Организация и технология испытаний. Учебное пособие

Испытания на работоспособность изделия начинают спустя не более 1 ч после испытаний по перечислению б) для ЭРИ; для остальных изделий – спустя не более 1 ч после извлечения изделия из камеры;

г) проводят визуальный осмотр изделий с их разборкой в целях выявления состояния покрытий и внешнего вида узлов и деталей.

2.5. ИСПЫТАНИЕ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ФАКТОРОВ

Испытание и требования к устойчивости к электромагнитным помехам для электротехническим, электронным и радиоэлектронным изделиям, оборудованию и системам (далее ТС) приведены в ГОСТ Р 51317.4.1–2000 [23].

Испытания на помехоустойчивость проводят во время разработки электротехнических, электронных и радиоэлектронных изделий, оборудования и систем, а также в ходе приёмочных, приёмо-сдаточных, периодических, типовых и сертификационных испытаний.

При испытаниях ТС на помехоустойчивость должны быть выбраны виды испытаний, необходимые для обеспечения работоспособности ТС в условиях эксплуатации, однако по экономическим соображениям число видов испытаний может быть ограничено до приемлемого минимума. Допускается уменьшать число видов испытаний на помехоустойчивость при приёмо-сдаточных и периодических испытаниях по сравнению с приёмочными и типовыми испытаниями.

При установлении требований помехоустойчивости конкретного ТС и соответствующих видов испытаний учитывают:

−характеристики электромагнитных помех, воздействующих на ТС;

−условия окружающей обстановки при эксплуатации ТС;

−требования надёжности и устойчивости функционирования ТС;

−экономические ограничения;

−характеристики ТС.

Учитывая разнообразие ТС и условий окружающей обстановки при их эксплуатации, которые должны быть учтены при установлении требований и выборе видов испытаний на помехоустойчивость, трудно установить точные правила такого выбора. Ответственность за указанный выбор несёт, прежде всего, технический комитет по стандартизации, разрабатывающий стандарты на ТС конкретного вида. В особых случаях такой выбор может быть сделан на основе соглашения между изготовителем ТС и пользователем. Во всех случаях необходимо учитывать характеристики помех в местах размещения ТС

(см. ГОСТ Р 51317.2.5 [26]).

31

При этом проверяют на следующие помехи:

−электростатические разряды (ГОСТ 30804.4.2–2013 [27]);

−излучаемое радиочастотное электромагнитное поле (ГОСТ 30804.4.3– 2013 [28]);

−наносекундные импульсные помехи (ГОСТ 30804.4.4–2013 [29]);

−микросекундные импульсные помехи большой энергии, кондуктивные помехи, наведённые радиочастотными электромагнитными полями (ГОСТ

Р51317.4.5 [30], ГОСТ Р 51317.4.6 [31]);

−магнитное поле промышленной частоты (ГОСТ Р 50648 [32]);

−импульсное магнитное поле (ГОСТ 30336 [33] / ГОСТ Р 50649 [34]);

−затухающее колебательное магнитное поле (ГОСТ Р 51317.4.1–2000

[23]);

−динамические изменения напряжения электропитания (ГОСТ 30804.4.11– 2013 [35]);

−колебательные затухающие помехи, в том числе: одиночные колебательные затухающие помехи; повторяющиеся колебательные затухающие по-

мехи (ГОСТ Р 51317.4.12 [36]);

−низкочастотные гармоники и интергармоники, включая сигналы, передаваемые по силовым линиям (ГОСТ Р 51317.4.1–2000 [23]);

−колебания напряжения электропитания (ГОСТ Р 51317.4.14 [37]);

−кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц (ГОСТ Р

51317.4.16 [38]);

−пульсации напряжения электропитания постоянного тока (ГОСТ Р

51317.4.17 [39]);

−испытания устройств защиты от излучаемых помех, вызываемых электромагнитным импульсом высотного ядерного взрыва и другими источни-

ками (ГОСТ Р 51317.4.1–2000 [23]);

−испытания устройств защиты от кондуктивных помех, вызываемых электромагнитным импульсом высотного ядерного взрыва (ГОСТ Р 51317.4.1– 2000 [23]);

−испытания ТС и систем на устойчивость к помехам, вызываемым электромагнитным импульсом высотного ядерного взрыва (ГОСТ Р 51317.4.1– 2000 [23]);

−устойчивость к несимметрии напряжений электропитания (ГОСТ Р

51317.4.1–2000 [23]);

−устойчивость к изменениям частоты питающего напряжения (ГОСТ Р

51317.4.28 [40]);

32

− устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания постоянного тока (ГОСТ Р 51317.4.1–2000 [23]).

