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低气压试验的相关介绍


低气压试验相关介绍




洞朗地区地图


2017年8月28日,农历七月初七,七夕节,历史70天,印军从中国领土撤出。这么长时间没有真正打起来,除了政治的原因,更是由于复杂恶劣的高海拔气候环境让双方的行动都十分的谨慎。


零、什么是高海拔?

地球表面有相当大的地区的地势较高,我国约有50%的面积高于1000m,约有25%的面积高于2000m,约有26.8%的陆地面积在海拔3000米以上,地势较高的地区的气压较沿海地区的气压要低。


中国民航局在2007年发布的《航空承运人高原机场运行管理规定》中将高原机场分为一般高原机场和高高原机场。其中,一般高原机场是指海拔高度在1500米(4921英尺)及以上,但低于2438米的机场;高高原机场是指海拔高度在2438米及以上的机场。因此可见通常高原以海拔1500米为界,海拔2438米再上一个等级。


据新华社报道,目前全世界共有高高原机场42个,其中中国有15个,约占世界高高原机场数量的36%。2014年,全国高高原机场旅客吞吐量达到580万人次,航班数量达到5.9万架次,分别比2013年增长了18.7%和19.1%,明显高于中国民航全行业平均增长水平,已成为促进地方经济发展的重要动力。


高海拔地区环境的特点:

1)缺氧:空气主要由大约79.04%的氮气、20.93%的氧气和0.03的二氧化碳组成。随着海拔的升高,地球引力变小,空气密度相应变小,大气压力下降,造成同等体积空气中的含氧量降低。


2)大气压下降:有研究表明,在海拔高度接近5.5km时,大气压降低到海平面标准大气压的1/2;接近16km处的大气压为标准大气压值的1/10;接近31km处的大气压为标准大气压值的1/100。(高海拔地区低气压环境对装备的影响是本文研究的重点。)


3)太阳辐射增强:由于高海拔地区空气变得稀薄,阳光到达地面的距离更近,加上高原降雪,而雪的反射也增强了太阳辐射的强度。


4)低温:空气温度大约随着海拔每升高150米(490英尺)降低1摄氏度(1.8华氏温度),海拔越高温度越低,很容易形成冻土层,造成在高原地区修筑工事的困难。以上种种情况,对人员和装备产生不利影响。



一、对人员的影响


有文章认为,习惯平原生活的人不经过渐进式的训练,快速进入3000米以上区域,一般50%~75%的人出现高原反应(一部分适应能力强的人不会产生高原反应),轻微的高原反应无非是头痛头晕,恶心呕吐,一般都能在3~10天后,身体适应高原的低氧低压环境,症状逐渐消失。而比较严重的会产生高原肺水肿和脑水肿,就有致死的危险。


一般的做法是,在中等海拔(2500米)条件下,需要3周左右时间适应,而在这高度之上,每增加1970英尺(约合600米),适应的时间则需要增加1周。


为了避免出现一些健康上的危险,如急性高原病、高原肺水肿、高原脑水肿,在登山时,应该慢速且逐步进行,在海拔9840英尺(约合3000米)以上,切忌每天的登高超过984英尺(约合300米)。


二、高原低气压对民航飞机的影响


高原反应对于民航客机也有重要的影响。因为要在高空飞行的民航客机比起地上更要考虑舱内气压的问题。在更为低压的高空。如果舱内保持与地面高压一致,那内部气压远高于外部,需要花更大的成本加强客机结构,免得像气球一般爆开;如果舱内保持与外部一致,那舱里的客人也就活不成了。


蕞终研究发现在大约海拔8000英尺(2400米)的海拔高度,大多数人都能适应这个高度的大气气压而不产生什么过度的病理反应,因此一般民航飞机的气密客舱都要求在蕞大高度飞行的时候,座舱和行李舱保证气压高度不超过2400米(也即与2400米高度的气压保持一致)。


