【doc】环境条件分类与环境试验的联系与转换（IEC60721—3与IEC60068）导则—概述

环境条件分类与环境试验的联系与转换（IEC607213与IEC60068）导则概述?28环境技术f一;c6.06g2000年第3期文章编号:100472o4(2(ooo3一(XT2809前言本文译自国际电工委员会TC104于1999年1O月发的IEC6072140/CDV文件.早在1997年6月,IECTC104决定,原I0/75联合工作组起草的本草案将以技术报告的形式出版.技术报告不同于标准,并且无年限限制.系列标准IEC6072141至IEC6072147已于1999年底出版.本文包含了该系列标准的所有概述.l范围和对象环境条件是指产品所曝露的一系列典型的条件.在IEC607213中被规定为气候,动力,生物条件及化学,机械活性物质的表现在IEC607214中只考虑气候和动力因素.本文的参考文件有:?IEC607213系列文件(1至7部分)?IEC607214系列文件(1至7部分)?IEC600682系列(部分文件)除非有特别说明,在下文分别被称为IEC607213,C607214和C600682.本导则介绍的环境试验,它可用来说明产品的功能及其耐环境的能力,即是否能经受住C607213中所给的气候和动力条件下试验时,这些试验的严酷等级包括持续时问,并不能说明产品的可靠性,在IEC6出版物中能找到产品可靠度的导则.收稿日期j2OOO一0331实际上,IEC607214不能强制性地在世界范围内推广,因而必须强调其特性导则,因此IEC607214应该考虑这一问题.然而,在很多情况下,IEC607214是不可能覆盖所有方面的,但它建立的原则和方法可以进行比较试验.IEC607213和IEC607214均不能规定诸如安全界限,加速系数等要素,这些最好留给设计者,制造商,试验者和最终使用者来决定.IEC60721中所提供的特定条件下参数的转换导则与IEC60m82中所提供的特定试验和(或)严酷等级下参数的转换导则是不同的.IEC607214中所给出的相关性可促使规范制定者在他们的方法被用户认可的情况下对试验做出改进.IEC607213和C600682之问的参数存在差异时,则采用IEC6OO682试验程序的严酷等级.若推荐的严酷等级与IEC6OO682中的严酷等级有偏差,则应详细说明并改变试验.IEC607214涉及在C(D-/213环境条件分类中最一般使用的气候和机械条件(下文称为动力因素).TC104近期将开始建立一个标准的环境严酷等级数据库,这样IEC6(Y/213中普遍采用的严酷等级就可以及时确认或更新,因此使得IEC607214不断改进.1.1导则中所包括的IEC类别为了限制IEC607214的范围,表1给出了IEC607213环境条件分类中的子集合.2OOO年第3期环境技术?29?表1气候和动力因素分类的选择IEC60721:环境条件分类气候因素动力因素IEC6072131:贮存1K2,1K3.IK4,1KS1M1,1M2.1M3,1M4IEC6072132:运输2K2.2K3,2K4,2K52M1,2M2.2M3IEC6072133:有气候防护下固定使用3K2.3K3.3K4,3K5,3K63M1,3M2.3M3,3M4,3M6IEC6072134:无气候防护下固定使用4K2.4K3.4K44M1.4M2.,4M3,4M4,4M6IEC6072135:地面车辆使用5K2.5K35M1.5M2,5M3IEC6072136:船用6K1.6K4.6K56M2,6M3,6M4IEC6072137:携带和非固定使用7K1?7K2?7K3,7K47M1.7M2,7M3.2对象IEC607214的目的是为规范制定者提供导则及一系列易于使用的表格,说明IEC607213中的环境条件与IEC600682中相应的环境试验的相关性与转换导则.