Требования и методы испытаний технических средств (ТС) на устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю приведены в ГОСТ Р 51317.4.3–99 [23]. Испытания применяют для оценки эффектов воздействия электромагнитного излучения на ТС конкретного вида. Моделирование и измерение параметров электромагнитного излучения не обеспечивают достаточной точности для количественного определения указанных эффектов. Установленные методы испытаний предназначены, в первую очередь, для обеспечения достаточной воспроизводимости результатов, полученных с использованием различных средств испытаний, при качественном анализе эффектов.

Данные испытания являются необходимыми, поскольку большинство ТС эксплуатируют в условиях воздействия на них электромагнитных излучений. Источниками этих излучений часто являются портативные приёмопередатчики, применяемые эксплуатационным персоналом и службами безопасности, стационарные радио- и телевизионные передатчики, радиопередатчики подвижных объектов, а также различные промышленные источники излучений. Также в последние годы значительно увеличилось использование радиотелефонов и других радиопередатчиков, действующих на частотах от 0,8 до 3,0 ГГц. Указанные устройства во многих случаях используют методы модуляции с непостоянной огибающей. Также воздействуют побочные излучения, создаваемые такими источниками, как сварочное оборудование, тиристорные регуляторы, люминисцентные источники света, переключатели, коммутирующие индуктивные нагрузки и т.д. Воздействие указанных излучений на ТС проявляется, как правило, в виде кондуктивных помех, которые рассматриваются в других государственных стандартах на основе стандартов МЭК серии 61000. Методы, используемые для предотвращения влияния на ТС электромагнитных полей, будут в общем случае уменьшать также эффекты воздействия побочных излучений других источников.

Для испытаний ТС на устойчивость к радиочастотному полю применяется безэховая камера, размеры которой должны обеспечить достаточную область однородного поля применительно к испытуемым ТС (ИТС), также возможно применение ТЕМ-камер и симметричных полосковых линий; экранированных помещений, не покрытых поглощающим материалом; экранированных помещений, частично покрытых поглощающим материалом; открытых испытательных площадок. Указанные устройства могут иметь ограничения в части размеров ТС, которые могут быть испытаны в однородном поле, полос частот или уровней радиопомех. Условия испытаний с применением альтернативных

33

методов создания полей должны быть эквивалентны условиям испытаний в безэховых камерах.

Испытание на устойчивость к радиочастотному полю проводят следую-

щим образом: ТС должно быть испытано в режимах функционирования и при климатических условиях, соответствующих назначению ТС. Температура и от-

носительная влажность при испытаниях должны быть указаны в протоколе ис-

пытаний.

Испытания проводят при нормальных климатических условиях:

−температуре окружающего воздуха 25 ± 10 ° С;

−относительной влажности воздуха 45…80%;

−атмосферном давлении 84,0…106,7 кПа (630…800 мм рт. ст.), если иные требования не установлены в стандартах на группы ТС или ТС конкрет-

ного вида.

Методы испытаний должны соответствовать применению биконической или логопериодической излучающей антенны и модифицированной полубез-

эховой камеры.

Перед проведением испытаний проверяют установленную напряжённость испытательного поля. Для этого помещают антенну для измерения напряжённо-

сти поля в одну из точек измерительной сетки, размещают излучающую антенну

икабели в том же положении, как при аттестации испытательного оборудования,

иизмеряют подаваемую на излучающую антенну мощность сигнала, обеспечи-

вающую заданную напряжённость поля. Указанная мощность должна совпадать с установленной при аттестации. Проверку осуществляют в нескольких точках измерительной сетки на нескольких частотах в рассматриваемой полосе частот при горизонтальной и вертикальной поляризации испытательного поля.

После проведения проверки создают испытательное поле, используя дан-

ные, полученные при аттестации. Отсутствующие источники сигналов, необхо-

димых для функционирования ИТС, заменяют имитаторами.

ИТС размещают таким образом, чтобы одна из его сторон совпадала с плоскостью однородного поля. Частоту сигнала, подаваемого на излучающую антенну, перестраивают в рассматриваемой полосе частот при амплитудной модуляции синусоидальным сигналом частотой 1 кГц при глубине модуляции

80%. Подачу сигнала на излучающую антенну прекращают при регулировании уровня сигнала, переключении генераторов сигналов и применяемых антенн.

В случае шаговой перестройки частоты величина шага не должна превышать

1% основной частоты, если иные требования не установлены в стандартах на группы ТС или ТС конкретного вида.

34

Время воздействия испытательного поля на ИТС на каждой частоте должно быть не менее времени, необходимого для проверки качества функционирования ИТС. При необходимости дополнительно проводят испытания ТС на частотах, на которых ожидается его повышенная восприимчивость к помехе.

Если ИТС эксплуатируют в одном положении, при испытаниях проводят облучение каждой из четырёх сторон ИТС. Если ИТС эксплуатируют в вертикальном и горизонтальном положениях, испытания проводят при облучении всех сторон ИТС. Если ИТС состоит из нескольких элементов, их взаимное расположение при испытаниях должно быть сохранено при облучении ИТС с различных сторон.