飞抵拉萨的运十


资料显示,运十是第一架飞上“世界屋脊”的我国自行设计的大型喷气客机。


1980年9月26日首飞,运十先后转场北京、合肥、哈尔滨、乌鲁木齐、广州、昆明及成都。到1985年2月,运十累计飞行130架次、170小时。


1983年12月,根据国家原经委要求,运十执行支援西藏货运任务。当月29日,运十从广州转场至海拔1900米的昆明。那时正值大雪天气,运十经受了气候变化的严峻考验。为确保成功开展运行任务,运十于1984年1月21日进行了模拟高原飞行和起飞、着陆试飞及进场后三发复飞等试验。同年1月24日,运十由上海大场机场飞抵成都双流机场,1月31日由成都双流机场起飞,飞行2小时零5分后在拉萨贡嘎机场安全着陆。运十在机场停留期间还进行了相关启动试验。


1984年3月9日,运十载着8吨多货物,从双流机场起飞,抵拉萨贡嘎机场,开始了第二批次援藏货运飞行。此后的3月12日至16日,运十又5次进藏,为西藏空运蔬菜、罐头、文具等物资共40余吨。


三、低气压对民、军用装备的影响

标准大气压


我国西部地区多属原地带,主要有喜马拉雅山脉、昆仑山脉和唐古拉山脉三大山脉,平均海拔4000m以上,其中蕞高点唐古拉山口为5072m。因此,造就了它的特殊气候特点:空气稀薄、气压低、温差大等。低气压是高原气候的一个典型特征,对于军用电工电子产品的影响不可小视。


当气压减小时空气绝缘材料的绝缘强度会减弱,易产生电晕放电、介质损耗增加和电离等现象,气压减小使散热条件变差,元器件温度上升,这些因素容易使被试样品在低气压条件下丧失规定的功能,甚至产生永久性损伤。


在超高真空环境条件下(如星载产品的宇航使用环境),产品除了会发生散热困难外,某些金属和高分子材料会发生蒸发、升华和分解现象。这种情况下产生的有害气体,会影响产品的可靠性,尤其对塑封产品的影响会更大。


机载设备将承受比高原设备更为严酷的低气压作用。压力对器材的影响程度取决于压力梯度或压力差,压力梯度产生一个是空气从较高压力向较低压力运动所引起的力。这种力能造成泄漏,甚至引起密封容器的爆炸或破裂。压力梯度越大,压力改变得越快,器材损坏的机会就越多。


许多产品的试验报告及实地考察都反映了气压降低对性能的影响。气压降低对产品的直接影响主要实气压变化产生的压差作用。这对于密封产品的外壳会产生一个压力,在这个压力的作用下会使密封破坏。然而气压降低的主要作用还在于因气压降低伴随着大气密度的降低及空气的平均自由程增大,会使产品的性能受到很大影响。


(一)散热产品的温升随大气压降低而增加。


所谓散热产品,是指在自由空气条件下(没有强迫空气流通时)进行测量时,实验样品温度达到稳定后,其表面蕞热点的温度仍高于周围大气温度5摄氏度以上时,这种试验样品叫做散热产品。


电工电子产品中有相当一部分是散热产品,如电机、变压器等,这些产品在使用中要消耗一部分电能,使其变成热能,使产品温度升高,散热产品的温升随大气压的降低而增加。表1列出了小型三向异步电动机温升随海拔高度的变化。


由表中可以看出:散热产品的温升随海拔高度的增加(大气压力的降低)而增加。温升与海拔高度大致成线性关系,如图1所示。其斜率取决于本身结构、散热情况、环境温度等因素。


散热产品的热耗散可以分成3种形式:传导、对流和辐射。大量散热产品的散热主要依靠对流,即依靠产品周围空气流动来散热,对流散热一般又分为强迫通风散热和自然对流散热。自然对流散热是依靠产品发热产生的温度场,造成产品周围空气的温度梯度,使空气流动散热。强迫通风散热是通过强制措施,迫使空气流过产品,带走产品产生的热量。对强迫对流散热来说,在体积流不变情况下,随高度增加,大气压将伴随着空气密度降低。空气密度降低将直接影响强迫对流散热的效果。这是由于强迫对流散热是依靠气体的流动带走热量的。一般电机用的冷却风扇,是保证流过电机的体积流量不变,当高度增加时,由于空气密度下降,即使体积流量不变,气流的质量流量将随之降低。一般可以认为空气的比热是个常数,由于质量的减少,空气吸收的热量也将减少,产品温度将随大气压力降低而升高。当然,随高度增加,对流散热减少,辐射散热增加。高度越高,空气密度越低,对流散热耗散的热量所占的比例越来越大,在相当高的高度上,辐射散热将成为主要的散热形式。


