Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ГЛАВА 13
Основные виды испытаний электромеханических и электронных приборов
Экспериментальное определение показателей качества, характеристик изделия при его функционировании, моделировании изделия или воздействия на него, принято называть испытаниями. При контроле о качестве изделия судят не по абсолютным значениям показателей качества, а по тому насколько эти показатели отклоняются от заранее установленных значений (норм) [1].
Различают следующие виды контроля [2]:
Основная цель испытаний – объективная оценка качества изделия на всех этапах его жизненного цикла.
Изготовление приборов заканчивается циклом контрольно-поверочных испытаний, целью которых является определение работоспособности прибора в предусмотренных техническими требованиями условиях, точности и стабильности показаний в течение заданного срока службы [3].
При всем многообразии испытаний приборов их можно разделить на ряд групп.
По типу решаемых задач испытания подразделяются на следующие разновидности:
а) исследовательские, проводимые для изучения определенных свойств приборов; определительные, проводимые для определения значений их параметров и сравнения с заданными значениями по точности и доверительной вероятности;
б) граничные, проводимые для определения зависимостей между предельно допустимыми значениями параметров приборов и значениями их параметров в режиме эксплуатации;
в) сравнительные - испытания двух или более приборов, проводимые в идентичных условиях для сравнения характеристик их качества; конструктивные, проводимые в процессе разработки прибора для оценки влияния на качество изделия вносимых в его конструкцию изменений;
г) контрольные, проводимые для контроля его качества.
По оценке результатов все испытания можно разделить на две группы:
а) испытания, результаты которых выражаются количественно значениями параметров приборов или их погрешностями;
б) оценочные испытания, например проверка внешнего вида, соответствия конструкции и др.
По использованию результатов испытания бывают:
а) типовые - контрольные испытания опытных образцов прибора, проводимые после внесения изменений в конструкцию или технологию его изготовления, типовые испытания проводят для определения возможности их предъявления на приемочные испытания;
б) приемо-сдаточные - контрольные испытания приборов при приемочном контроле: периодические - контрольные испытания приборов, проводимые периодически в объемах, установленных техническими условиями или ведомственными нормалями: периодические испытания проводят не реже одного раза в год с целью проверки соответствия приборов всем требованиям технических условий, причем испытаниям подвергается определенное число приборов из прошедших приемо-сдаточные испытания;
в) приемочные испытания - контрольные испытания опытных образцов или партий приборов, а также приборов единичного изготовления, проводимые для решения вопроса о целесообразности производства этой продукции или передачи ее в эксплуатацию; они в свою очередь делятся на ведомственные испытания - приемочные испытания, проводимые комиссией из представителей заинтересованного министерства или ведомства, и государственные испытания - приемочные испытания, проводимые государственной комиссией.
Стендовые, полигонные и эксплуатационные испытания проводят соответственно при установке приборов на испытательном стенде, в условиях полигона или эксплуатации.
По объему выполняемых работ испытания приборов подразделяются на следующие разновидности:
а) нормальные, методы и условия, проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в такой же срок, как предусмотрено в режимах эксплуатации;
б) ускоренные, методы и условия, проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в более короткий срок;
в) форсированные, основанные на интенсификации процессов, вызывающих отказы или неисправности;
г) сокращенные - ускоренные испытания без интенсификации процессов, вызывающих отказы или неисправности;
д) сплошные (стопроцентные), когда испытанию подвергается каждый из изготовленных приборов;
е) выборочные, когда испытаниям подвергаются отдельные приборы или группы приборов, объем которых оговорен техническими условиями.
Перечень контролируемых параметров, последовательность их проверки при испытаниях, методика определения или контроля метрологических характеристик приборов устанавливаются стандартами или техническими условиями на конкретный вид прибора и указываются в эксплуатационной документации в разделе «Указания по проверке». При определении или контроле метрологических характеристик приборов должны проводиться все предусмотренные в эксплуатационной документации предварительные операции по подготовке к измерению - установка нуля, калибровка, учет поправок и т. п. Определение или контроль основной погрешности и погрешности в интервале влияющих факторов приборов проводят прямым измерением с использованием образцовых средств измерений, погрешность которых не должна превышать одной трети предела допустимой погрешности испытуемого прибора. Влияющие величины - электропитание и факторы, характеризующие климатические воздействия. Значения параметров, соответствующих нормальным условиям эксплуатации, приведены в табл. 13.1.
