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環境條件的分類和對電子電工產品的影響

中興通訊動力產品線   郭宇

環境是在任何時間和地點所存在的或所遇到的條件的總和，環境條件包括自然環境條件和應用環境條件。這種條件既可以是自然的，也可以是誘發的。弄清楚環境條件，包括環境因素、環境的嚴酷程度等級、環境的影響等等，對我們開展可靠性試驗有很大的幫助。

一、環境參數的分類

環境參數分為自然環境條件和應用環境條件。

1自然環境條件包括下面幾種類型：

①溫度和濕度

②海拔與氣壓、水深與水壓

③生物

④太陽輻射與溫度

⑤降雨和風

⑥塵、沙、鹽霧

2應用環境條件的類型

①貯存

②運輸

③有氣候防護場所固定使用

④無氣候防護場所固定使用

⑤地面車輛使用

⑥攜帶和非固定使用

⑦產品內部的微氣候

二、自然環境條件對電子產品的影響

1.溫度和濕度的影響

存儲是指在工業貨倉、零售商業庫等典型的倉庫中存放。倉庫的類型包括成品庫、半成品庫、元器件庫、中轉庫等。倉庫的建筑物條件包括有或無空調的一般庫房、廠房結構庫房、棚庫、洞庫、地下寶庫以及露天庫等等。但不包括火災、爆炸、核輻射及其他意外事故所造成的環境。也不包括產品及包裝箱內部的微氣候條件及貯存期間的運輸條件。

高低溫環境存儲試驗的設計主要是考慮電子產品在上述的環境中長期存儲時對產品的結構、外觀或基本性能的影響。

高低溫存儲試驗最主要的是針對產品的結構和外觀以及工藝而設計的，比如結構件是否變形、生銹、脫落等問題，由于任何物體都存在熱脹冷縮的現象，存儲后產品內部是否會因為不同的物體由于熱脹冷縮系數不同導致拉傷，性能變差等，進而影響產品的性能。

因此在高低溫存儲試驗后要重點關注產品的結構、外觀、產品內部各部件器件的連接以及產品的基本性能是否變化等。高低溫存儲試驗要保證一定的時間，否則對于生銹或其它化學反映引起的問題就不可能充分暴露。

環境溫度對電子產品影響是電子產品可靠性設計時最需要考慮的影響因素。

我們所使用的任何元器件的性能指標都是與溫度有關的，如電解電容、鉭電容等電容的電容量隨溫度的降低而減小，ESR隨溫度的降低而升高；集成電路或三極管的PN節導通壓降隨溫度的升高而降低等等。

在低溫工作試驗時要重點檢查產品在一定的低溫環境中各項指標、功能是否依然滿足設計要求。

2.氣壓、水壓對電工電子產品性能的影響

在海平面處的標準氣壓平均值是101.325kPa，而實測在91％～107％之間波動。根據試驗研究結果表明，低氣壓對產品的某些電氣性能有較明顯的影響，住往是不容忽視的，應采取相應的防護措施。主要有下面幾種：

①隨著氣壓的降低，致使電工產品的電暈(起始及消失電暈)電壓減小，外絕緣電氣強度也降低。一般情況下，電工產品在海拔0～5000m范圍內，氣壓每降低12％(相當于海拔增高1000m)，其電暈電壓和外絕緣電氣強度降低8％～13％。航空電器和電子產品也有類似現象存在。

②隨著氣壓的降低，空氣密度也相應減小，致使散熱能力下降，導致以自然對流、強迫風冷或空氣自然散熱為主要散熱方式的產品溫升增高。一般情況下，電工產品在海拔0～5000 m范圍內，氣壓每降低12％(相當于海拔增高1000m)，其溫升增高3％～10％。航空電器和電子產品也受到不同程度的影響。

③氣壓降低，以自由空氣為滅弧介質的開關電器產品的通斷能力和電壽命受到一定的影響。

④氣壓降低或增高和水壓增大，都會使產品的密封容器內外壓力差增大，容易引起氣體或液體從密封容器的密封結合處向外泄漏或向內滲透，甚至可能引起容器破裂。對電源產品來說，主要是電解電容存在此類危險。

⑤氣壓降低，會使某些材料中合有的填料和溶劑物質加速揮發或蒸發，促使材料加速老化失效。

3生物對電子產品的影響

生物對電工電子產品危害，主要是對包裝和結構的影響較大。主要體現在生物進入產品內部，對產品的性能和功能造成危害，甚至會導致產品失靈。尤其是高壓設備，尤其要注意生物的危害。

4太陽輻射與溫度

太陽輻射對電子產品的影響是作為戶外產品設計的重要依據，一般適用于海拔高度低于5000m的地區。

太陽輻射的危害主要是引起戶外產品溫度的升高。

太陽對地表某處的相對位置，變化在0°～90°之間。0°時(日出或日沒)，輻射量最弱，趨近于零；90°時(中午)太陽直射，輻射量最強。當太陽輻射垂直于地面時，單位面積上在單位時間內接受的太陽能(熱能)為最大。如無大氣，且太陽與地球之間處于平均距離時，此值即為太陽常數，其近似值為1.37kW/m²(1.96cal/(cm²·min))。但由于太陽與地球間的距離在一年期間是周期性地變化著，因而太陽常數在不同月份里是不同的，如1月的近似值為1.41kW/m²(2.02cal/(cm²．min))。7月的近似值為1.32kW/m²(1.89cal/(cm ²·min))，也就是說，在太陽垂直照射時，一平方米的面積接受的太陽輻射功率大于1.3KW。但由于受到大氣中的水汽、塵埃的散射作用，在空氣比較干凈的條件下，每平方米的面積接受的太陽輻射功率仍大于1.1KW。

太陽輻射的危害一個是引起產品發熱，另外一個是光的老化作用降低產品的壽命，尤其是塑料制品，因此，戶外產品應減少塑料的使用含量。

5.降水和風的影響

降水和鳳的危害主要是增加設備內部的濕度，降低設備的絕緣等級，甚至造成設備的性能降低和功能失效，如果防護不好，更會造成設備的永久損壞。

6.塵、沙、鹽霧的影響

①塵進入密封容器和封閉體中，使電氣性能劣化，例如接觸失效，接觸電阻改變，(電位器)的軌道電阻變化。

②引起運動的軸承、車軸、旋鈕和其他運動部件磨損或故障。

③表面發生剝蝕(侵蝕、腐蝕)。

④熱傳導率降低。

⑤導致工作的通風孔、套管、導管、濾清器、孔等阻塞。

⑥高速運動(如沙暴)時產生靜電，影響通訊系統。

⑦積存的塵和沙與其他環境因素(如水蒸氣)結合，可能對產品產生嚴重的影響，如發生腐蝕和長霉，濕熱大氣與具有化學侵蝕性的塵結合時，會引起腐蝕。在大氣中含有鹽霧時會引起類似影響。還存在離子傳導和腐蝕性塵(如消冰鹽等)的作用。

三、自然界最高和最低溫度的統計數據

我國的溫度和濕度統計

世界范圍內的溫度和濕度統計