Облучение каждой из сторон ИТС осуществляют при двух поляризациях испытательного поля (соответственно при вертикальном и горизонтальном расположениях излучающей антенны).

При испытаниях выбирают режимы функционирования ИТС из предусмотренных технической документацией на ИТС, обеспечивающие наименьшую устойчивость к воздействию поля.

При испытаниях рекомендуется применять специальные тестовые программы.

Испытания проводят в соответствии с программой испытаний, которая должна быть включена в протокол испытаний ТС.

Результаты испытаний должны быть классифицированы на основе следующих критериев качества функционирования ИТС, если иные требования не установлены в стандартах на ТС конкретного вида или в технической документации на ТС:

−А – нормальное функционирование в соответствии с требованиями, установленными в технической документации на ТС;

−В – временное ухудшение качества функционирования или прекращение выполнения установленной функции с последующим восстановлением нормального функционирования, осуществляемым без вмешательства оператора;

−С – временное ухудшение качества функционирования или прекращение выполнения установленной функции, которое требует вмешательства оператора или перезапуска системы;

−D – ухудшение качества функционирования или прекращение выполнения установленной функции, которое не подлежит восстановлению из-за повреждения оборудования (компонентов), нарушения программного обеспечения или потери данных.

ИТС не должно становиться опасным или ненадёжным в результате воз-

действия помех тех видов, на которые проводится проверка.

35

Основное правило для признания результатов испытаний положительными заключается в том, что ИТС должно быть устойчиво к помехе для всех периодов воздействия помех и по окончании испытаний должно удовлетворять функциональным требованиям, установленным в технической документации на ИТС. Некоторые эффекты воздействия помех могут быть установлены в технической документации на ИТС как незначительные и, следовательно, приемлемые.

При этом используются следующие методы модуляции:

−амплитудная модуляция синусоидальным сигналом;

−амплитудная модуляция сигналом прямоугольной формы;

−радиочастотные импульсы.

2.6. ИСПЫТАНИЕ НА РАДИАЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Испытаниям на воздействие ионизирующих излучений подвергаются ЭС, используемые в космосе, или средства измерений, установленные в зоне действия ускорительной техники, для радиационной технологии. Эти испытания подразделяются на натурные и лабораторные. Натурные испытания на воздействие ионизирующих излучений проводят на космических объектах или с помощью исследовательских ракет.

Радиационная стойкость. Радиационной стойкостью называется способность веществ сохранять свои характеристики, например физико-механичес- кие, электрические и пр., под воздействием радиации [41]. Эти свойства могут меняться из-за смещения атомов вещества в кристаллической решётке, реакций ядер атомов, разрыва химических связей и других факторов. Указанные процессы бывают как обратимыми, так и необратимыми.

Радиационные изменения кристаллической решётки могут приводить к различным изменениям в свойствах материала. В том числе они зависят от его природы.

При воздействии радиации на металлы возникающие одиночные дефекты, как правило, приводят к упрочнению материала. При этом электрическое сопротивление металлов растёт ввиду появления дефектов в их решётке. Особенно сильно меняют свои свойства при радиационном облучении полупроводниковые материалы.

Показатель стойкости неорганических химических соединений к радиации зависит от кристаллической структуры и типов химических связей в этих соединениях. Самую большую устойчивость к радиации показывают ионные кристаллические решётки. Структуры с высокими плотностями и симметрией наиболее устойчивы к действию радиоактивных лучей.

36

При воздействии радиации на стекла наблюдается изменение степени прозрачности стекла, а также его окрашивание и кристаллизация. У силикатных кристаллов наблюдается анизотропное расширение, аморфизация структуры, снижение плотности, упругих и теплопроводных характеристик. Оксиды ведут себя похожим образом при воздействии излучения. Что касается бетонов, то они практически не теряют свойств при не критически высоких дозах облучения.

Стойкость органических веществ. Изменения характеристик органических материалов происходят из-за процессов возбуждения и ионизации молекул с образованием неравновесных частиц: электронов, ионов, радикалов, возбуждённых молекул и т.д. Часто реакция облучения органических соединений характеризуется выделением различных газов.

Также радиационная стойкость органических соединений находится в зависимости от количества растворённого кислорода и скорости его диффузии в вещество. Растворённый кислород способствует радиационно-химическому окислению материалов, что приводит к изменению его химической и термической стойкости.

Обратимые изменения обусловлены установлением стационарного равновесия между генерацией нестабильных продуктов радиолиза и их гибелью, поэтому они зависят от мощности дозы. Сопротивление органических изоляционных материалов уменьшается при росте мощности дозы радиации.