电工电子产品有相当一部分是发热产品,如电机、变压器、接触器、电阻器等。这些产品在使用中要消耗一部分电能变成为热能,这样产品会发热,温度升高。产品因发热而使温度升高,这温度升高部分称之为温升。散热产品的温升随大气压的降低而增加,随海拨高度的增加而增加。导致产品的性能下降或运行不稳定等现象出现。


(二)低气压对密封产品的影响。

低气压对密封产品的影响主要是由于大气压的变化形成压差。压差引起一个从高压指向低压的力。在该力作用下,使气体流动来达到平衡。而对于密封产品,其外壳将承受此力。此力可以使外壳变形、密封件破裂造成产品失效。


(三)低气压对挥发性物质的影响。

压力的降低,会使液体的沸点降低。对于那些在海平面正常大气条件下有较高饱和蒸汽压的液体,低气压使其蒸发甚至沸腾。润滑油或润滑脂属于上述情况。液体中的分子在获得一定能量后,会脱离液体表面而进入到周围空气中,这些分子在大气中将与空气分子相撞,有一部分将撞回液体表面而被束缚住。这个蒸发过程是一个平衡过程。当大气压力降低,空气密度下降,被撞回液体表面上的可能性大降低。因此,在大气压条件下液体挥发的速度将大大增加。压力降低会使润滑油(或润滑脂)加速挥发,会造成部件摩擦加剧,使活动部件表面加快磨蚀。

有机材料中的增塑剂也会因气压降低而加速挥发。增塑剂的挥发促使有机材料老化,使其机械性能或电气性能发生变化。挥发物的挥发也会污染产品及其周围物件,导致产品或物件受污染甚至腐蚀破坏。


(四)低气压对电性能的影响。

海拨高度增加气压降低,对电工电子产品的电气性能也会产生影响。特别是以空气作为绝缘介质的设备,低气压对设备的影响更为显著。在正常大气条件下,空气可以是较好的绝缘介质,许多电气产品以空气为绝缘介质。当这些产品用于高海拨地区或作为机载设备时,由于大气压降低,常常在电场较强的电极附近产生局部放电现象,称之为电晕。更严重的是,有时会发生空气间隙击穿,这意味着设备的正常工作状态被破坏。


在低气压下,特别是伴随高温条件时空气介电强度显著降低,即电晕起始电压和击穿电压显著降低,从而使电弧、表面放电或电晕放电的危险性增加。


(五)温度-低气压对产品的综合影响


1)低温-低气压对产品的影响

A、对处在该环境中的设备带来麻烦。例如,某些产品在低气压条件下可能影响密封性和可能造成泄漏。由于低温的存在,会使液体冻结、材料收缩、变脆,使产品损坏的危险性增加。

B、燃烧速率伴随着温度和压力的降低而降低。

C、低温能补偿由于低气压造成的液体沸点降低,液体易挥发等影响。

D、低温能减少在低气压条件下电器和电子元器件过热的倾向。

E、低温能减少增塑剂和塑料在低气压条件下分解物的挥发。


2)高温-低气压对产品的影响

A、在高温-低气压环境条件下,空气电介质强度明显降低,使电晕起始电压和击穿电压明显降低,从而使飞弧、表面放电或电晕放电的危险性增加。

B、在高温-低气压环境条件下,降低了空气热传导能力,从而加剧了产品的过热。

C、高温-低气压环境增加了流体和润滑油等的挥发,从而增加了产品损坏的可能性和易燃气体燃爆的危险性。

D、加速了增塑剂和塑料的挥发和分解,从而加速了产品的老化。


四、低气压试验(自然环境试验、实验室模拟)