Таблица 13.1
Значения параметров, соответствующие нормальным условиям эксплуатации
|
Температура окружающего воздуха, К |
293±0,5; 293±1; 293±2; 293±5 |
|
Относительная влажность воздуха, % |
65±15 |
|
Атмосферное давление, кПа |
100±4 |
|
Напряжение питающей сети, В |
220±4,4 (50 Гц): 220±4,4 или 115±2,5 (400 Гц) |
|
Частота питающей сети, Гц |
50; 400±12 |
Влияющие факторы могут иметь и другие значения, устанавливаемые стандартами или техническими условиями на конкретный электроизмерительный прибор.
Рассмотрим основные виды и краткие характеристики испытаний приборов.
13.1. Электрические испытания
К группе электрических испытаний относят [4]:
Испытания приборов при изменении напряжения питания производят следующим образом: устанавливают номинальное напряжение питания, и по истечении времени установления рабочего режима производят определение параметров прибора, указанных в стандарте или технических условиях; затем напряжение питающей сети увеличивают на 10% (для частоты 400 Гц - на 5%) и производят определение его нормированных характеристик при этом напряжении; аналогично проводят определение характеристик прибора при уменьшении на 10% (при частоте 400 Гц - на 5%) напряжении сети.
Приборы считают выдержавшими испытания, если их характеристики находятся в пределах норм, установленных в стандартах или технических условиях на данный прибор.
Проверку времени установления рабочего режима проводят, определяя значения нормированных параметров приборов, по истечении заданного времени. Приборы считаются годными, если их характеристики при этом находятся в пределах норм, указанных в стандартах или технических условиях.
Приборы считают выдержавшими испытания по времени непрерывной работы, если за срок, установленный в стандартах или технических условиях на данный вид прибора, при измерении, проводимом не менее одного раза за время испытаний и по его истечении, значения нормированных характеристик прибора не выходят за пределы допусков, указанных в стандартах или технических условиях.
Электрическую прочность изоляции приборов проверяют в нормальных условиях следующим образом: на проверяемую цепь испытуемого прибора подают испытательное напряжение в зависимости от значения рабочего напряжения (табл.13.2).
Таблица 13.2
|
Рабочее напряжение Uраб, В |
от 42 до 130 |
от 130 до 250 |
от 250 до 650 |
от 650 до 1000 |
от1000 до 1500 |
от 1500 до 2000 |
от 2000 до 7000 |
от 7000 до 30000 |
|
Испытательное напряжение, кВ |
0,5 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
2Uраб+1 |
1,3Uраб++6 |
Для напряжений Uраб>2000 В значения испытательного напряжения округляют до целого числа киловольт в сторону увеличения. Для напряжения Uраб>30000 В значения испытательного напряжения устанавливаются в технических условиях на конкретный прибор.
Напряжение до испытательного значения повышают плавно или равномерно ступенями в течение 5...10 с, изоляция должна находиться под полным испытательным напряжением не менее 1 мин. При наличии в целях приборов конденсаторов большой емкости допускается устанавливать более длительное время испытания, но не более 30 мин. После окончания испытания электрические цепи прибора, содержащие конденсаторы, необходимо разрядить.
Испытательное напряжение может быть как переменным, так и постоянным, равным по значению амплитуде переменного испытательного напряжения. Испытание электрической прочности изоляции приборов производится на специальных высоковольтных установках (рис. 13.1).