Стойкость полимеров. С точки зрения полимерной науки воздействие радиации приводит в основном к «сшиванию» («сшивке») и деструкции полимеров. Это необратимые процессы, которые приводят к очень существенным изменениям структуры полимерного материала, особенно в присутствии кислорода.

Так же в полимерных материалах и других органических соединениях зачастую возникает процесс послерадиационного старения, который инициируется и поддерживается главным образом за счёт химических реакций свободных радикалов. Эти частицы возникают при облучении полимеров в среде атмосферного кислорода.

Радиационная устойчивость у полимерных диэлектриков определяется главным образом их механическими, а не электрическими характеристиками. Бó льшая часть полимеров демонстрируют повышенную хрупкость и становятся не в состоянии переносить обычные для этих материалов механические нагрузки при получении доз радиации, не вызывающих существенных изменений их электрических показателей.

Стойкость полимеров к воздействию радиации также зависит от их молекулярного строения. Самой большой устойчивостью обладают полимеры, включающие в состав макромолекулы бензольные ядра, а самой малой –

37

состоящие из алифатических звеньев, содержащие четвертичный атом углерода и атомы галогенов. Ниже приведена градация некоторых полимерных материалов по стойкости к радиационному излучению:

−полистирол;

−полиэтилен;

−полиамиды;

−ПВХ;

−ПММА;

−политетрафторэтилен.

Основными показателями, описывающими необратимые изменения механических свойств полимерных материалов при радиационном излучении, являются:

−предел прочности материала;

−модуль упругости;

−предел деформируемости.

38

3. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ

Организационно-методическое обеспечение испытаний включает состав-

ление программ испытаний, планов, а также методик испытаний. При этом не-

обходимо обеспечивать достижение результатов испытаний оптимальным об-

разом, с заданной точностью и достоверностью.

3.1. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ (ИЗМЕРЕНИЙ)

Согласно Федеральному закону «Об обеспечении единства измерений»: методика (метод) измерений – это совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.

Требования к содержанию методики, процедуре разработки, аттестации приведены в ГОСТ Р 8.563–2009 [24].

Согласно ГОСТ 16504 [5] методика испытаний – организационно-методи-

ческий документ, обязательный к выполнению, включающий метод испытаний,

средства и условия испытаний, отбор проб, алгоритмы выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта, формы представления данных и оценивания точности, достоверности результатов, требования техники безопасности и охраны окружающей среды.

Как правило, в методике испытаний должны быть указаны:

−наименование и назначение методики испытаний (измерений);

−область применения;

−метод или методы испытаний;

−испытательное оборудование, а также все вспомогательные средства,

необходимые при подготовке и выполнении испытания;

−условия проведения испытаний;

−процедура отбора проб (образцов);

−предварительная подготовка пробы (образцов) к испытанию;

−порядок проведения испытаний;

−процедура обработки результатов и их представление;

−достоверность (точность) полученных по данной методике результа-

тов или неопределённость измерений, или погрешность измерений;

− требования к персоналу, проводящему испытания;

39

− требования техники безопасности и охраны окружающей среды (экологическая безопасность).

Метод испытаний – правила применения определённых принципов и средств испытаний [5]. Метод испытания выбирают исходя из характеристик и особенностей конструкции изделия, нормативных значений контролируемых параметров и значений точности, с которой надо провести измерение.

В зависимости от сложности и области применения методика испытаний может быть оформлена как отдельный документ (нормативном правовом документе, документе в области стандартизации, инструкции и т.п.) или являться частью общего документа (раздел документа в области стандартизации, технических условий, конструкторского или технологического документа и т.п.).

Разрабатывают методики испытаний на основе исходных данных, которые указываются в техническом задании, технических условиях и других документах, определяющих требования к объекту испытаний.

К исходным данным относится следующее:

−область применения (наименование продукции и контролируемые параметры, область использования и т.п.);

−если методика испытаний может быть использована для оценки соответствия требованиям, установленным техническим регламентом, то в документе на методику измерений указывают: наименование технического регламента; номер пункта, устанавливающего требования (при необходимости и наименование национального стандарта или свода правил); войдёт ли документ, в котором изложена методика измерений, в перечень национальных стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений (либо в состав правил

иметодов исследований (испытаний) и измерений), в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения технического регламента

иосуществления оценки соответствия;

−наименование измеряемой величины в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации;

−требования к показателям точности испытаний (измерений);

−требования к условиям выполнения испытаний (измерений);

−характеристики объекта испытаний (измерений), если они могут влиять на точность испытаний (измерений);

−при необходимости другие требования к методике измерений.

Этапы разработки методики испытаний (измерений):

1 этап – формулировка измерительной задачи, определение характеристик и требований к объекту испытаний, а также предварительный отбор возможных методов решения данной измерительной задачи;

40