Советы по выбору климатической камеры

Валиев_АКМЕТРОН Советы инженера по выбору климатической камеры.jpg

Развитие новых технологий и связанное с этим появление новых устройств и материалов требует от разработчиков и производителей постоянного проведения работ по изучению свойств тестированию новых образцов. Прогресс и конкуренция требуют непрерывного обновления и совершенствования качественных и потребительских характеристик выпускаемых изделий. Для этих целей производственные предприятия, научные учреждения, крупные и средние коммерческие фирмы, как правило, владеют своими испытательными лабораториями.

Испытательная лаборатория является «лицом» компании. Зачастую для того, чтобы произвести впечатление и показать высокие стандарты качества на предприятии, контрагентам и заказчикам демонстрируют лабораторию. Конечно, если есть что показать. Одно из самых основных мест среди всего лабораторного оборудования занимает испытательное оборудование.

ГОСТ 16504-81 дает определение испытательному оборудованию: «Средство испытаний, представляющее собой техническое устройство для воспроизведения условий испытаний».

Современные климатические испытательные камеры

позволяют имитировать различные условия окружающей среды. Все многообразие различных форм воздействий внешних факторов на испытываемый образец можно свести к трем видам:

Климатические
Температурные
Механические

На сегодняшний день на рынке России присутствует большое разнообразие испытательных камер различных видов и производителей. После ухода компаний производителей из стран ЕС, Японии, США их место быстро занимают российские и китайские производители. Как не ошибиться в многообразии предложений, типов и размеров камер, как подобрать оборудование под конкретные испытательные задачи?

Инженеры АО «АКМЕТРОН» подготовили краткую инструкцию по выбору климатической камеры.

1. Объем рабочей камеры

Для того чтобы определиться с выбором необходимого объема рабочей камеры, нужно обратиться к ГОСТ Р 53618-2009 и ГОСТ Р 54083-2010. Как правило, подбирают камеру с полезным объемом, позволяющим иметь зазор между стенкой камеры и краем образца не менее 100 мм (рекомендуется даже 150 мм).

Для лучшей циркуляции воздуха и равномерности температуры рекомендуется выбрать камеру объемом больше на 20%, чем габариты испытываемого образца.

Приобретение камеры с большим объемом не сильно отразится на цене, но позволит иметь запас полезного объема камеры на случай испытаний более крупного образца.

Кроме того, при наличии запаса по объему, возможно тестировать одновременно несколько образцов, для этого необходимо предусмотреть наличие нескольких полок.

Современные производители изготавливают камеры различного объема, от небольших настольных до вместительных модульных камер большого объема.

Модульные климатические камеры (МКК).jpg

2. Масса образца

Определившись с объемом, нужно определиться с максимальной массой образцов для того, чтоб производитель рассчитал конструкцию камеры и полок.

3. Тип воздействия на образец

Основные виды климатических камер, различающихся по типу воспроизводимых условий и методу испытаний

Камеры тепла и холода (КТХ)
предназначены для проведения испытаний образцов на воздействие, повышенной и пониженной температуры с рабочим температурным диапазоном от -70ºС до 180ºС и различной скоростью изменения температуры.
Камеры тепла высокотемпературные (КТВ)
предназначены для проведения испытаний образцов на воздействие повышенной температуры до 300ºС. Принудительная циркуляция воздуха позволяет получить однородность и точность поддержания температуры в рабочем объеме камеры.
Камеры тепла, холода и влаги (КТХВ)
предназначены для проведения климатических испытаний образцов на воздействие повышенной и пониженной температуры в условиях повышенной и пониженной влажности.