Рис. 13.1. Испытание электрической прочности изоляции приборов:
X1 и Х2 – клеммы; S1 – рубильник; S2 - блокировочный контакт;
K1 – контактор; К2 – реле; SB1 и SB2 – кнопки; Т1 - испытательный трансформатор; Т2 - регулировочный автотрансформатор; FL1 – лампа;
FL2 - сигнальная лампа; PV - киловольтметр
Испытуемый прибор помещается в металлический заземленный шкаф установки (на схеме условно показан пунктирной линией) и подключается к клеммам X1 и Х2. К одной клемме подключается корпус прибора, к другой - точка электрической схемы. Схема установки имеет блокировочный контакт S2 для автоматического разрыва цепи питания при открывании дверцы шкафа.
Включают рубильник S1 и нажимают кнопку SB1. Срабатывает контактор К1 и напряжение источника питания подается на регулировочный автотрансформатор Т2 и на испытательный трансформатор Т1. Лампа FL1 сигнализирует о наличии высокого напряжения.
С помощью автотрансформатора Т2 устанавливают испытательное напряжение, значение которого контролируют по киловольтметру PV и выдерживают в течение заданного времени (обычно 1 мин). После этого снижают испытательное напряжение до нуля, нажатием кнопки SB2 размыкают контактор K1 и, открыв дверцу шкафа, извлекают испытуемый прибор.
Если при испытании прибора изоляция будет пробита, то сработает реле К2 максимальной силы тока, которое отключает испытательный трансформатор Т1 и автотрансформатор Т2 от источника питания и включает сигнальную лампу FL2.
Приборы считают выдержавшими испытание, если не произошло пробоя или перекрытия изоляции. Появление «короны» или шума (потрескивания) при испытании не является признаком неудовлетворительных его результатов.
5. Измерение сопротивления изоляции.
Измерение сопротивления изоляции производится с погрешностью, не превышающей 30%. Значение напряжения, при котором измеряют сопротивление изоляции, время отсчета показаний сопротивления изоляции в цепи, подлежащей проверке, оговариваются стандартом или техническими условиями на электроизмерительный прибор конкретного вида. Сопротивление изоляции Rиз в мегаомах определяется по формуле Rиз=U/I, где U - приложенное напряжение В; I - ток утечки через изоляцию, мкА.
При измерении сопротивления изоляции используют мегаомметры, например, марок M1101/1/2/3 или Ml102 с номинальным напряжением 500 В. Один зажим соединяют с замкнутыми выводами испытуемого прибора, а второй подключают к металлическим частям заземленного корпуса прибора.
Приборы считают выдержавшими испытания, если измеренные значения сопротивления изоляции равны или больше установленной в стандартах или в технических условиях нормы на конкретный вид прибора.
13.2. Климатические испытания
К группе климатических испытаний приборов относятся [5]:
а) испытания на нагревостойкость;
б) испытания на холодоустойчивость и холодопрочность:
прочность - это способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных норм после воздействия механических факторов;
устойчивость - это способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных норм во время воздействия механических факторов;
в) испытания на влагоустойчивость, влагопрочность;
г) испытания ветроустойчивость;
д) испытания на пылезащищенность;
е) испытания брызгозащищенность.
Испытания приборов на нагревостойкость производят в термостате следующим образом: помещенные в термостат испытуемые приборы при температуре, соответствующей нормальным условиям эксплуатации прибора, подключают к источнику электропитания и по истечении времени установления рабочего режима измеряют их метрологические характеристики, установленные в стандартах или в технических условиях на конкретный вид прибора.
Затем повышают температуру до верхнего значения рабочего диапазона и поддерживают ее с погрешностью не более ±3 К в течение 2 ч при массе прибора до 2 кг; 3 ч - при массе от 2 до 15 кг; 4 ч - при массе свыше 15 кг, после чего измеряют требуемые характеристики. Отключив приборы от сети электропитания, устанавливают в термостате температуру, соответствующую по техническим условиям верхнему пределу условий эксплуатации и поддерживают ее с погрешностью не более ±3 К в течение 2...4 ч в зависимости от массы испытуемых приборов, после чего термостат выключают, извлекают из него испытуемые приборы, выдерживают их в нормальных условиях работы в течение времени, оговоренного в технических условиях, и снова включив в сеть, по истечении времени установления рабочего режима измеряют требуемые характеристики.
