Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология испытаний технических систем. Учебное пособие.pdf
9. ИСПЫТАНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Испытания на биологические воздействия проводят с целью проверки
способностей изделий сохранять свои параметры в пределах, установленных нормативно-технической документацией (НТД), при воздействии
биологических факторов и после них. В настоящее время ГОСТами регламентируется учет таких биофакторов, как плесневые грибы, насекомые, микроорганизмы, грызуны и почвенные микроорганизмы. Так как
наибольшие разрушения происходят при воздействии грибковой плесени,
рассмотрим испытание на грибоустойчивость – самый распространенный
вид испытаний на биологические воздействия.
Испытания на грибоустойчивость проводят с целью определения способности материалов и покрытий противостоять грибковой плесени в среде, зараженной плесневыми грибами. Испытания осуществляются на образцах, которые не подвергались воздействиям, в том числе другим испытаниям. Допускается использовать образцы, забракованные по электрическим параметрам. Виды грибов, применяемых при испытании, установлены ГОСТ 9.048–75.
Перед испытанием поверхность изделия тщательно промывается или
протирается спиртом. Изделия помещают в камеру грибообразования.
Вместе с изделиями в камеру ставятся контрольные чашки Петри (обычно
две) с питательной средой. Состав и порядок приготовления питательной
среды даются в специальной инструкции. Изделия, а также контрольные
чашки с питательной средой опрыскиваются из пульверизатора водной
суспензией спор грибков из расчета 50 мл суспензии на 1 м3 полезного
объема камеры. Вся поверхность изделий должна быть опрыскана равномерно.
Испытания проводятся в следующем порядке. В камере устанавливается температура 29 ± 2 оС и относительная влажность 95 ± 3 % при отсутствии циркуляции воздуха. Испытываемые изделия должны быть затемнены от искусственного и естественного света. Изделия в этом режиме
выдерживаются 48 ч, после чего производят осмотр контрольных чашек
Петри. Если на чашках не наблюдается роста грибков из числа видов, использованных для заражения, то следует провести вторичное опрыскивание изделий жизнеспособной суспензией спор грибков. Срок испытания
в этом случае следует считать со времени вторичного опрыскивания.
131
Испытания продолжаются в течение 30 суток. После испытания изде-
лия извлекаются из камеры и подвергаются визуальному осмотру под
микроскопом при 56-кратном увеличении. Оценка качества изделий производится по шестибалльной системе:
1) нет роста грибков, т. е. на образцах при контроле не обнаруживает-
ся роста грибков, – 0 баллов;
2) очень слабый рост грибков, т. е. наблюдаются единичные пророс-
шие споры, – 1 балл;
3) слабый рост грибков, т. е. наблюдается единичное спороношение, –
2 балла;
4) умеренный рост грибков, т. е. видны очаги плесени, – 3 балла;
5) обильный рост грибков, видимый невооруженным глазом, –
4 балла;
6) сплошное поражение грибками поверхности образца – 5 баллов.
Изделия считают выдержавшими испытание на грибоустойчивость,
если степень биологического обрастания оценивается баллами 0 или 1. По
окончании испытания образцы должны быть продезинфицированы или
уничтожены, чтобы предотвратить заражение окружающих предметов.
Испытания на грибоустойчивость производят в специальных лабораториях. Применяемые для испытаний камеры должны иметь внутренние
стенки и детали, устойчивые к воздействию плесневых грибков. В передней стенке камеры обычно располагается дверь с застекленным окном для
наблюдения за состоянием испытываемых изделий. Затемнение в камере
создается с помощью еще одной съемной двери.
Для проведения испытаний на грибоустойчивость применяют камеры
грибообразования (рис. 9.1) КВТ/Г-1М, обеспечивающие получение повышенной температуры и влажности, незначительной подвижности среды
и затемненности, автоматическое поддержание заданной температуры
и влажности.
Собственно испытательная камера 1 расположена в верхней правой
части шкафа. В нижней части шкафа под камерой находятся два центробежных вентилятора, нагреватель и регулятор влажности. Слева от двери
камеры расположена панель блока сигнализации и управления 2.
132
Рис. 9.1. Общий вид камеры грибообразования:
1 – испытательная камера; 2 – панель блока сигнализации и управления; 3 – гнезда
для замера параметров испытываемых изделий; 4 – температурные фильтры;
5 – «сухой» контактный термометр; 6 – «влажный» контактный термометр;
7 – осевой вентилятор; 8 – отверстия, закрытые гайками с резиновыми пробками для
ввода высокочастотных кабелей; 9 – тумблер для включения обогревателя стекол;
10 – отверстие для обмена воздуха; 11 – контактный термометр регулятора влаги;
12 – штепсельный разъем
Испытательная камера (рис. 9.2) выполнена с двойными стенками,
образующими воздушную рубашку 1, в которой циркулирует нагретый
воздух, равномерно нагревающий камеру. Теплоизоляция камеры достигается тем, что пространство между ее стенками и обшивкой каркаса за-
133
полнено матами 2 из стекловолокна. В передней стенке камеры расположена дверь с застекленным окном для наблюдения за состоянием испытываемых изделий. Затемнение в камере создается с помощью еще одной
съемной двери. Для предохранения стекол окна двери от запотевания
между ними расположены нагреватели.