Климатические камеры тепла, холода и влаги КТХВ.jpg

Камеры теплового удара двухзонные
и
трехзонные (КTУ)
предназначены для моделирования среды в условиях резкого перепада повышенных и пониженных температур. Воздействия в двухзонных камерах обычно тепло-холод, а в трехзонной камере имеется блок с промежуточной средней температурой.
Термобарокамеры (ТБК)
— камера давления для проведения климатических испытаний изделий и материалов на воздействие различных уровней температуры и влажности в условиях повышенного или пониженного атмосферного давления.
Камеры пыли и песка (КПП)
предназначены для создания условий, необходимых для испытаний на проникновение частиц пыли и песка с воздействием неравномерной продувки сжатым воздухом для оценки пригодности к эксплуатации и хранению в определенных условиях.
Камеры соляного тумана (КСТ)
предназначены для испытаний технических изделий, систем, материалов и покрытий на коррозионную устойчивость при воздействии солевого тумана. Климатическая камера КСТ обеспечивает точное имитирование условий влажной атмосферы в присутствии солей, естественного эксплуатационного процесса коррозии при непрерывном или периодическом распылении соляного тумана.

Камеры дождя (КД)
предназначены для проведения испытаний на устойчивость образцов к воздействию атмосферных осадков (дождя), на герметичность и влагопроницаемость.
Камеры быстрого изменения температуры — термоциклирования (КТЦ)
предназначены для проведения испытаний образцов при больших скоростях нагревания или охлаждения, в том числе при циклических испытаниях с быстрой сменой температуры.
Камеры климатических испытаний с вибростендом (ККВ)
.
Комбинированные климатические камеры с вибростендом позволяют смоделировать динамические воздействия на образец в различных климатических условиях.
Камеры старения Ультрафиолетом (КСУ)
позволяют изучить изменения, происходящие с испытуемым образцом в условиях приближенных к эксплуатации. Камеры старения позволяют значительно сократить затраты времени по сравнению с обычными натурными испытаниями на открытом воздухе.

Данный перечень является далеко не исчерпывающим. Из вышеприведенного перечня можно привести несколько примеров, когда камера одного типа может перекрывать по функционалу камеры двух видов как частично, так и полностью. Например, камера быстрого изменения температуры (КТЦ) обладает возможностями камер тепла-холода КТХ, эта же камера позволяет проводить термострессовые испытания со скоростью нагрева/охлаждения 10℃ в мин, что частично позволяет приблизиться к функционалу камер термошока.

4. Температурные режимы климатических камер

Температурный диапазон большинства современных испытательных камер тепло-холод чаще всего составляет от -70 до 180 °C.

Существуют две основные системы охлаждения рабочего объема климатических камер:

Для достижения сверхнизких температур (до -190°С) как правило используют жидкий азот, который поступая внутрь камеры, испаряется и поглощает тепло, а далее в газообразном состоянии выводится из камеры. Данный способ охлаждения в целях безопасности требует наличия системы вентиляции, так как испаряясь азот вытесняет кислород.
Для достижения температур до - 80°С используется система охлаждения замкнутого типа, по сути, это система, используемая в домашних холодильниках. Холодильные системы замкнутого типа могут быть одно- и двухконтурные. Одноконтурная система охлаждения способна поддерживать температуру в рабочей камере до -40°С.

5. Точность поддержания температуры в рабочем объеме

Современные климатические камеры могут обеспечить погрешность по поддержанию температуры до ±0,5 и ±1 С°. В РФ согласно действующим еще со времен СССР ГОСТам существует требование к погрешности поддержания температуры в рабочем объеме не более ±2 °С. Как правило, на российском рынке поставщиками заявляется данная погрешность. Если учесть совокупность различных факторов, таких как теплоемкость и тепловыделение образца, лучше иметь запас. Нужно помнить, что любое оборудование со временем в процессе эксплуатации теряет свои изначальные свойства. И возможно, что аттестовать камеру на выполнение требований к погрешности, предусмотренной стандартами с изначальным порогом ±2 °С, через 3-5 лет без капитального ремонта будет невозможно.

В большинстве своем климатические камеры тепла и холода имеют две различные системы поддержания заданной температуры. В более простой дешевой поддержание заявленной температуры в полезном объеме климатических камер происходит следующим образом: при достижении требуемой температуры охлаждения периодически включается ТЭН, который не позволяет температуре опуститься за требуемый предел.

