CN102507227A - 电子产品表面控温热真空试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子产品表面控温热真空试验方法，主要解决了多台电子产品同时试验时各产品不能够全部达到目标温度，并在允差范围内以及同一产品表面温度不均匀的问题。该电子产品表面控温热真空试验方法，包括以下步骤：1]确定产品表面热功率2]制备产品表面加热器3]进行产品试验。通过本发明提供的电子产品表面控温热真空试验方法，电子产品表面升降温速率可控，能够满足较大的升降温速率要求，能有效的缩短试验时间、减少试验经费和降低试验能耗。
Description
技术领域
本发明属于真空热试验方法，具体涉及到一种电子产品表面控温热真空试验方法。
背景技术
星(飞船)载电子产品在研制过程中需要完成空间环境适应性验证，主要验证方法为在地面进行热真空试验。
目前电子产品热真空试验方法有两种：方法一是在真空罐热沉内充满介质，通过控制介质温度实现热沉温度升降，通过辐射换热方式，使安装在真空罐内的电子产品温度升高或降低。此试验方法对功耗、表面面积基本相同的电子产品能保证其升降温速率和温度容差等控制要求，但对功耗或面积相差较大的产品，性能测试期间，由于产品需要加电工作，各产品温度与目标温度相比将出现较大偏差，将很难实现真空罐内各产品不同的目标温度。
方法二是在真空罐内放置红外笼或红外灯阵等，热沉内充满液氮，电子产品安装在红外笼(或红外灯阵的视场)内，通过控制红外笼或灯阵的加热功率，控制电子产品的温度升降。此方法升温时能够实现较高的升温速率，但是在降温时，由于存在红外笼或者红外灯阵的遮挡，导致产品的降温速率较低，将会增加试验时间，同时有可能导致欠试验；此外，由于红外笼很难对单独表面实现控温，将导致同一产品的不同表面存在较大的温度梯度，有可能影响产品性能和功能。
综上所述，上述方法且不能实现多台产品多个表面的热真空试验温度控制需求，存在较大的欠试验和过试验风险，不利于节省试验时间、试验经费和能耗。
发明内容
本发明提供一种电子产品表面控温热真空试验方法，主要解决了多台电子产品同时试验时各产品不能够全部达到目标温度，并在允差范围内以及同一产品表面温度不均匀的问题。
本发明的具体技术解决方案如下：
该电子产品表面控温热真空试验方法，包括以下步骤：
1]确定产品表面热功率
获取产品表面红外辐射率、产品表面积、产品表面温度和热沉温度，得到产品表面向热沉的单位时间散热量；
根据产品表面向热沉的单位时间散热量，得到加热器功率；加热器功率应满足在升温阶段时，产品加热功率大于单位时间内产品向热沉散热而损失的热量；在降温阶段时，产品加热功率小于单位时间内产品向热沉散热而损失的热量；在极限温度保持阶段时，产品表面加热功率应等于其单位时间内向热沉的散热而损失的热量；
2]制备产品表面加热器
依据步骤1所得的加热器功率及产品表面积，得到用于贴合在产品表面进行试验的加热器，加热器连接有控制加热器加热功率的加热控制装置；加热器在产品表面上的覆盖率为80％～100％；加热控制装置包括控温温度传感器、程控电源、控温热电偶和控温机构；控温温度传感器设置于产品表面用于测量和监视产品表面的温度；程控电源和控温热电偶与加热器连接，用于对加热器提供直流电源，通过调节其电流或者电压即可以实现对加热器施加的加热功率的调节；控温机构一端与控温温度传感器连接，另一端与程控电源和控温热电偶连接；控温机构是基于传感器温度和所需目标温度的差值而自动调整电流大小；三者结合在一起形成温度闭环控制***，从而可以实现对产品表面温度的自动控制；
3]进行产品试验
将加热器贴合在产品表面上，并置于真空环境中，用调节加热控制装置来控制产品的升温速率，降温速率和极限温度保持时间，完成试验。
以上所述加的热器数量一般根据产品表面结构的复杂程度进行设定，产品结构较为复杂时，为了使其温度变化速率一致，可选择多个加热器贴合在不同的表面；同时，为了提高加热速率以节省试验时间，加热器功率为标准值的1.0～2.0倍；加热器的控温热电偶可以为两个，包括主份控温热电偶和备份控温热电偶，防止常态控温热电偶损坏时造成试验突然中止；为了便于贴合在产品的表面上，加热器一般选择薄膜加热器，厚度为50μm～100μm，表面半球发射率为0.8～1.0；加热器与产品表面之间的接触换热系数大于2000W/(m2℃)。