1、自然环境

国家材料环境腐蚀平台拉萨高原自然环境试验站


拉萨大气试验站成于2007年,隶属于中国兵器工业第五九研究所,是“国防科技工业环境试验与观测网”的组成单位,也是科技部“大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站”示范站。试验站位于西藏拉萨市以东达孜县内,318国道的北侧,东经91°09′,北纬29°29′,海拔3684m,平均温度7.5℃,平均相对湿度 46%,年总辐射量7600 MJ/m2,年总日照时数3028 h,年降水总量444.8 mm。拉萨高原环境试验站是我国新建的大气环境试验站之一,具有空气稀薄、氧含量少、气压低、昼夜温差大、日照长、太阳辐照强、降水稀少等特点,是目前国内太阳辐射高值中心区,填补了我国自然环境试验在西部高原的空白。


2、实验室环境

美国军方针对高原环境下的医学研究,USARIEM(The United States Army Research Institute of Environmental Medicine ,USARIEM美国军方环境医学研究所)建有一个大型(6.3×3.0 m)和一个小型低压舱(3.7×2.7 m),通过气阀相连接,可以模拟及控制压力(从海平面到海拔9000米的气压)、温度(-32 到43摄氏度)及对应的湿度。

美国军方环境医学研究所


国内目前主要是通过低气压(或高低温-低气压,或高低温-低气压-湿度)试验箱模拟相应环境来实现。

温度(湿度)高度(振动)试验箱


五、低气压试验的目的

GJB 360B-2009 电子及电气元件试验方法 方法105 低气压试验 (等效美军标MIL-STD-202F )

1目的:确定元件和材料在低气压下耐电击穿能力;确定密封元件耐受气压差不破坏的能力;检验低气压对元件工作特性的影响及低气压下的其他效应;有时候可用于确定机电元件的耐久性。

本方法是常温条件下的低气压试验。若装置元件的设备将在低温低气压及高温低气压的综合条件下贮存和使用,而且能够断定高低温和气压的综合作用是造成失效的主要原因,常温低气压试验不能使用时,则应进行温度-气压综合环境试验。


六、低气压相关试验标准

1)GJB 150.2A-2009 《军用装备实验室环境试验方法 第二部分 低气压(高度)试验》

2)GJB 360B-2009《电子及电气元件试验方法 方法105低气压试验》(等效美军标MIL-STD-202F )

3)GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序 方法1001 低气压(高空作业)》(等效美军标MIL-STD-883D)

4)GB/T 2421-2008《电工电子产品基本环境试验 总则》

5)GB/T 2423.21-2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验M低气压试验方法》

6)GB/T 2423.25-2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验Z/AM 低温/低气压综合试验方法》

7)GB/T 2423.26-2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验Z/BM 高温/低气压综合试验方法》

8)GB/T 2423.27-2005《电工电子产品基本环境试验规程 试验Z/AMD 高温/低气压综合试验访求》

9)GB/T 2424.15-2008《电工电子产品基本环境试验规程》

10)MIL-STD-810F 《环境工程考虑与实验室试验 低气压(高度)试验》

11)温度、压力、高度关系GB1920

12)IEC 60068-2-41(1976)《基本环境试验规程 第二部分 试验 试验Z/BM 高温/低气压试验》


七、试验条件:

1、试验气压

GJB 150不适用于飞行高度超过30 000m的航天器、飞机或导弹上的装备,而GJB 360中给出了4 572~200 000m不同高度下对应的低气压值,GJB 548也给出了4 572~200 000m不同高度下对应的低气压值。对比GJB 360与GJB 548的低气压-高度表,GJB 548共列出了A、B、C、D、E、F、G7个不同条件下的高度气压值,并且所给出的试验条件有一定的规律性,随着飞行高度由低到高,气压值由大变小;GJB 360给出了A、B、C、D、E、F、G、H、I、J 10个不同条件下的高度气压值,并且所列的高度-气压表中的试验条件由A到试验条件E有一定的规律性,随着飞行高度由低到高,气压值由大变小,而由试验条件F到试验条件J没有呈现规律性。与GJB 548所列的试验条件对比,GJB 360 试验条件增加了条件H到试验条件J,对应的气压高度条件分别为:H:3 000m 70kPa;J:18 000m,7.6kPa;K:25 000m, 2.5 kPa 。

GJB 360B-2009 表105-1


2、试验时间

GJB 360B-2009规定:

若无其他规定,试验样品在低气压条件下的试验时间,可从下列数值中选取:

5min、30min、1h、2h、4h和16h。

3、升降压速率

通常不大于10kPa/min。


实例

实例

低气压试验相关介绍




洞朗地区地图


2017年8月28日,农历七月初七,七夕节,历史70天,印军从中国领土撤出。这么长时间没有真正打起来,除了政治的原因,更是由于复杂恶劣的高海拔气候环境让双方的行动都十分的谨慎。


零、什么是高海拔?

