Với sự tích hợp ngày càng tăng của các thiết bị điện tử, vật liệu tổng hợp và hệ thống cơ khí chính xác trong các sản phẩm hiện đại, mối quan tâm ngày càng tăng về độ tin cậy của các sản phẩm hiện đại này trong hành vi môi trường tổng thể của chúng. A kiểm tra khí hậu cung cấp một phương thức điều chế và điều chỉnh khoa học để thể hiện phản ứng của thiết bị với những thay đổi nhiệt độ nhanh hoặc dài hạn. Độ ổn định dưới nhiệt độ khắc nghiệt một lần nữa có tác động trực tiếp đến sự an toàn, tuổi thọ và hiệu suất của sản phẩm, dù là nhu cầu của người tiêu dùng, của ngành ô tô, hệ thống hàng không vũ trụ, hay trong các thiết bị công nghiệp hoặc y tế.
Thử nghiệm khí hậu trong phòng thí nghiệm nhanh hơn thử nghiệm thực địa thông thường, có thể mất hàng tháng, thậm chí đôi khi hàng năm trời, và có thể cho kết quả định lượng chỉ trong vài ngày. Bài viết này mô tả cách thiết lập quy trình thử nghiệm khí hậu, các giai đoạn thử nghiệm và lý do tại sao các thử nghiệm này rất cần thiết trong việc kiểm tra độ tin cậy của sản phẩm ở những thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt.

Mục đích của thử nghiệm khí hậu

Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học, các vấn đề về điện, độ ổn định hóa học và tính toàn vẹn của cấu trúc tổng thể. Sự giãn nở và co lại của vật liệu có thể xảy ra do ứng suất nhiệt đột ngột gây ra các vết nứt, hỏng phớt, cong vênh hoặc mỏi mối hàn. Tiếp xúc liên tục với nhiệt độ trong thời gian dài có thể dẫn đến thoái hóa polymer, mất khả năng cách điện, trôi điện tử hoặc mỏi kim loại.
Thử nghiệm khí hậu mô phỏng các điều kiện nhiệt này và được lặp lại với các chu kỳ thử nghiệm lặp lại để hỗ trợ kỹ sư phát hiện sớm các điểm yếu trong thiết kế. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế IEC, ISO, MIL và tiêu chuẩn môi trường ô tô cũng được hỗ trợ thông qua thử nghiệm. Các nhà sản xuất sử dụng thử nghiệm khí hậu để kiểm tra vật liệu mới, kiểm tra tuổi thọ sản phẩm và kiểm tra hiệu suất linh kiện trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.

Hoạt động của buồng thử nghiệm khí hậu

Thí nghiệm môi trường trong phòng thí nghiệm A buồng thử nghiệm khí hậu Duy trì nhiệt độ bằng cách sử dụng các thiết bị sưởi ấm, máy nén lạnh, vật liệu cách nhiệt và lưu thông không khí cưỡng bức. Cũng có thể bổ sung chức năng kiểm soát độ ẩm, mặc dù các thử nghiệm khắc nghiệt liên quan đến biến động nhiệt độ thường tắt chức năng kiểm soát độ ẩm để tránh ảnh hưởng đến ứng suất nhiệt.
Các buồng cao cấp được cung cấp bởi LISUN Sử dụng bộ điều khiển PID kỹ thuật số, hệ thống làm lạnh đa cấp, quạt tốc độ cao với lưu lượng khí lưu thông cao và các cảm biến tinh vi đảm bảo buồng duy trì nhiệt độ đồng đều. Kết cấu bên trong thường được làm bằng thép chống ăn mòn, các tấm cách nhiệt gia cố và các đường dẫn luồng khí để tạo và duy trì điều kiện ổn định khi nhiệt độ thay đổi đột ngột.
Phòng có các khả năng cốt lõi bao gồm:
• Đạt nhiệt độ từ −70°C đến +180°C hoặc cao hơn
• Đạt được độ ổn định nhiệt nhanh chóng
• Chạy chương trình nhiệt độ đã lập trình
• Đảm bảo phân phối nhiệt độ đều
• Tiến hành thử nghiệm nhiệt độ dài hạn hoặc theo chu kỳ
Những đặc điểm này có thể cho phép các kỹ sư mô phỏng nhiệt độ ứng suất thực tế trong quá trình vận chuyển, lưu trữ hoặc vận hành tại hiện trường.