以上所述加热器与产品表面接触面之间可以设置有导热层；导热层可以采用涂覆的导热填料或胶带；采用胶带时，胶带与产品表面之间无气泡；控温热电偶与产品表面之间设置有绝缘层，且热电偶表面涂覆有GD414硅橡胶。
以上所述的步骤3中，真空环境一般为真空罐，真空罐热沉是液氮制冷，表面发射率高于0.9，热沉温度在热真空试验过程中保持在90K～110K。
本发明的优点在于：
通过本发明提供的电子产品表面控温热真空试验方法，电子产品表面升降温速率可控，能够满足较大的升降温速率要求，能有效的缩短试验时间、减少试验经费和降低试验能耗；除一般电子产品热真空试验外，对于功耗、表面面积、热容等相差较大或目标温度要求不一致的多台电子产品，可进入同一真空罐同时进行热真空试验。
附图说明
图1为本发明的控温点布置位置示意图。
具体实施方案
本发明是通过对同时参加试验的多台电子产品的各表面单独进行加热器设计并单独进行目标温度控制，使每台被试产品的每一表面均满足试验条件规定的试验温度要求。对有不同目标温度要求的产品，只需在控温软件界面输入所需的控温中心值，即可实现将该产品控制目标温度的目的。为保证各被试品所有表面温度均满足试验条件的要求，根据产品表面面积和目标温度及程控电源规格，在产品每一表面设置一个或多个控温回路。
该电子产品表面控温热真空试验方法包括以下步骤：
1]确定产品表面热功率
热真空试验时，需要实现产品的升降温以及在极限高温或极限低温下的温度保持。升温阶段，需要对被试品进行加热，要求加热功率大于其单位时间内向热沉散热而损失的热量，才能够实现被试品的升温。降温阶段，产品加热功率小于单位时间内产品向热沉散热而损失的热量，才能够实现被试品的降温。在极限温度保持阶段，产品表面加热功率应等于其单位时间内向热沉的散热而损失的热量，才能够保持产品温度稳定不变。
在真空条件下，电子产品箱体表面向热沉的单位时间散热量为：
q＝εбA(T0 4-Ts 4)
其中，ε为产品表面红外辐射率，б为斯蒂芬-波尔兹曼常数，A为产品表面积，T0为产品表面温度，Ts为热沉温度；
2]制备产品表面加热器
设计产品表面加热器时，根据真空条件下电子产品箱体表面与真空罐热沉间的换热关系和热真空试验的最高温度要求，计算电子产品箱体各表面需要的最大补偿功率，为了实现一定的升温速率，并预留1倍～2倍余量；按照此功率并结合程控电源对电流电压的规格要求，对加热器回路进行设计，并提出单片薄膜电加热器的设计；
根据计算得到的补偿功率和箱体的实际结构尺寸，为各表面设计薄膜型电加热器，多片电加热器经过串并联形成加热控温回路。多台电子产品在真空罐内同时进行试验时，根据各产品表面的遮挡情况，为不同表面单独设计电加热器，实现各表面单独控温到目标温度。
试验前，在电子产品箱体表面粘贴薄膜型电加热器，按照设计要求焊接成控温电加热回路；其厚度约50μm～100μm，电加热器表面半球发射率在0.9，加热器提供的功率需尽量平均分布在产品表面，即电加热器所覆盖的产品表面积应尽可能大，与被加热表面的接触热阻应足够小，接触面间应涂覆导热填料；粘贴电加热器前，在电子产品表面用胶带打底，胶带粘贴应平整，胶带与产品表面之间不能有气泡；胶带为3M胶带，在3M胶带基底上粘贴薄膜型电加热器，并完成各表面的回路焊接，试验后拆除时，不会对产品表面留下明显痕迹，少许残留物可以用酒精等清除，不会对产品表面产生污染和损伤；控温热电偶粘贴需符合相关行业标准，热电偶粘贴在3M打底后的产品表面且能代表该表面平均温度的位置，与产品表面间用3M胶带绝缘处理，热电偶粘贴后用GD414硅橡胶涂覆，防止热偶头部翘起增大测量误差；
3]进行产品试验