地球表面有相当大的地区的地势较高,我国约有50%的面积高于1000m,约有25%的面积高于2000m,约有26.8%的陆地面积在海拔3000米以上,地势较高的地区的气压较沿海地区的气压要低。


中国民航局在2007年发布的《航空承运人高原机场运行管理规定》中将高原机场分为一般高原机场和高高原机场。其中,一般高原机场是指海拔高度在1500米(4921英尺)及以上,但低于2438米的机场;高高原机场是指海拔高度在2438米及以上的机场。因此可见通常高原以海拔1500米为界,海拔2438米再上一个等级。


据新华社报道,目前全世界共有高高原机场42个,其中中国有15个,约占世界高高原机场数量的36%。2014年,全国高高原机场旅客吞吐量达到580万人次,航班数量达到5.9万架次,分别比2013年增长了18.7%和19.1%,明显高于中国民航全行业平均增长水平,已成为促进地方经济发展的重要动力。


高海拔地区环境的特点:

1)缺氧:空气主要由大约79.04%的氮气、20.93%的氧气和0.03的二氧化碳组成。随着海拔的升高,地球引力变小,空气密度相应变小,大气压力下降,造成同等体积空气中的含氧量降低。


2)大气压下降:有研究表明,在海拔高度接近5.5km时,大气压降低到海平面标准大气压的1/2;接近16km处的大气压为标准大气压值的1/10;接近31km处的大气压为标准大气压值的1/100。(高海拔地区低气压环境对装备的影响是本文研究的重点。)


3)太阳辐射增强:由于高海拔地区空气变得稀薄,阳光到达地面的距离更近,加上高原降雪,而雪的反射也增强了太阳辐射的强度。


4)低温:空气温度大约随着海拔每升高150米(490英尺)降低1摄氏度(1.8华氏温度),海拔越高温度越低,很容易形成冻土层,造成在高原地区修筑工事的困难。以上种种情况,对人员和装备产生不利影响。



一、对人员的影响


有文章认为,习惯平原生活的人不经过渐进式的训练,快速进入3000米以上区域,一般50%~75%的人出现高原反应(一部分适应能力强的人不会产生高原反应),轻微的高原反应无非是头痛头晕,恶心呕吐,一般都能在3~10天后,身体适应高原的低氧低压环境,症状逐渐消失。而比较严重的会产生高原肺水肿和脑水肿,就有致死的危险。


一般的做法是,在中等海拔(2500米)条件下,需要3周左右时间适应,而在这高度之上,每增加1970英尺(约合600米),适应的时间则需要增加1周。


为了避免出现一些健康上的危险,如急性高原病、高原肺水肿、高原脑水肿,在登山时,应该慢速且逐步进行,在海拔9840英尺(约合3000米)以上,切忌每天的登高超过984英尺(约合300米)。


二、高原低气压对民航飞机的影响


高原反应对于民航客机也有重要的影响。因为要在高空飞行的民航客机比起地上更要考虑舱内气压的问题。在更为低压的高空。如果舱内保持与地面高压一致,那内部气压远高于外部,需要花更大的成本加强客机结构,免得像气球一般爆开;如果舱内保持与外部一致,那舱里的客人也就活不成了。


蕞终研究发现在大约海拔8000英尺(2400米)的海拔高度,大多数人都能适应这个高度的大气气压而不产生什么过度的病理反应,因此一般民航飞机的气密客舱都要求在蕞大高度飞行的时候,座舱和行李舱保证气压高度不超过2400米(也即与2400米高度的气压保持一致)。