В более точной и дорогой поддержание требуемой температуры происходит за счет PID регулирования. Хладагент, перетекающий от конденсатора к испарителю, дозируется с помощью электронного регулятора потока. Таким образом достигается не только точность поддержания температуры, но и в разы снижается уровень потребляемой электроэнергии.

6. Скорость достижения заданных значений температуры

Вот что действительно важно и на чем не стоит экономить! Основная часть от стоимости камеры — это стоимость установленных в нее агрегатов и систем. Качество и технические параметры комплектующих, из которых состоит камера, не всегда очевидны для заказчика. Скорость охлаждения и нагрева объема рабочей камеры является показателем уровня оснащения камеры. Опять же, обращаясь к стандартам, действующим в РФ, регламентирующим скорость нагрева или охлаждения 2–3 °С/мин, этим требованиям соответствуют большинство камер. Но, исходя из доводов, указанных выше, предлагаем более внимательно отнестись к данному ключевому показателю. В том числе, и от скорости достижения заданных значений температуры зависит такой параметр как, время выдерживания.

Время выдерживания — это время, которое требуется климатической камере для выравнивания температуры воздуха в камере с температурой непосредственно самого испытываемого образца. Время выдерживания также зависит от характеристик испытываемого объекта таких как теплоемкость образца.

7. Возможности по рассеиванию температуры

Если образец — электронное устройство, то он сам может излучать тепло.

Во время испытаний важно получить однородность по температуре во всех точках камеры и непосредственно образца. Возможности испытательной камеры к равномерному поддержанию температуры во всем рабочем объеме — это один из ключевых параметров, влияющих на точность воспроизводимых условий испытания. Поэтому при выборе камеры необходимо прописать в ТЗ уровень теплового излучения образца для подбора камеры с достаточным уровнем рассеивания температуры.

8. Поддержание влажности в климатической камере

Если более точно озаглавить данный пункт, то он должен звучать как «соотношение температуры и влажности». Если брать во внимание только сухие цифры из технических характеристик климатических камер тепла-холода-влаги, то можно подумать, что параметры влажности (RH) регулируются от 20 % до 98 % на всем диапазоне рабочих температур.

На самом деле при определенном соотношении влажности и температуры в рабочей камере образуется конденсат. В точках образования конденсата результаты испытаний будут неверные. Для того чтобы проводить испытания, нужно изучить график соотношения температуры и влажности камеры и соотнести с параметрами согласно предполагаемым испытаниям.

9. Система управления климатической камерой

Климатическая камера может управляться с помощью пульта (встроенного или выносного), кнопочным или сенсорным управлением, встроенным промышленным компьютером или подключенного ПК. Здесь нужно ориентироваться на ваши требования к функционалу, удобству управления, комфорту и безопасности.

Рассматривать здесь плюсы и минусы вариаций исполнения пульта смысла нет. Обратим свое внимание на возможности, которые предоставляет компьютер.

Управление климатической камерой с помощью компьютера позволяет подключить к системе дополнительные датчики, например, тепловые сенсоры, устанавливаемые непосредственно на образец, и контролировать температуру одновременно с нескольких датчиков. Также ПК позволяет объединить несколько камер в единую систему, сохранять испытания в различных форматах, подключать к действующей у потребителя системе обмена файлами, проводить многоступенчатые сложные испытания.

Как правило, все климатические камеры имеют систему безопасности и аварийной остановки. Некоторые камеры имеют функцию самодиагностики, систему фиксации ошибок, звукового и визуального извещения и даже отправку сообщений о нештатной ситуации по средствам GSM и Интернет.

Русификация интерфейса не является критическим символом высокой степени автоматизации, но указывает на клиентоориентированность производителя и наличие сервисной поддержки.