Các thủ tục kiểm tra khí hậu quan trọng

Đây là một số quy trình thử nghiệm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Các thử nghiệm này không giống với các thử nghiệm độ ẩm hoặc độ ổn định khác và nhằm mục đích cụ thể là nghiên cứu hành vi biến đổi nhiệt độ.
Tiếp xúc với nhiệt độ thấp
Thử nghiệm này xác định hiệu suất sản phẩm ở nhiệt độ cực thấp. Nó đo độ giòn, khả năng cách điện, khả năng khởi động, khả năng hiển thị và độ bền cơ học ở nhiệt độ thấp. Hầu hết nhựa đều giòn ở nhiệt độ đóng băng và mạch điện tử có thể bị hỏng do sự thay đổi chuyển động của các hạt mang. Các thiết bị được giữ trong buồng thử cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng nhiệt, sau đó kiểm tra máy móc.
Tiếp xúc với nhiệt độ cao
Biến dạng vật liệu, độ trôi của linh kiện, độ ổn định hóa học và ứng suất cơ học được kiểm tra bằng các thử nghiệm khí hậu nhiệt độ cao. Chất kết dính có thể bị mềm, polyme có thể bị biến dạng và thiết bị điện tử có thể hiển thị kết quả không ổn định. Sản phẩm được vận hành liên tục ở nhiệt độ cao để kiểm tra các điều kiện bất thường ngoài thực địa.
Thử nghiệm sốc nhiệt
Sốc nhiệt là một trong những quy trình gây căng thẳng nhất trong thử nghiệm khí hậu. Sản phẩm được di chuyển nhanh chóng giữa hai buồng hoặc tiếp xúc với các chu kỳ nhiệt độ nhanh trong một buồng đa vùng duy nhất. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột khiến vật liệu giãn nở và co lại nhanh chóng, làm lộ ra các vết nứt hàn, hỏng mối hàn và mỏi cơ học.
Chu kỳ nhiệt độ
Các thử nghiệm về chu kỳ nhiệt độ được khởi động lại và lặp lại giữa các giá trị nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. Trái ngược với sốc nhiệt, sự thay đổi nhiệt độ diễn ra chậm. Thử nghiệm này có thể được sử dụng để đo độ mỏi dài hạn, phản ứng lão hóa và khả năng chịu đựng các thay đổi nhiệt độ lặp lại trong suốt vòng đời của sản phẩm.
Kiểm tra nhiệt độ hoạt động
Kiểm tra nhiệt độ vận hành được sử dụng để kiểm tra chức năng khi sản phẩm đang hoạt động, thay vì kiểm tra sản phẩm ở trạng thái nhàn rỗi, tạo tải hoặc di chuyển, vốn là công việc mà sản phẩm phải thực hiện và do đó cần được kiểm tra. Điều này giúp xác định các vấn đề như trôi mạch, giật cục khi di chuyển và mất độ chính xác trong điều kiện nhiệt độ cao.

Ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau

Kiểm tra khí hậu đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ tin cậy rất quan trọng.
Ô tô và vận tải
Ô tô phải chịu đựng điều kiện thời tiết khắc nghiệt như vùng băng giá và sa mạc nóng bức. Các nhà sản xuất ô tô sử dụng buồng thử nghiệm khí hậu để kiểm tra nội thất, nhựa, các kết nối kim loại-kim loại, bảng điều khiển, cảm biến, mô-đun điều khiển, pin và dây điện.
Hàng không vũ trụ và quốc phòng
Sự thay đổi nhiệt độ rất lớn trong thời gian ngắn ở máy bay và thiết bị quốc phòng khi chúng ở trên không hoặc trong quá trình chuyển đổi từ đất liền sang không trung. Chu kỳ nhiệt cũng giúp đảm bảo các bộ phận cấu trúc, thiết bị điện tử hàng không, đầu nối và cảm biến hoạt động tốt dưới áp lực lớn.
Sử dụng công nghiệp
Cần phải thử nghiệm khí hậu đối với động cơ, bộ truyền động, hệ thống PLC và hệ thống mô-đun cảm biến để đảm bảo tính ổn định lâu dài trong hệ thống vì nhiệt độ và điều kiện thông gió không đều đặn tại một địa điểm công nghiệp.
Thiết bị y tế
Thiết bị y tế phải chính xác trong mọi môi trường, bất kể nhiệt độ môi trường. Các thử nghiệm khí hậu xác nhận độ chính xác, hiệu chuẩn và hệ thống điện được duy trì ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
Bảng: Hồ sơ chu kỳ nhiệt độ điển hình
Một ví dụ về hồ sơ thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ điển hình có thể được sử dụng trong quá trình đánh giá độ tin cậy là bảng tham chiếu đơn giản dưới đây:

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thành công của một thử nghiệm khí hậu

Một số yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến độ chính xác và khả năng tái tạo:
• Độ đồng đều nhiệt độ: Một buồng thử nghiệm khí hậu tốt phải có độ đồng đều cao để đảm bảo mọi bộ phận của thiết bị đều được tiếp xúc với nhiệt độ đồng đều.
• Kiểm soát tốc độ dốc: Hệ thống kiểm soát hiện đại phải đạt được sự thay đổi nhiệt độ được kiểm soát mà không bị vượt quá.
• Khả năng chịu tải nhiệt: Các thiết bị lớn hơn phải có hiệu suất làm lạnh cao cũng như duy trì luồng không khí đáng kể.
• Độ chính xác của cảm biến: Cảm biến chính xác là loại cảm biến duy trì nhiệt độ được ghi lại trong buồng.
• Cách nhiệt buồng: Cách nhiệt kém chất lượng sẽ làm mất nhiệt và chậm ổn định.
• Đặt mẫu đúng vị trí: Nguyên nhân là do luồng không khí bị chặn nên nhiệt độ có thể phân bổ không đều.
Phòng thí nghiệm với LISUN Các buồng chất lượng có xu hướng mang lại hiệu suất ổn định cao hơn do thiết kế tốt, cảm biến phù hợp và kiểm soát luồng không khí.

Hình: Buồng kiểm tra khí hậu

Kiểm tra sản phẩm sau khi thử nghiệm khí hậu

Khi chu trình thử nghiệm hoàn tất, các kỹ sư sẽ xem xét các đặc tính vật lý và chức năng. Việc kiểm tra bao gồm:
• Biến dạng cấu trúc
• Các vết nứt hoặc vết nứt nhỏ
• Lỗi dính
• Bất thường về mức tiêu thụ điện năng.
• Sự đổi màu bề mặt
• Tính toàn vẹn của mối hàn
Trong trường hợp thiết bị điện tử, sẽ có lợi nếu bật thiết bị ngay sau khi tiếp xúc để xác định xem chu kỳ nhiệt độ có để lại khuyết tật không liên tục hay vĩnh viễn hay không.

Kết luận

Thử nghiệm khí hậu là một trong những quy trình đánh giá quan trọng nhất trong việc kiểm tra sản phẩm trong điều kiện khắc nghiệt với sự thay đổi nhiệt độ cực đoan. Thông qua buồng thử nghiệm khí hậu có độ chính xác cao, các kỹ sư có thể kiểm tra các điều kiện chu kỳ lạnh, nóng, nhiệt độ cao và thấp, cũng như mức độ thay đổi nhiệt độ nhanh chóng, từ đó làm lộ ra những điểm yếu trong việc lựa chọn vật liệu, cấu trúc thiết kế và độ bền của từng bộ phận. Ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, cũng như ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng và ngành y tế, đều dựa vào thử nghiệm khí hậu khi họ muốn đảm bảo độ tin cậy cũng như tuân thủ các tiêu chuẩn trên thế giới.