当不可能对所有类型的产品,地域和应用推荐严酷等级时.则可相对大部分产品进行足够多的试验来进行考核.导则信息包括那些描述如何选择严酷等级的建议性试验.当IEC607213的条件不能满足特殊环境或应用时,这一导则的合理内容用于改进试验的严酷等级的选择.3参考文件本标准引用了以下资料:注:IEC鹋和IEC721的一系列标准逐渐被更新并且重新编写入IEC60000系列标准中.因此IEC68和IEC721现在编号为IEC6OO68和IEC60721.即使文件不断地被更新.在IEC607214标准中仍采用新的标号方案.IEC607213环境条件分类:环境参数及其严酷等级的分类IEC72130(1984):简介IEC60.72131(1997):贮存tEC60.72132(1997):运输6o72l一33(1994):有气候防护下固定使用IEC6D72134(1995):无气候防护下固定使用IEC6D72135(1985):地面车辆使用+修订件1和修订件2IEC6072136(1987):船用IEC6o72137(1995):携带和非固定使用IEC607214环境条件分类:第4部分IEC607213环境条件分类与IEC600682环境试验的联系与转换的导则IEC6072141(1999):贮存IEC72142(1999):运输IEC6072143(1999):有气候防护下固定使用tEC6072144(1999):无气候防护下固定使用IEC6072145(1999):地面车辆使用+修订件1和修订件2IEC6072146(1999):船用IEC6o72147(1999):携带和非固定?30环境技术20130年第3期使用IEC600681环境试验:概述与导则+修订件1:1992IEC600682环境试验:试验方法IEC60068264:1993试验n:宽带随机振动(数字控制)及导则ISO554:l976标准试验条件玲o2533:1975标准大气及附件1:1985和附件2:19774慨述4.1C6o721mC607213制订了一系列相对于不同地域的产品在贮存,运输和使用时曝露的环境条件.所描述的每一特定条件相对一种环境参数例如高温和振动.这些类别的每一参数均是独立说明的,但产品可能同时曝露于多种状态中.一些参数可能是独立的而另一些则是相互关联的(例如:太阳辐射和温度).4.2IEC60068IEC6OO682镧订了一系列环境试验程序和适当的试验严酷等级.严酷等级的选择取决于产品发生故障所造成的影响.两种类型的产品置于同样的环境条件下,但由于不同故障的影响,一种产品会比另一种产品在试验中更易受到严酷条件的影响.本文只列出了一些常见故障影响,对于特殊故障影响,试验严酷等级需要根据产品的特殊要求来提高.在IEC600681中将更进一步说明本导则.4.3IEC607214IEC607214提供了评估产品时IEC6OO682中的试验方法与相应的IEC607213中环境条件的联系与转换方法.分部分的对应关系如下:下表给出了IEC607213条件和与之相一致的IEC600682试验,每一图表按以下形式分四个部分来描述;20OO年第3期环境技术?31IEC6072133动力因素IEC600682一动力试验最新IEC600682推荐试验环境参数单位3M2类型备注号试验方法严酷等级试验方法严酷等级a)稳态振动:正弦6c0鹋1,56o0680,75位移:Mm1,5一265,0262,01)加速度:M/825,0频率范围:9200Fc:1150Fc!1150坐标轴:29振动3振动32)正弦5正弦5扫描周期:a)(b)(c:(d)以下(a)(b)(c)和(d)对应于上表中相应的标号栏(a)IEC607213条件描述了IEC607213中的条件分类,若要求更详细的说明,则在IEC607213对应的部分中查找.