环境试验中凝露问题浅析

1 前言
环境试验做为检验提高电子产品可靠性的一种常用手段，广泛用于电子产品的各个研发周期。用于确
定通讯设备对环境的适应性。在环境试验过程中根据产品的特性，选择合适的试验方法，对产品的机械性
能、电气性能、物理性能、材料的抗拉强度和抗张力变化、绝缘性能等作出检验和评估。只有选择正确的
试验方法和标准的试验条件下，才能得出正确的试验结果。在恒定湿热过程中，要预热产品，避免大量凝
露出现，引起附加的应力，从而影响对实验结果的正确评估。
2被测通讯产品概况
某通讯设备是室外设备，采用自然散热。其特点是体积大，热耗大且腔体密封。工作环境温度：
一40℃一55％，要求机箱内温升不大于20。C，工作湿度：10％一95％(相对湿度)；贮存温度：一40℃
一+85℃，储存湿度：≤93％(相对湿度)；整机总重量： 50Kg。
总体结构采用箱型结构。由箱体、门、安装附件和内部的电源模块、两个功率放大器模块、两个低噪
声放大器模块、两个双工器(DUP)、防雷模块和监控板等组成。
3环境试验中存在凝露问题的分析
对于这种密封且热耗大，体积大的自然散热产品而言，如果产品内的热没有传输到周围大气中去，则
产品温度将不断上升。实际上，产品所产生的热是不断向周围环境大气散发的，最后，产品所产生的热与
耗散在周围冷却大气中的热相平衡，使产品温度达到稳定。只有当环境温度上升(或下降)时，产品内部
的温度才会随着进一步的上升(或下降)，直至达到新的平衡为止。
由于环境温度箱受环境温度和湿度的影响，在高温和低温以及高低温试验中，湿度同环境湿度相差不
大，大约在48％(至少在达到热平衡之前)。一般的环境试验箱都有湿度控制功能，通常采用的加湿方法
如下：
喷雾加湿：容易在工作空间产生少量气溶胶；
蒸汽加湿：可能使箱内温度较低的设备产生凝露；
挥发加湿：少量气溶胶；
水溶液加湿：容易引起腐蚀；
当把实验样品放进实验箱中时，如实验样品的表面温度低于实验箱中空气的露点温度，样品表面上就
会出现凝露，因此，一般在实验之前对实验样品进行预热。露点温度取决于空气中水汽的含量，露点温
度、绝对湿度和水汽压力之间存在直接关系。在实验期间，如果空气中水分的含量和空气温度较高，使空
气露点温度和实验样品表面温度之间达到某一差值，就会产生凝露。一般在实验的升温阶段，由于实验样
品有一定的热时间常数，其表面温度往往低于实验箱内空气的露点温度，因此，实验样品表面产生凝露。
在升温期间，在热常数时间为T的实验样品表面上所产生凝露所需要的相对湿度由下式给出：
当实验样品在实验过程中除了会产生凝露外，由于湿度还存在以下的物理现象：
吸附：由于设备表面材料的类型、材料的表面结构、和水汽压力的大小不同，决定了实验样品表面的
水汽分子的多少。
吸收：取决于周围环境的含湿量，水分子深入的速度随温度的升高而增大。
扩散：水蒸气透过有机密封材料进入壳体内部；
呼吸：由于温度变化引起实验样品空腔内外空气和水汽的交流，内有不良密封类型的实验样品，吸入
的潮气使实验样品的内部结构受潮，或在空腔内凝结成聚集态的水。
吸收和扩散过程需要相当长的时间才能达到平衡状态，凝露和吸附过程则短一些。所以，对于这种体
积大、散热量大的密封通讯设备在实验过程中表面出现少量凝露的现象是一种正常的实验现象。设备表面
的水汽多少和附着时间长短因环境实验箱内温度和湿度变化而不同，如果出现大量的水汽和凝露则需要调
整实验条件，防止实验结果出现大的偏差。
4结论和建议
1)环境实验过程中出现少量的凝露现象不会对设备的性能造成损坏。也不会影响实验结果的分析。
2)为了防止大量凝露的产生，对实验结果的分析造成错误的导向，一般在环境实验的过程中，提前
对产品进行预热。
3)环境实验对实验样品的影响很大，可能使材料的机械性能、物理性能、电气性能改变，因此，在
产品设计初期，考虑实际使用条件，选择合适的元器件，采用降额设计、冗余设计、容差设计、气候环境
防护设计、缓冲减振设计、热设计等手段，提高产品的可靠性。在环境实验中，只有施加合适的实验条
件，暴露存在的问题，寻求合适的改进措施，才能进一步确定产品的适应性，使产品满足使用要求。