Приборы считают выдержавшими испытания, если во время и после испытаний их характеристики находятся в пределах норм, установленных в стандартах или технических условиях на конкретный вид измерительного прибора.
Испытания приборов на холодоустойчивость и холодопрочность проводят с использованием камеры холода (криостата) по той же методике, что и испытания на нагревостойкость, но при других значениях температур, оговоренных стандартом или техническими условиями на прибор.
Испытания приборов на влагоустойчивость проводят в камере тепла и влаги (рис. 14.2). Сначала измеряют характеристики приборов, помещенных в камеру, при нормальных условиях эксплуатации. Затем испытуемые приборы выключают и выдерживают в камере в течение 2...4 ч в зависимости от массы приборов при температуре, соответствующей верхнему значению, и относительной влажности воздуха для условий эксплуатации, после чего повышают относительную влажность воздуха. В этих условиях приборы выдерживают в течение 48 ч, причем температура не должна меняться более чем на 3 К, а влажность - более чем на 3%.
Рис. 13.2. Камера тепла влаги:
1 – камера; 2 – термометры; 3 – потолочный вентилятор; 4 и 5– нагреватели; 6 – термометр; 7 – испаритель; 8 – центробежный вентилятор
После выдержки измеряют требуемые характеристики. Извлеченные из камеры приборы выдерживают в нормальных условиях эксплуатации в течение установленного в стандартах или технических условиях времени, снова включают и по истечении времени установления рабочего режима измеряют требуемые характеристики.
Необходимую температуру в камере 1 тепла и влаги создают с помощью нагревателя 4, а влажность изменяют испарением воды в испарителе 7 под действием нагревателя 5. Влажный воздух подается в камеру центробежным вентилятором 8. Температуру в камере контролируют термометрами 2, а в испарителе - термометром 6. Потолочный вентилятор 3 служит для улучшения теплообмена и выравнивания искусственных климатических условий по всему объему камеры.
Приборы считают выдержавшими испытания, если их характеристики находятся в пределах установленных норм.
Испытания приборов на влагопрочность проводятся также в камере тепла и влаги в такой последовательности: испытуемые приборы проверяют по заданным характеристикам в нормальных условиях эксплуатации. Затем в течение 1 ч их выдерживают в камере тепла и влаги, при температуре и относительной влажности, задаваемых для предельных условий эксплуатации, после чего относительную влажность повышают до 95% и поддерживают заданные температуру с погрешностью ±3 К и относительную влажность с погрешностью ±3% в течение 48 ч для приборов I...V групп и 96 ч - для VI и VII групп.
По истечении установленного времени пребывания в камере приборы выдерживают в нормальных или рабочих условиях в течение не менее 24 ч, включают их, и по истечении времени установления рабочего режима проверяют требуемые характеристики. Приборы считают выдержавшими испытания, если их характеристики находятся в пределах установленных стандартами или техническими условиями норм.
Испытания приборов на ветроустойчивость проводятся следующим образом: после измерения в нормальных условиях эксплуатации характеристик приборов их выключают и устанавливают в рабочем положении в аэродинамической трубе или перед вентиляционной установкой. Испытуемые приборы включают и обдувают воздушным потоком со скоростью не менее 30 м/с под различными углами в течение 5...10 мин в каждом положении (в направлении наибольшей парусности продолжительность обдува должна быть 20 мин). При воздействии воздушного потока проверяют требуемые характеристики испытуемых приборов, а после выключения обдува снова проверяют требуемые характеристики.
Приборы считают прошедшими испытания, если их характеристики окажутся при этом в пределах установленных норм.