(b)最新的IEC600682试验方法和严酷等级详细描述了IEC607213条件与IEC600682试验最新的相互关系.(C)推荐性试验方法和严酷等级详细描述了适合大部分商业用产品的推荐性试验,此时IEC600682中的最新试验条件认为是不合适的,当出现这种情况时,在第四部分的导则信息中将说明这一结果的原因.(d)备注号若涉及到有关的导则信息,则以注解的形式列出,这些备注是IEC607214的主要部分.因此在最后决定试验前应先阅读并理解.它们详细描述了:?影响试验方法和严酷等级选择的原理.?替换试验一对于一些产品和地域,不同的试验方法可能比那些推荐用于大多数产品的试验方法更适用.?转换一c607213中的条件是对不同类型的试验最好的评价.?导则一让使用者选用最适合于他们产品和应用的试验方法和严酷等级.?当推荐性试验或严酷等级(c)与最新IEC600682试验方法和严酷等级(b)不一致时,这通常发生在条件(a)被认为在描述分类时是不现实的情况下.4试验的适用范围和目的IEC607214应用于产品的试验而非用于单个元器件.可能要做一些额外的试验,比如腐蚀试验,加温试验,疲劳性试验,这些试验更适用于元件和材料的选择.推荐性试验不用于测定使用寿命和可靠性研究,这是由IECTC.56负责的.当试验产品是以大体积装配而成时,应特别谨慎.这种产品应在同一环境条件下不同部分受环境条件影响不同,在试验时应考虑这些情况.4.5环境试验环境试验在某些确认的程度上用来论证产品在特殊环境,模拟纯自然环境或再现它们的影响环境下的保持性和使用性.这可参考IEC(0681的第1.1条.环境试验可用于一系列应用以及产品设计,改进,制造和使用周期的不同阶段.试验结果可用于简单的功能性试验,也可用于长环境技术2000年第3期期的耐久性评估.符合失效的标准可认为在整个功能性试验中永久性失效,因此在试验前应对试验发生的原因和结果有清楚的认识.IEC600681规定了认可的试验形式的选择工序,标准形式和进展.下列表1讨论了一些环境试验的应用,从每一栏选择一种条件用于环境试验中,加黑部分在IEC607214中有描述.表1环境试验应用简表环境试验程序试验中产砸C6昕21砸C600682严酷等级或试验目的失效定义环境试验(方数据估计品的状态3环境条件试验的确定珐)数据变化一功能检测运行永久性K气候单个试验加速统计和趋势分析可接受的数贮存性能不运行保持性M动力试验顺序逐级加压据特性(过一不过)有数据误差60O鹋一2运输性能B生物组合试验失效分析的重新安装实际试验室无数据误差C化学活璐041802.使用特性客观的领域可行性预测的重新安装性物质12048的补充长期的有数据误差S机械活可行性的瞬变性物质试验箱长期的无功能性和数据误差的z特殊气候耐久性完善视觉的清晰的持续保护程度在设计环境试验开始应清楚地知道试验目的.例如以下的问题:?失效机理及其影响?在试验箱内是否能够确定其功能?在特定条件下是否能评估其长期功能?以下因素是否能确定期望的环境条件a)相同产品的前期经验?b)用户输入值?c)用户的测量位置?d)工厂修理或保修经验?2O0O年第3期环境技术?33?e)政府部门数据库?f)文献中所记录的一般的经验数据.但可能不完全满足当时使用者的需要?g)某些标准如IEC6072l一3中包含的无特性数据?在试验室中要再现产品曝露的实际环境一般是不现实的,IEC607212描述了在典型环境中通过辨认个别参数比如温度和降雨来描述一系列复杂条件.此外,实际研究是检查参数的影响,若可能每种影响可进行简单的,重复性试验.IEC607214所给的导则为使用者提供了多种研究方法.失效标准若可行,在环境试验程序中能量的应用和产品的运行一般由相关的产品说明和IEC600682文件规定.