Проблемы метрологического обеспечения испытаний изделий электронной техники на воздействие вибрации

Титов А.А. ПРОБЛЕМЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ

Технический уровень и качество изделий электронной техники (ИЭТ) оценивают по совокупности показателей, которые определяются по результатам испытаний. До 8 0-90 % объема испытаний ИЭТ составляют испытания на воздействие климатических и механических факторов.

Согласно ГОСТ 20 57.406 для ИЭТ установлены следующие виды испытаний на воздействие вибрации и ударов из группы испытаний на воздействие механических факторов: испытания на воздействие синусоидальной вибрации, испытания на воздействие случайной широкополосной вибрации, испытания на воздействие многократных ударов, испытания на воздействие одиночного удара.

В настоящее время разработано и эксплуатируется большое число вибрационных и ударных испытательных установок и созданы различные методы испытаний, в той или иной мере приближающие условия испытаний ИЭТ к реальным.

Наиболее полно современным требованиям к испытаниям ИЭТ на воздействие вибрации отвечает электродинамическая вибрационная установка, состоящая из устройства управления, усилителя мощности и электродинамического вибростенда, позволяющая проводить испытания в широком диапазоне частот, перемещений и ускорений.

Так как вибрационные установки относятся к испытательному оборудованию, следовательно, по ГОСТ Р 8.568 - 97 должны подвергаться аттестации.

Важным вопросом при эксплуатации установки, с целью поддержания заданных требований к качеству ИЭТ, является метрологическое обеспечение, в частности разработка программы и методики аттестации, которые основаны на выполнении следующих операций: внешний осмотр, проверка безопасности, опробование и опреде-

ление точностных характеристик.

Внешний осмотр заключается в проверке соответствия внешнего вида и комплектации установки эксплуатационной документации, отсутствия механических повреждений блоков и устройств, входящих в комплект установки, которые могут привести к нарушению требований по обеспечению безопасности работ, а также повлиять на технические и точностные характеристики установки

Опробование установки проводится путем ее включения, воспроизведения вибрации и выключения в соответствии с нормативно-технической документацией на установку. При этом проверяется правильность срабатывания средств индикации и сигнализации установки.

Определение точностных характеристик производится по следующей программе.

1 Нестабильность ускорения и частоты установки определяется следующим образом.

Структурная схема измерения параметров вибрации представлена на рисунке 1.

Устройство Усилитель Амперметр

управления

Вибростенд Виброметр Усилитель Измеритель

согласующий искажений

Осциллограф

электронный

Рисунок 1

Измеряется температура стола вибростенда. На стол устанавливается вибропреобразователь. На устройстве управления устанавливается частота 400 Гц и ускорение, равное 0,7 верхнего предела номинального диапазона ускорения. По истечении времени прогрева установки через каждые 20 мин в течение первого часа работы и далее через 1 ч в течение 8 непрерывной работы установки измеряется ускорение и частота. С помощью электронно-лучевого осциллографа, подключенного к выходу согласующего усилителя, наблюдается форма кривой ускорения.

При периодической аттестации допускается проводить измерения в течение времени, равного 0,5 максимально допустимого времени непрерывной работы.

Определяется нестабильность ускорения и частоты следующим образом.

тах а, - а А

Ф =-----^ -100%

= maxf—— • 100 , f f

- М -Г -Г

где а и а - текущее и заданное ускорения в контрольной точке, — , и у3 - текущее и заданное

с2

значение частоты.

По окончании операции производится измерение температуры стола вибростенда.

2 Значение вибрационного шума на столе вибростенда определяется с помощью виброметра при включенной установке, но при отсутствии сигнала возбуждения на частоте 400 Гц и при отключенном вентиляторе.

3 Диапазоны воспроизводимого ускорения, перемещения и частоты определяются

а

За нижние пределы номинальных диапазонов воспроизводимого ускорения и перемещения принимаются значения ускорения и перемещения, превышающие значение вибрационного шума на столе вибростенда не менее чем в 4 раза.

Определяются верхние пределы номинального диапазона ускорения и перемещения.

За номинальный диапазон частот принимается интервал, в котором обеспечивается воспроизведение ускорений и перемещений в их номинальных диапазонах.

4 Пределы погрешности поддержания ускорения (перемещения) A определяются при прохождении диапазона

окт

частот 20...3000 Гц от нижней границы до верхней и обратно со скоростью развертки 2 - при нижних зна-

нии

м

чениях ускорения и перемещения 20 — и 1 мм без эквивалента нагрузки и с эквивалентом нагрузки и при

с

м м

верхних значениях ускорения и перемещения 350 — и 3,5 мм без эквивалента нагрузки и 210 — и 2,1 мм

с с

с эквивалентом нагрузки по формуле в процентах

max af - ал

дА =--^----1.100

а3 ,

a f а0

где J и 3 - соответственно текущее и заданное значения ускорения или перемещения. Заданные значения ускорения или перемещения устанавливаются на частоте 50 Гц. Текущее значение ускорения определяется по контрольному виброметру в точке стола вибростенда, расположенной рядом с рабочим датчиком. Контрольный датчик крепится методом приклеивания.