飞抵拉萨的运十


资料显示,运十是第一架飞上“世界屋脊”的我国自行设计的大型喷气客机。


1980年9月26日首飞,运十先后转场北京、合肥、哈尔滨、乌鲁木齐、广州、昆明及成都。到1985年2月,运十累计飞行130架次、170小时。


1983年12月,根据国家原经委要求,运十执行支援西藏货运任务。当月29日,运十从广州转场至海拔1900米的昆明。那时正值大雪天气,运十经受了气候变化的严峻考验。为确保成功开展运行任务,运十于1984年1月21日进行了模拟高原飞行和起飞、着陆试飞及进场后三发复飞等试验。同年1月24日,运十由上海大场机场飞抵成都双流机场,1月31日由成都双流机场起飞,飞行2小时零5分后在拉萨贡嘎机场安全着陆。运十在机场停留期间还进行了相关启动试验。


1984年3月9日,运十载着8吨多货物,从双流机场起飞,抵拉萨贡嘎机场,开始了第二批次援藏货运飞行。此后的3月12日至16日,运十又5次进藏,为西藏空运蔬菜、罐头、文具等物资共40余吨。


三、低气压对民、军用装备的影响

标准大气压


我国西部地区多属原地带,主要有喜马拉雅山脉、昆仑山脉和唐古拉山脉三大山脉,平均海拔4000m以上,其中蕞高点唐古拉山口为5072m。因此,造就了它的特殊气候特点:空气稀薄、气压低、温差大等。低气压是高原气候的一个典型特征,对于军用电工电子产品的影响不可小视。


当气压减小时空气绝缘材料的绝缘强度会减弱,易产生电晕放电、介质损耗增加和电离等现象,气压减小使散热条件变差,元器件温度上升,这些因素容易使被试样品在低气压条件下丧失规定的功能,甚至产生永久性损伤。


在超高真空环境条件下(如星载产品的宇航使用环境),产品除了会发生散热困难外,某些金属和高分子材料会发生蒸发、升华和分解现象。这种情况下产生的有害气体,会影响产品的可靠性,尤其对塑封产品的影响会更大。


机载设备将承受比高原设备更为严酷的低气压作用。压力对器材的影响程度取决于压力梯度或压力差,压力梯度产生一个是空气从较高压力向较低压力运动所引起的力。这种力能造成泄漏,甚至引起密封容器的爆炸或破裂。压力梯度越大,压力改变得越快,器材损坏的机会就越多。


许多产品的试验报告及实地考察都反映了气压降低对性能的影响。气压降低对产品的直接影响主要实气压变化产生的压差作用。这对于密封产品的外壳会产生一个压力,在这个压力的作用下会使密封破坏。然而气压降低的主要作用还在于因气压降低伴随着大气密度的降低及空气的平均自由程增大,会使产品的性能受到很大影响。


(一)散热产品的温升随大气压降低而增加。


所谓散热产品,是指在自由空气条件下(没有强迫空气流通时)进行测量时,实验样品温度达到稳定后,其表面蕞热点的温度仍高于周围大气温度5摄氏度以上时,这种试验样品叫做散热产品。


电工电子产品中有相当一部分是散热产品,如电机、变压器等,这些产品在使用中要消耗一部分电能,使其变成热能,使产品温度升高,散热产品的温升随大气压的降低而增加。表1列出了小型三向异步电动机温升随海拔高度的变化。


由表中可以看出:散热产品的温升随海拔高度的增加(大气压力的降低)而增加。温升与海拔高度大致成线性关系,如图1所示。其斜率取决于本身结构、散热情况、环境温度等因素。


散热产品的热耗散可以分成3种形式:传导、对流和辐射。大量散热产品的散热主要依靠对流,即依靠产品周围空气流动来散热,对流散热一般又分为强迫通风散热和自然对流散热。自然对流散热是依靠产品发热产生的温度场,造成产品周围空气的温度梯度,使空气流动散热。强迫通风散热是通过强制措施,迫使空气流过产品,带走产品产生的热量。对强迫对流散热来说,在体积流不变情况下,随高度增加,大气压将伴随着空气密度降低。空气密度降低将直接影响强迫对流散热的效果。这是由于强迫对流散热是依靠气体的流动带走热量的。一般电机用的冷却风扇,是保证流过电机的体积流量不变,当高度增加时,由于空气密度下降,即使体积流量不变,气流的质量流量将随之降低。一般可以认为空气的比热是个常数,由于质量的减少,空气吸收的热量也将减少,产品温度将随大气压力降低而升高。当然,随高度增加,对流散热减少,辐射散热增加。高度越高,空气密度越低,对流散热耗散的热量所占的比例越来越大,在相当高的高度上,辐射散热将成为主要的散热形式。