可参考IEC6072130第5条.IEC607213建立的环境条件分类在产品曝嚣的短期条件中被超出的几率很小.4.6推荐性试验IEC607214所推荐的试验是用来论证产品在特定条件下可适应相关规范的要求,试验再现环境对产品的影响,但并不要求按照IEC607213中的实际条件.当使用推荐性严酷等级由于超应力所导致的不实际的失效时,应特别小心.当可达到区域数据的有效性时,则用数据分析中得到的试验严酷等级.5EC607214的使用说明5.1气候因素气候因素在IEC607213的大部分类别中均有体现,在当地的条件一般不会超过1%(参见IEC6072130).这些条件一般与空气温度,相对湿度(RH),绝对湿度(AH)一起描述,并独立在气候因素表中给出.然而,由于报告想尽可能的描述所有综合影响,因此这些因素表经常会导致混淆.应该注意,高湿度和高气温同时出现经常会随绝对湿度的数值限制而改变.温度,相对湿度和绝对湿度关系在IEC607212一l中用气候因素表和换算公式表述.要了解自然环境条件的统计规律,气候因素达到极端条件的概率是很低的.例l:一种类别可能要求最大空气温度为45,相对湿度为95%,绝对湿度为29g/.这种综合因素在现实中不可能存在.对于绝对湿度为29g/m3,最大空气温度在相对湿度为95%时大约为3Oqc.例2:假如一种类别的温度界限为一5qc到+45qc,则温度为20的可能性比温度为一3qc或+4oqc的可能性要高得多.5.2周围环境专业术语周围环境在IEC600681第5.3.1条的一些推荐性试验中用于描述标准大气条件,即温度在l5qc到35qc,相对湿度在25%到75%,最大绝对湿度为ZZg/m3,大气压力在86KDa至106Kpa.具体的标准大气条件在ISO2533及附录中有说明,在IEC6072123中提供了它的简介.ISO554中还描述了试验的参考条件.5.3相关性当IEC607213中的参数和IEC600682试验严酷等级用同一测量单元表达时,例如温度qc,则要求表述相关性.5.4转换性当IEC607213中的参数和IEC600682试验严酷等级不用同一测量单元表达时,例如加速时间历程中的冲击反应谱,则要求表述转换性.5.5环境条件当气候因素或动力因素施加于产品时,可能会影响它在使用,贮存中保存,运输(包括维护)时的功能性.这些环境参数和它们的严酷等级分类在IEC6072l一3中给出了,在IEC6072l一4中称为条件.5.6环境试验严酷等级这些严酷等级从C6O0682:基础环境试验程序中选择,以下称为严酷等级.严酷等级通常是试验参数和曝露持续时间的组合.环境技术2000年第3期5.7产品元器件部件的组装件能表现出特定的功能,并构成试验样品(用于试验的产品).这不能与适用于提供试验条件的辅助设备相混淆.在IEC607214中产品确保试验条件符台IEC607213中所描述的类别,即使产品可能是一个大的组装件中的一个分部分,在这种情况下需要改进正C607213中的条件.5.8斜率(用于动力试验台,稳态振动:随机的)对于正C607214,梯度被定义为试验谱中两个频率点之间每倍频程的分贝表达的加速度渡谱密度的升高或降低.注:这不能与IEc60068264中定义的最初和最后梯度混淆.5.9分类这些文件的分类反映了IEC607213中所描述的环境分类.6环境试验6.1特殊产品C607214中所推荐的试验应被最具有商业性的产品所接受,对于特定需要的产品,可采用其他试验或替代试验.62失效机理在编辑试验程序以前应先考虑产品所发生失效的机理.这在IEC600681中附录B的表1中有论述,可作为参考.6.3可接受的标准对于产品性能及结构完整性的可接受的标准应在试验前在相关规范中说明清楚.一些简单的例子包括:?性能保持的说明;?所有或规定部分的技术性能的实现;?