5 Коэффициенты гармоник ускорения и перемещения определяются в контрольной точке стола вибростенда в

м

диапазоне частот 20.3000 Гц без эквивалента нагрузки при ускорении 500— и при амплитуде перемещения 5

с2

мм на частоте 20 Гц с помощью измерителя коэффициента гармоник, подключаемого к выходу согласующего усилителя. Для наблюдения формы кривой ускорения и перемещения к выходам виброметров подключить электронно-лучевой осциллограф.

6 Определение коэффициента поперечных составляющих проводится без эквивалента нагрузки при амплитуде

мм

1,7 мм и ускорении 170 — и с эквивалентом нагрузки 5 кг при амплитуде 1 мм и ускорении 100 — на

с2с2 частотах 20, 50, 70, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 700, 1000, 1500, 2000 Гц с помощью виброметра, поочередно устанавливая ВИП в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

к

Коэффициент поперечных составляющих п в процентах определяют по формуле

д/с

Jal + а1

К = ±-х---------у-100

п

ах ау

где х и ' - ускорения и перемещения в двух направлениях, взаимно перпендикулярных друг к другу и

а

к рабочей оси вибростенда; z - ускорение и перемещение вдоль рабочей оси вибростенда.

7 Определение коэффициента неравномерности распределения проводится в номинальном диапазоне частот

при постоянных значениях ускорения и перемещения в контрольной точке не менее 0,3 верхних пределов номинальных диапазонов ускорения и перемещения с помощью виброметра, измеряющего среднее квадратическое

п

значение. Коэффициент неравномерности распределения 0 на данном режиме работы установки определить по формуле:

maxlа. - а, I

0 =------^ -100

ак ,

а, . „ ак

где 1 - ускорение или перемещение в i-й точке крепления; k - ускорение или перемещение в кон-

трольной точке.

8 Резонансные частоты определяются по АЧХ ускорения, снятой при постоянном значении силы тока в подвижной катушке с помощью виброметра и амперметра. При этом ток в подвижной катушке устанавливается такой, чтобы ускорение и перемещение не превышали предельных допускаемых значений. Резонансная частота подвески соответствует первому по частоте пику ускорения не менее чем в 1,5 раза превышающему ускорение на частоте 400 Гц. Резонансная частота подвижной системы соответствует первому после резонансной частоты подвески пику ускорения не менее чем в 5 раз превышающему ускорение на частоте 400 Гц.

9 Индукция магнитного поля измеряется в трех точках на высоте 20 мм от поверхности стола вибростенда

вдоль радиуса: в центре, на расстояниях 0,5R и R от центра стола вибростенда, где R - радиус стола.

10 Вычисляется изменение температуры стола вибростенда ЛТ по формуле

АТ = Тк - T '

T Т

где к и н - значения температуры стола вибростенда в конце и начале операции определения нестабильности ускорения, полученные с помощью средств измерения температуры поверхности.

11 Границы допускаемых погрешностей воспроизведения ускорения (перемещения) оцениваются с доверительной вероятностью 0,95 по формуле

ö = ±°,95д/ öl + öA4X + S: + ö2n +1),2

где 0 - предел основной относительной погрешности виброметра;

АЧХ - предел неравномерности АЧХ виброметра;

г - предел дополнительной погрешности измерения от наличия высших гармоник, определяемой в процентах при измерении среднего квадратического значения параметра по формуле

¿ = (лА + к,к -1)-100,

к г к

где г к' - наибольшее значение коэффициента гармоник в контрольной точке в рассматриваемом диапа-

зоне частот, относительные единицы;

п - предел дополнительной погрешности измерения от наличия поперечных составляющих, определяемой в процентах по формуле

¿П = Кп . к . • Ко . п . f

к

где п к  - наибольшее значение коэффициента поперечных составляющих в контрольной точке в рассмат-

к

риваемом диапазоне частот, %; оп^ - относительный коэффициент поперечного преобразования ВИП, относи-

тельные единицы; t - предел дополнительной погрешности измерения от изменения температуры стола вибростенда, определяемой в процентах по формуле

¿ = K -AT'

к

где 1 - коэффициент температурной чувствительности ВИП, %/... .

12 Предел погрешности воспроизведения частоты определяется в процентах на фиксированных частотах в

диапазоне частот при значениях ускорения или перемещения не менее 0,3 верхних пределов их диапазонов по формуле

Sf = max J—J3^- • 100 ,

J /31

где f - измеренное i-е значение частоты, Гц;

f • - заданное i-е значение частоты, Гц.

Данный подход применялся при аттестации установок вибрационных электродинамических типа УВЭ 5/10000, используемых в испытательной лаборатории ФГУП НИИЭМП.

ЛИТЕРАТУРА

1 ГОСТ Р 8.568-97 ГСИ. Аттестация испытательного оборудования.

2 ГОСТ 28203-89 Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Испытание и руководство: синусоидальная вибрация.

3 ГОСТ 25051.3-83 Установки испытательные вибрационные электродинамические. Методика аттестации.

4 Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник./Под ред. В.В. Клюева. - М.:

Машиностроение, 1978. - 439с.