将加热器贴合在产品表面上，并置于真空环境中，用调节加热控制装置来控制产品的升温速率，降温速率和极限温度保持时间，加热控制装置包括控温温度传感器、程控电源、控温热电偶和控温机构；控温温度传感器设置于产品表面用于测量和监视产品表面的温度；程控电源和控温热电偶与加热器连接，用于对加热器提供直流电源，通过调节其电流或者电压即可以实现对加热器施加的加热功率的调节；控温机构一端与控温温度传感器连接，另一端与程控电源和控温热电偶连接；控温机构是基于传感器温度和所需目标温度的差值而自动调整电流大小；三者结合在一起形成温度闭环控制***，从而可以实现对产品表面温度的自动控制；一般采用真空罐，真空罐热沉采用液氮制冷，表面发射率高于0.9，热真空试验过程中热沉温度始终保持在100K左右；
升温时，通过加大加热回路的加热功率实现升温。降温时，通过减小加热回路功率，利用产品表面向热沉的辐射散热，实现降温。温度保持时，通过控制软件实现闭环控制，加热功率逐步逼近产品在目标温度下向热沉单位时间散失的热量，实现内能平衡，从而保持温度不变。
多台电子产品在真空罐内同时进行试验时，可以为不同表面单独设计电加热器，从而实现各表面单独控温。
Claims (9)
1.一种电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1]确定产品表面加热功率
获取产品表面红外辐射率、产品表面积、产品表面温度和热沉温度，得到产品表面向热沉的单位时间散热量；
根据产品表面向热沉的单位时间散热量，得到加热器功率；加热器功率应满足在升温阶段时，产品加热功率大于单位时间内产品向热沉散热而损失的热量；在降温阶段时，产品加热功率小于单位时间内产品向热沉散热而损失的热量；在极限温度保持阶段时，产品表面加热功率应等于其单位时间内向热沉的散热而损失的热量；
2]制备产品表面加热器
依据步骤1所得的加热器功率及产品表面积，得到用于贴合在产品表面进行试验的加热器，加热器连接有控制加热器加热功率的加热控制装置；加热器在产品表面上的覆盖率为80％～100％；
3]进行产品试验
将加热器贴合在产品表面上，并置于真空环境中，用调节加热控制装置来控制产品的升温速率，降温速率和极限温度保持时间，完成试验。
2.根据权利要求1所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述加热控制装置包括控温温度传感器、程控电源、控温热电偶和控温机构；控温温度传感器设置于产品表面，程控电源和控温热电偶与加热器连接，控温机构一端与控温温度传感器连接，另一端与程控电源和控温热电偶连接。
3.根据权利要求2所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述加热器为至少两个，加热器的数量与产品表面的数量相同；所述加热器功率为标准值的1.0～2.0倍。
4.根据权利要求3所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述各加热器的控温热电偶为两个，包括主份控温热电偶和备份控温热电偶。
5.根据权利要求4所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述步骤2中的加热器是薄膜加热器，厚度为50μm～100μm，表面半球发射率为0.8～1.0；加热器与产品表面之间的接触换热系数大于2000W/(m2℃)。
6.根据权利要求5所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述加热器与产品表面接触面之间设置有导热层。
7.根据权利要求6所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述导热层是涂覆的导热填料。
8.根据权利要求7所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述真空环境是真空罐，真空罐热沉是液氮制冷，表面发射率高于0.9，热沉温度在热真空试验过程中保持在90K～110K。
9.根据权利要求8所述的电子产品表面控温热真空试验方法，其特征在于：所述控温热电偶与产品表面之间设置有绝缘层，且热电偶表面涂覆有GD414硅橡胶。
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