性能衰变的允许程度;?产品直观检查的结果.6.4严酷等级和试验方法IEC607214中的表格给出了推荐的严酷等级和试验方法,当推荐的严酷等级与规定的条件不同时,导则文件则给出了以下情况的协调:?当IEC607213条件与c600682的严酷等级相同时,导则将解释持续时间的选择;?当IEC607213条件与IEC6OO682的严酷等级(而不是持续时间)不相同时,用同一单元中给出了参数一简洁导则;?当C607213条件与IEC600682的严酷等级不相同时,未用同一单元给出参数一全面导则,指转换导则:?当试验未要求或试验不必需时,导则信息要给出以下任一条的要求:a)其他条件下的试验应更严密并覆盖所有参数;b)条件是良好和正常时不需要试验;c)无对应于条件的IEC600682中的试验标准;d)当选择元件和材料时需考虑的条件.6.5试验程序建议IDc607214的使用者注意,试验程序会使产品在使用寿命期间受预期的环境应力影响.6.6试验的选择通常,IEC607214文件的使用者应评估表中的推荐试验对产品和应用是否必须.若试验对产品的影响可知或被更严酷的试验包含,则可忽略,例如,若贮存试验的影响与运输试验一样,或不及运输试验严酷,则贮存试验可适当地被忽略.6.7贮存和运输条件下的环境试验IEC6072131中的试验参数分类分级是相对于储存时产品与他们的包装在一起的情况.储存时情况改变则不包括在这一类别中.IEC6072132中的试验参数分类分级是产品在制造厂家完成后准备从一个地方运输到另一个地方时用的.若产品正常包装后运输,则环境条件适2O0O年第3期环境技术?35用于已包装的产品,这些条件包括在陆地上的运输,在水上的运输和在空中的运输,还包括带负载和不带负载.在实际运用中,产品应在一般储存和(或)运输状态下试验.例如,若产品有包装,则应在包装状态下试验;若产品在储存和(或)运输时带包装或不带包装,都必须以两种结构进行性能试验.作为可替换的方法,若已知产品包装的可透性能,则产品在无包装情况下试验.在某些情况下,试验对包装的产品比不包装的产品影响更严酷,例如,产品的密封性包装时,试验温度的变化可能会在包装内的产品上产生冷凝.对于软包装,困难的是在C600682的动力试验中难于找到固定点,例如,要在硬纸板包装上找个固定点,则要用在实践中的特殊方法来固定和重新定义固定位置.6.8对于使用条件的环境试验IEc60/213(第3至7部分)规定的使用类环境条件,是指产品在使用时,包括装配,无运行状态,维护和修理时所处的环境条件.有外罩的产品环境条件不包括在这一类别中.IEC600682的试验方法要求,在环境试验中,相关规范应有具体说明,当产品是在运行状态时,那些性能应在试验前,试验中或试验后检测,及其失效的判断标准.若必须,在试验中可加辅助试验装置.6.9试验持续时间表中所推荐的持续时间应能充分论证环境对大多数产品的影响.然而,若有特定的试验可保证这一点,则使用者可改变这些数值.为了帮助使用者.IEC607214导则及其表格解释了为什么选择推荐的持续时间.6.1O综合试验应该考虑产品对综合条件应用的敏感性,例如,加速试验与振动的混合试验.综合试验比单一的试验能更实际的再现环境的影响.当综合条件在运行环境中可接受时,则尽可能的采用综合环境试验.通过进行一个综合试验,可能会产生单一条件下不存在的失效.IEC607214的使用者在适当时,制订试验程序时可考虑综合试验.6.儿试验次序和综合试验在相关规范中可规定这些类型的试验.即这些试验有利于在其他试验之前或之后进行.使用者在决定产品试验程序的次序时应考虑一个试验对另一个试验的重大影响.应该注意,一些特定的次序可能会产生成本损失,并且可能需要额外的样品以避免损害试验结果.7转换导则的例子7.1太阳辐射通常,c6006825中所描述的太阳辐射试验试图提供整个太阳光谱.