Испытание групп приборов на пылезащищенность проводится следующим образом: после измерения в нормальных условиях работы приборов их характеристик приборы помещают в специальную испытательную камеру, устройство которой схематически показано на рис. 13.3. В течение 1 ч приборы обдувают пылевой смесью, скорость потока которой должна быть в пределах 10... 15 м/с. Вся пылевая смесь должна находиться во взвешенном состоянии. Затем приборы извлекают из испытательной камеры и обтирают пыль с их наружных поверхностей. Приборы считают выдержавшими испытания, если внутри них отсутствует пыль, и их эксплуатационные характеристики находятся в пределах установленных норм.
В камеру 1 (рис. 13.3), представляющую разновидность аэродинамической трубы, засыпают смесь, состоящую из 70% массовых долей песка, 15% мела и 15% каолина. Общий объем смеси составляет 0,1% от объема камеры; размер частиц пылевой смеси не должен превышать 200 мкм. Приборы 2 устанавливают на решетчатую подставку 3 и подвергают обдуву запыленным воздухом от центробежного вентилятора 4.
Рис. 13.3. Камера для испытаний приборов на пылезащищенность:
1 – камера; 2 – приборы; 3 – решетчатая подставка; 4 – центробежный вентилятор
Испытания приборов на брызгозащищенность проводятся в камере испытательного устройства, схематически показанного на рис. 13.4.
Рис.13.4. Камера для испытаний на брызгозащищенность:
1 – стол; 2 – приборы; 3 – форсунка; 4 – смеситель; 5 – редуктор;
6 – электродвигатель; 7 – желоб; 8 – трубопровод
После извлечения приборов из камеры их включают и измеряют требуемые характеристики. Приборы считают выдержавшими испытания, если внутри них не обнаружено воды и их характеристики находятся в пределах установленных норм.
Приборы 2 помещают на стол 1, приводимый во вращение электродвигателем 6 через редуктор 5. В смеситель 4 из двух магистралей поступают вода и воздух. Струя воздушно-водяной смеси из форсунки 3 направляется на приборы под углом 45°. Вода с приборов стекает в желоб 7 и удаляется из камеры по трубопроводу 8.
13.3. Механические испытания
К группе механических испытаний приборов относят [6]:
а) испытания на прочность при транспортировании;
б) испытания на вибропрочность, виброустойчивость;
д) испытания на ударопрочность.
Для испытания приборов на прочность при транспортировании их устанавливают в тару и жестко закрепляют на стенде в положении, определяемом маркировкой тары. Приборы испытывают на стенде при ускорении 30 м/с2 и частоте ударов 80...120 мин-1. Продолжительность испытаний - 1 ч для приборов I...IV групп и 2 ч - для приборов V...VII групп. После окончания испытаний проводят внешний осмотр приборов с целью выявления механических повреждений и ослабления креплений и измеряют требуемые характеристики.
Приборы считают выдержавшими испытания, если в них отсутствуют механические повреждения, ослабления креплений и их характеристики находятся в установленных пределах.
Испытания приборов на вибропрочность проводятся на вибростенде (рис. 13.5) на различных частотах [7]. Ускорения и амплитуды смещения стола вибростенда зависят от частоты (табл. 13.3).
Таблица 13.3
|
Частота, Гц |
10...20 |
20...30 |
30...40 |
40...50 |
50…60 |
60...70 |
|
Ускорение, м/с2 |
2...8 |
6...14 |
13...22 |
19...30 |
25...36 |
30...40 |
|
Амплитуда смещения (половина размаха), мм |
0,5 |
0,4 |
0,35 |
0,3 |
0,25 |
0,2 |
Частоту вибраций плавно повышают, причем на частотах 10 15, 17, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 и 70 Гц устанавливают выдержку по 2 мин. Общая продолжительность воздействия вибрационных нагрузок должна составлять 60 мин.
По окончании испытаний приборы снимают с вибростенда и проверяют отсутствие у них механических повреждений и ослабления креплений, а затем у них измеряют требуемые характеристики. Приборы считают выдержавшими испытания, если при отсутствии механических повреждений, ослабления креплений их характеристики будут находиться в заданных пределах.