电工电子产品有相当一部分是发热产品,如电机、变压器、接触器、电阻器等。这些产品在使用中要消耗一部分电能变成为热能,这样产品会发热,温度升高。产品因发热而使温度升高,这温度升高部分称之为温升。散热产品的温升随大气压的降低而增加,随海拨高度的增加而增加。导致产品的性能下降或运行不稳定等现象出现。


(二)低气压对密封产品的影响。

低气压对密封产品的影响主要是由于大气压的变化形成压差。压差引起一个从高压指向低压的力。在该力作用下,使气体流动来达到平衡。而对于密封产品,其外壳将承受此力。此力可以使外壳变形、密封件破裂造成产品失效。


(三)低气压对挥发性物质的影响。

压力的降低,会使液体的沸点降低。对于那些在海平面正常大气条件下有较高饱和蒸汽压的液体,低气压使其蒸发甚至沸腾。润滑油或润滑脂属于上述情况。液体中的分子在获得一定能量后,会脱离液体表面而进入到周围空气中,这些分子在大气中将与空气分子相撞,有一部分将撞回液体表面而被束缚住。这个蒸发过程是一个平衡过程。当大气压力降低,空气密度下降,被撞回液体表面上的可能性大降低。因此,在大气压条件下液体挥发的速度将大大增加。压力降低会使润滑油(或润滑脂)加速挥发,会造成部件摩擦加剧,使活动部件表面加快磨蚀。

有机材料中的增塑剂也会因气压降低而加速挥发。增塑剂的挥发促使有机材料老化,使其机械性能或电气性能发生变化。挥发物的挥发也会污染产品及其周围物件,导致产品或物件受污染甚至腐蚀破坏。


(四)低气压对电性能的影响。

海拨高度增加气压降低,对电工电子产品的电气性能也会产生影响。特别是以空气作为绝缘介质的设备,低气压对设备的影响更为显著。在正常大气条件下,空气可以是较好的绝缘介质,许多电气产品以空气为绝缘介质。当这些产品用于高海拨地区或作为机载设备时,由于大气压降低,常常在电场较强的电极附近产生局部放电现象,称之为电晕。更严重的是,有时会发生空气间隙击穿,这意味着设备的正常工作状态被破坏。


在低气压下,特别是伴随高温条件时空气介电强度显著降低,即电晕起始电压和击穿电压显著降低,从而使电弧、表面放电或电晕放电的危险性增加。


(五)温度-低气压对产品的综合影响


1)低温-低气压对产品的影响

A、对处在该环境中的设备带来麻烦。例如,某些产品在低气压条件下可能影响密封性和可能造成泄漏。由于低温的存在,会使液体冻结、材料收缩、变脆,使产品损坏的危险性增加。

B、燃烧速率伴随着温度和压力的降低而降低。

C、低温能补偿由于低气压造成的液体沸点降低,液体易挥发等影响。

D、低温能减少在低气压条件下电器和电子元器件过热的倾向。

E、低温能减少增塑剂和塑料在低气压条件下分解物的挥发。


2)高温-低气压对产品的影响

A、在高温-低气压环境条件下,空气电介质强度明显降低,使电晕起始电压和击穿电压明显降低,从而使飞弧、表面放电或电晕放电的危险性增加。

B、在高温-低气压环境条件下,降低了空气热传导能力,从而加剧了产品的过热。

C、高温-低气压环境增加了流体和润滑油等的挥发,从而增加了产品损坏的可能性和易燃气体燃爆的危险性。

D、加速了增塑剂和塑料的挥发和分解,从而加速了产品的老化。


四、低气压试验(自然环境试验、实验室模拟)