10. Универсальность, конструкция и компоновка климатической камеры

Для выбора климатической камеры, которая будет востребована и будет привлекаться для выполнения различных задач, необходимо просчитать экономическую целесообразность приобретения более универсального оборудования — совмещение в одной климатической камере характеристик различных по типу воздействий. На сегодняшний день производители выпускают испытательные камеры, имеющие в одном корпусе несколько рабочих камер. Данная конструкция позволяет проводить одновременные испытания в камерах с различными установленными режимами и типами испытаний. Хорошо продуманный выбор модели климатической камеры позволит сэкономить не только финансы, но и место в лаборатории.

ВАЖНО! На стадии проработки проекта нужно решить следующие вопросы:

Монтаж и доставка на место установки, возможности по перемещению оборудования к месту установки, либо сборка на месте.
Для проведения обслуживания оборудования необходимо предусмотреть отступы от стен помещения или другого соседнего оборудования.
Необходимо соблюдать режимы по температуре и относительной влажности в помещении на месте эксплуатации.
Согласовать параметры подключения климатической камеры к электропитанию с требуемыми параметрами.
Подача воды для увлажнения рабочей камеры небольшого размера осуществляется из штатной емкости для воды (стандартная комплектация в большинстве случаев).
Подача воды для увлажнения камер большого объема, как правило, осуществляется из системы водопровода через фильтр и деионизатор, вода при этом должна соответствовать требованиям изготовителя камеры.
Снабжение сжатым воздухом. Существуют климатические камеры с подачей сжатого воздуха для управления приводами, лифтами, заслонками и другими вспомогательными устройствами.
Наличие в корпусе портала необходимой формы и размера для подключения к испытываемому образцу проводов и трубок.
Размеры и конструкция двери.
Наличие или отсутствие смотрового окна. Подогрев и система очистки смотрового окна.
Очень важный параметр — продолжительность непрерывной работы. Климатические камеры малых и средних типоразмеров имеют воздушное охлаждение холодильной установки. При расположении камеры в помещении необходимо учитывать тепловыделение камер и соответственным образом устраивать систему приточно-вытяжной вентиляции.
Камеры больших размеров, камеры с быстрым изменением температуры при термоциклировании, камеры термоудара требуют интенсивного охлаждения холодильных установок. Существует 3 основных варианта подключения второго контура при водяном охлаждении:

Подключение к индивидуальному охлаждающему устройству (чиллеру).
Подключение к системе охлаждения (градирне).
Подключение к водопроводу со сливом в канализацию (незамкнутый контур)

Качество изготовления и ремонтопригодность, сервис.

Можно много говорить о качестве материалов изготовления камеры и продуманности конструкции. На что следует обратить внимание при осмотре камеры:

Внутренняя поверхность камеры из нержавеющей стали, скругленные углы, отсутствие швов, однородность материалов позволит камере сохранить первоначальный вид и убережет от коррозии. Чаще всего снаружи камеры изготавливаются из холоднокатаного стального листа, с порошковым покрытием, но есть изготовители, выполняющие внешнюю отделку камеры из нержавеющей стали.
Удобство обслуживания камеры, наличие быстрого доступа к узлам и агрегатам. Продуманная конструкция позволяет избежать сложного дорогостоящего ремонта. Стоит отметить важность наличия сервисной службы, наличие у производителя крупносерийного производства с оборотным складом сервисных запасных частей, взаимозаменяемость комплектующих, наличие официального уполномоченного представителя на территории РФ.

Приобретение испытательного оборудования в большинстве не является регулярной статьей расходов современного предприятия. Это оборудование приобретается «на долгие года» и от того, насколько оно является качественным и современным, зависит, как долго оно прослужит. Изначально правильно сделанный выбор позволит избежать того, чтоб затраты на испытательное оборудование перешли в регулярную статью расходов на ремонт и поддержание жизнеспособности лаборатории. Предназначение испытательного оборудования — тестировать образцы, а не испытывать нервы работников на прочность.