Рис.13.5. Вибростенд:
1 – станина; 2 – резиновые прокладки; 3 – корпус; 4 – колпак; 5 – амортизатор; 6 – плоские пружины; 7 – вибрирующий рабочий стол; 8 – фланец;
9 – стержень; 10 –электромагнит; 11 – зажим; 12 – патрубок; 13 – катушка;
14 – панель; 15 – колпак; 16 – датчик ускорения; 17 – осциллятор; 18 – ручка
Вибростенд работает следующим образом. В поле катушки электромагнита 10, питаемого постоянным током, находится катушка 13, подключенная к сети переменного тока с регулируемыми силой и частотой. С этой вибрирующей катушкой через стержень 9 и фланец 8 жестко связан вибрирующий рабочий стол 7, подвешенный в корпусе 3 электромагнита на плоских пружинах 6. Корпус 3 электромагнита, установленный на резиновых прокладках 2 в подшипниках станины 1, может поворачиваться в вертикальной плоскости на угол до 90° и фиксироваться в заданном положении с помощью зажима 11. Для предотвращения резонанса механической системы плоские пружины 6 снабжены амортизаторами 5.
С рабочим столом жестко связан датчик ускорения 16, а с корпусом электромагнита - осциллятор 17 измерителя ускорений, установка нуля которого осуществляется поворотом ручки 18. В нижней части корпуса находится панель 14 для подключения питания вибростенда. Все вибрирующие и токопроводящие части стенда защищены колпаками 4 и 15. При продолжительной работе катушки охлаждают сухим сжатым воздухом, подаваемым через патрубок 12.
Проверка вибропрочности приборов в соответствии с техническими условиями может проводиться и на одной, фиксированной частоте. Амплитуду перемещения стола вибростенда устанавливают в зависимости от частоты по таблице, указываемой в технических условиях. Продолжительность испытаний составляет 60 мин.
Щитовые приборы и преобразователи могут подвергаться испытаниям на виброустойчивость на одной частоте или в диапазоне частот, но в отличие от испытаний на вибропрочность приборы проверяют на вибростенде во включенном состоянии. Частоту и соответствующую ей амплитуду вибраций указывают в технических условиях на прибор. При воздействии вибрационных нагрузок в течение 60 мин производят проверку их характеристик.
Если предусмотрена проверка виброустойчивости не на фиксированной частоте, а в диапазоне частот, то устанавливают на вибростенде частоту нижней границы диапазона и плавно меняют ее до верхнего значения. Амплитуда перемещений стола устанавливается в соответствии с указаниями технических условий по верхнему значению диапазона частот. Скорость прохождения диапазона частот должна обеспечивать общую продолжительность воздействия вибрационных нагрузок не менее 60 мин.
По окончании испытаний проводят дополнительную проверку характеристик.
При проведении всех видов механических испытаний температура окружающего воздуха не должна выходить за пределы 283...313 К. С целью сокращения общей продолжительности испытаний допускается перед теми или иными видами испытаний не производить измерение их параметров или характеристик в нормальных условиях эксплуатации, если предшествующее испытание было закончено проверкой их характеристик в нормальных условиях, и после проведения этой проверки приборы не подвергались воздействиям, влияющим на их параметры. С этой же целью допускается также проведение параллельно на одних приборах всех видов климатических испытаний, а на других приборах - всех видов механических испытаний.
Наряду с рассмотренными группами испытаний приборов проводятся их испытания на надежность [8]. Эти испытания производятся, чтобы установить их соответствие требованиям технических условий в заданном режиме и условиях эксплуатации в течение установленного периода времени. Испытания на надежность могут проводиться как для приборов установочной серии, так и для серийной продукции. Программа испытаний составляется исходя из требований технических условий на изделие и действующих стандартов. Для их проведения используется оборудование, применяемое при электрических, климатических и механических испытаниях.
Результаты проведения испытаний приборов па надежность оформляются в виде следующих документов:
а) ведомости учета времени наработки приборов;
б) протоколов результатов измерений параметров приборов;
в) актов анализа отказов приборов.
Литература к главе 13
440