1、自然环境

国家材料环境腐蚀平台拉萨高原自然环境试验站


拉萨大气试验站成于2007年,隶属于中国兵器工业第五九研究所,是“国防科技工业环境试验与观测网”的组成单位,也是科技部“大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站”示范站。试验站位于西藏拉萨市以东达孜县内,318国道的北侧,东经91°09′,北纬29°29′,海拔3684m,平均温度7.5℃,平均相对湿度 46%,年总辐射量7600 MJ/m2,年总日照时数3028 h,年降水总量444.8 mm。拉萨高原环境试验站是我国新建的大气环境试验站之一,具有空气稀薄、氧含量少、气压低、昼夜温差大、日照长、太阳辐照强、降水稀少等特点,是目前国内太阳辐射高值中心区,填补了我国自然环境试验在西部高原的空白。


2、实验室环境

美国军方针对高原环境下的医学研究,USARIEM(The United States Army Research Institute of Environmental Medicine ,USARIEM美国军方环境医学研究所)建有一个大型(6.3×3.0 m)和一个小型低压舱(3.7×2.7 m),通过气阀相连接,可以模拟及控制压力(从海平面到海拔9000米的气压)、温度(-32 到43摄氏度)及对应的湿度。

美国军方环境医学研究所


国内目前主要是通过低气压(或高低温-低气压,或高低温-低气压-湿度)试验箱模拟相应环境来实现。

温度(湿度)高度(振动)试验箱


五、低气压试验的目的

GJB 360B-2009 电子及电气元件试验方法 方法105 低气压试验 (等效美军标MIL-STD-202F )

1目的:确定元件和材料在低气压下耐电击穿能力;确定密封元件耐受气压差不破坏的能力;检验低气压对元件工作特性的影响及低气压下的其他效应;有时候可用于确定机电元件的耐久性。

本方法是常温条件下的低气压试验。若装置元件的设备将在低温低气压及高温低气压的综合条件下贮存和使用,而且能够断定高低温和气压的综合作用是造成失效的主要原因,常温低气压试验不能使用时,则应进行温度-气压综合环境试验。


六、低气压相关试验标准

1)GJB 150.2A-2009 《军用装备实验室环境试验方法 第二部分 低气压(高度)试验》

2)GJB 360B-2009《电子及电气元件试验方法 方法105低气压试验》(等效美军标MIL-STD-202F )

3)GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序 方法1001 低气压(高空作业)》(等效美军标MIL-STD-883D)

4)GB/T 2421-2008《电工电子产品基本环境试验 总则》

5)GB/T 2423.21-2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验M低气压试验方法》

6)GB/T 2423.25-2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验Z/AM 低温/低气压综合试验方法》

7)GB/T 2423.26-2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验Z/BM 高温/低气压综合试验方法》

8)GB/T 2423.27-2005《电工电子产品基本环境试验规程 试验Z/AMD 高温/低气压综合试验访求》

9)GB/T 2424.15-2008《电工电子产品基本环境试验规程》

10)MIL-STD-810F 《环境工程考虑与实验室试验 低气压(高度)试验》

11)温度、压力、高度关系GB1920

12)IEC 60068-2-41(1976)《基本环境试验规程 第二部分 试验 试验Z/BM 高温/低气压试验》


七、试验条件:

1、试验气压

GJB 150不适用于飞行高度超过30 000m的航天器、飞机或导弹上的装备,而GJB 360中给出了4 572~200 000m不同高度下对应的低气压值,GJB 548也给出了4 572~200 000m不同高度下对应的低气压值。对比GJB 360与GJB 548的低气压-高度表,GJB 548共列出了A、B、C、D、E、F、G7个不同条件下的高度气压值,并且所给出的试验条件有一定的规律性,随着飞行高度由低到高,气压值由大变小;GJB 360给出了A、B、C、D、E、F、G、H、I、J 10个不同条件下的高度气压值,并且所列的高度-气压表中的试验条件由A到试验条件E有一定的规律性,随着飞行高度由低到高,气压值由大变小,而由试验条件F到试验条件J没有呈现规律性。与GJB 548所列的试验条件对比,GJB 360 试验条件增加了条件H到试验条件J,对应的气压高度条件分别为:H:3 000m 70kPa;J:18 000m,7.6kPa;K:25 000m, 2.5 kPa 。

GJB 360B-2009 表105-1


2、试验时间

GJB 360B-2009规定:

若无其他规定,试验样品在低气压条件下的试验时间,可从下列数值中选取:

5min、30min、1h、2h、4h和16h。

3、升降压速率

通常不大于10kPa/min。


实例

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