一种方法是在试验室中再现光谱以达到实际的效果,但在现实中是十分困难的.另一个方法是把光谱分成三种更容易得到的部分:红外线,可见光和紫外线.通过使用以下条件的转化,可以评价产品对这些条件的敏感度:7.1.1光化学/光衰变对于大部分产品,主要影响是光谱的紫外线部分,虽然可见光部分也有影响.这些影响的例子是塑料材料的衰变和涂层的衰减.在大多数情况下,用于决定这些影响的试验可在材料/元件上进行.由于存在这种情况,则整个产品可能都需要这些试验.7.1.2热影响为了确定应该选用以下哪种方法,需对每种样品的热影响的敏感度进行评估,以下提供了三个原则条件:a)升温太阳照射可使空气和产品表面的温度比试验箱温度明显要高,建议进行干热试验来评价升温所带来的影响时,则适当的升高空气温度如10T:或1ST:(数值由试验决定).36环境技术2000年第3期b)热梯度因为太阳辐射只有一个来源,热影响在开放环境下是有方向性的而不是均匀的.这就导致曝露产品将产生不同热效应,这些不同的热效应可能带来的问题有:机械性能公差,材料的不同延伸率,密封完整性的损害以及电子元件性能的变化.当涉及到这些时建议采用定向辐射热源因为IEC600682试验中无热辐射,使用者就必须采用一个新的试验方法.然而,重要的是在模拟这些条件时,应保证足够的空气流通以避免产品产生不真实的温升.c)热循环产品表面的温度可能因太阳辐射的角度和强度的不同而不同,这可能会由于热梯度产生的额外应力(见以上712b)而产生周期性应力,当涉及到这些时,建议采用定向的,可移动式热辐射源.7.2热辐射在夜晚,产品表面由于热辐射会比周围大气温度低,最多为20(参见IEC6072124).评估方法建议采用低温试验,试验时降低空气温度并由试验决定适当温度值.7.3振动试验由于测量和试验方法的限制,所有产品在实际中按以往观点多采用正弦振动试验.但在大多数使用中采用随机振动被认为更符合实际.实际振动包括在一定情况下正弦元件,例如安装在接近或直接在带有旋转零件的机器上.对于仅包含正弦条件和实际中更随机的真实条件这一类别,建议采用随机试验.一些情况仅建议采用正弦试验,而使用者的实际情况是随机的,则他可用随机试验代替.若可能,第一步应先测量实际条件,在对数据进行分析后可以获得在随机试验中实际试验的严酷等级,若不可能,则建议采用以下的方案.下面给出了等效于正弦随机试验的公式,在使用它时要特别注意,因为许多假设(较显着)是根据一些参数而定的,这可能会带来不实际的试验严酷等级.注:没有办法获得一个随机试验可在试验过程中与正弦振动试验产生同样的应力或不正常工作状态.以下给出的方法是近似的,其基于任意选择O(放大系数).产品可能具有高于或低于O数值以致可能发生超出试验的频率,此时可用已知的Q数值.正弦振幅基于假设Q系数低于100Hz为5或高于100Hz为1O,尖峰分布是狭窄的(雷利),振幅计算包括所有尖峰的999%.以下给出了正弦振动水平近似等效于随机振动谱密度的转换方法:S:雩旦12ill此处:s=频率为f的加速渡谱密度,0=放大系数a=等效正弦频率为f的尖峰加速度,m/s2f=频率f,m=数值因数等同于尖峰均方根率的选择举例,计算随机振动波谱密度s,包括至少99.9%的尖峰,等效于在1000Hz频率正弦放大:Q=10a=46m/2f=1000Hzm=3,7s;盟鱼lm2/s3一zcxl00037j一此时提供1000Hz的加速度波谱密度s,然后必须在其他频率下重复计算.7.4冲击试验冲击试验提供了一系列将产品曝露于贮存,运输及使用环境中遇到的典型冲击条件下的试验方法.冲击试验也可用于评价产品的脆性以便设计包装以减少损伤.IEC607213规定的冲击响应渡谱条件和IEC6(X)6g一2规定的加速时间历程试验,两者之间的转换导则已根据需要制定完成.