱防凝露功能仍然開(kāi)啟，只是沒(méi)有了干空氣的進(jìn)入。再做上述試驗(yàn)時(shí)，則濕度曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 關(guān)閉干空氣閥后的濕度曲線(xiàn)圖

從圖4濕度曲線(xiàn)可以看出，濕度在升溫階段的幅度有了明顯的降低，在隨后的幾組熱循環(huán)試驗(yàn)中，不斷加大試驗(yàn)的溫度區(qū)間，而在升溫階段濕度的上升幅度也明顯在降低。因此斷定試驗(yàn)箱里充入的干空氣仍然含有水分，所以除濕裝置沒(méi)有滿(mǎn)足要求，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

4 解決方案

要杜絕凝露的發(fā)生，就要保證充入試驗(yàn)箱內(nèi)的干空氣符合要求，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讓試驗(yàn)箱內(nèi)充滿(mǎn)干燥空氣，充分發(fā)揮除濕裝置的除濕功能，最大限度地減少箱體內(nèi)的水分，保障產(chǎn)品的各項(xiàng)性能參數(shù)符合試驗(yàn)要求。改進(jìn)后的除濕裝置如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后除濕裝置結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)比圖2、圖5可以看出，改進(jìn)后的除濕設(shè)備增加了吸附式干燥機(jī)裝置。吸附式干燥機(jī)工作原理如圖6所示。

通過(guò)變壓吸附裝置，再生循環(huán)系統(tǒng)，使壓縮空氣交替流經(jīng)A、B兩個(gè)充滿(mǎn)吸附顆粒的干燥罐體，即當(dāng)A罐在高分壓（工作壓力）狀態(tài)下吸附水蒸氣時(shí)，則B罐在低分壓（接近大氣壓）下解析。一個(gè)循環(huán)完成后，則A、B罐在設(shè)定的時(shí)間程序下進(jìn)行切換。

濕空氣從下管路經(jīng)過(guò)單向閥A1方向進(jìn)入A干燥罐，自下向上流過(guò)吸附顆粒，干燥后的空氣從上管路空氣出口處排出，則完成吸附。

部分干燥空氣（約10%）通過(guò)上管路調(diào)節(jié)閥進(jìn)入B干燥罐，減壓后的干燥空氣自上而下對(duì)B干燥罐內(nèi)的吸附顆粒進(jìn)行解析再生，使吸附顆粒恢復(fù)其干燥能力，再生氣通過(guò)下管路單向閥B2及消聲器排放到大氣中，則完成再生。

圖6 吸附式干燥機(jī)工作原理圖

圖7 除濕裝置改進(jìn)后的溫濕度曲線(xiàn)圖

吸附顆粒再生結(jié)束后，單向閥B2關(guān)閉，B干燥罐升壓至工作壓力，準(zhǔn)備切換。當(dāng)設(shè)定的時(shí)間程序到達(dá)，下管路單向閥B1打開(kāi)，單向閥A1關(guān)閉，單向閥A2打開(kāi)，A、B兩個(gè)干燥罐體完成切換，B罐進(jìn)入吸附，A罐卸壓再生，則完成切換。

從圖7可以看出，在熱循環(huán)試驗(yàn)的全過(guò)程濕度都比較穩(wěn)定，而在升溫階段，濕度并沒(méi)有大幅度上升，濕度的最大值為26%RH，較圖3下降了47%RH。在隨后的幾組熱循環(huán)試驗(yàn)中，不斷地加大試驗(yàn)的溫度區(qū)間，而在升溫階段濕度也沒(méi)有出現(xiàn)大幅度上升現(xiàn)象。

5 結(jié)論

1）通過(guò)多次試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，尋找出較好的解決熱循環(huán)試驗(yàn)從低溫到高溫升溫階段濕度大幅度上升的除濕方法，改進(jìn)后的試驗(yàn)除濕裝置大大降低了凝露給試驗(yàn)產(chǎn)品帶來(lái)的故障風(fēng)險(xiǎn)；2）通過(guò)后期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，這種除濕方法取得了預(yù)期的效果，保障了產(chǎn)品的各項(xiàng)性能參數(shù)符合試驗(yàn)要求。

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