Рис. 9.2. Схема камеры для испытаний на грибоустойчивость:
1 – воздушная рубашка; 2 – маты из стекловолокна; 3 – температурный фильтр;
4, 5 – контактные термометры; 6 – баллон для смачивания «влажного» термометра;
7 – осевой вентилятор; 8 – увлажнитель; 9 – контактный термометр увлажнителя;
10 – электронагреватель воды; 11 – центробежный вентилятор увлажненного воздуха;
12 – центробежный вентилятор; 13 – электронагреватель воздуха; 14 – электровводы
С целью обеспечения притока в камеру свежего воздуха, необходимого для развития аэробных культур, в нижней части двери имеется отверстие, а в потолке камеры два температурных фильтра 3, обеспечивающих
обезвреживание воздуха, выходящего из камеры. Регулировка и автомати-
134
ческое поддержание режима тепла и влаги достигаются с помощью блока
термометров 4, 5, расположенных в верхней части испытательной камеры.
На потолке камеры установлен осевой вентилятор 7 для перемешива-
ния воздуха и лампа освещения. Влажность в камере создается закрытым
способом путем барботирования воздуха в увлажнителе 8, представляющем собой цилиндрический резервуар, заполненный на ⅓ объема водой.
Нагрев воды в увлажнителе осуществляется легкосъемным электронагревателем 10, расположенным под его дном. Регулировка и автоматическое
поддержание температуры воды в увлажнителе достигается контактным
термометром 9, установленным на его крышке.
Центробежный вентилятор 11 обеспечивает циркуляцию увлажненно-
го воздуха в замкнутой системе «испытательная камера – вентилятор –
увлажнитель – испытательная камера». Всасывающее отверстие вентилятора соединено с испытательной камерой, а выхлопное отверстие – с регулятором влажности. Для спуска конденсата из кожуха вентилятора внизу имеется пробка.
Температурный режим в испытательной камере обеспечивается циркуляцией нагретого воздуха в рубашке камеры, создаваемой центробежным вентилятором 12 и электронагревателем 13, расположенными под
дном камеры. Электронагреватель воздуха в камере выполнен в виде
вставной легкосъемной кассеты. Для регулировки мощности электронагревателя под блоком автоматики установлен автотрансформатор. Между
передней панелью блока автоматики и дверью камеры расположены шесть
гнезд электровводов 14 для электрической связи испытываемых изделий
с контрольно-измерительным оборудованием. Для ввода в камеру высокочастотных кабелей в двери камеры имеется четыре отверстия, закрытых
гайками с резиновыми пробками. Камера оборудована блокировкой, разрывающей цепь питания камеры при открывании двери.
Камера КТВ/Г-1М характеризуется следующими техническими данными: температура от 25 ± 10 ºС до 60 ± 2 ºС; относительная влажность от 65 ±
15 % до 98 ± 2 % при температуре до 35 ± 2 ºС; повышение температуры
осуществляется со скоростью от 0,1 до 0,5 ºС в минуту; увеличение относительной влажности на 0,2 % в минуту; неравномерность распределения
температуры в камере ± 2 ºС при относительной влажности 2‒3 %.
После окончания испытания следует удалить воду из всех узлов камеры, промыть увлажнитель, продезинфицировать испытательную камеру
и просушить ее нагреванием.
135
10. ПЛАНИРОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ
Под планированием испытаний понимается процесс выбора и установления всего комплекса мероприятий, методов и средств, связанных
с организацией и проведением испытаний, а именно:
‒ выбор изделий, подлежащих испытаниям;
‒ установление плана испытаний;
‒ выбор места проведения испытаний;
‒ выбор испытательного оборудования.
План испытаний в общем случае должен включать следующую информацию:
1) количество изделий, поставленных под наблюдение;
2) время проведения наблюдений;
3) количество зафиксированных отказов;
4) значения точности оценки;
5) решение о замене отказавших изделий;
6) условия прекращения испытаний.
Возможны 13 вариантов планов испытаний (табл. 10.1):
1) [N, U, N]; [N, U, T]; [N, U, r]; [N, U, (r, T)];
2) [N, R, T]; [N, R, r]; [N, R, (r, T)];
3) [N, M, T]; [N, M, r]; [N, M, (r, T)]; [N, M, rΣ]; [N, M, TΣ]; [N, M,
(rΣ, TΣ)].
Условные обозначения:
N – объем выборки на испытания;
вторая буква U, R или М – восстанавливаемость объекта;
U – план, в котором отказавшие изделия не заменяются и не восста-
навливаются;
R – отказавшие изделия заменяются новыми;
M – работоспособность изделия восстанавливается после каждого
отказа;
третья буква или сочетание двух букв – признак окончания испытаний;
Т – планы, при которых испытания ведутся в течение времени Т или
суммарной наработки ТΣ всех изделий, r – планы испытаний до r-го отказа
или суммарного числа отказов всех изделий rΣ.
136
1. [N, U, N]
Отказавшие во время испытаний изделия новыми не заменяют-
2. [N, U, T]
Отказавшие во время испытаний изделия новыми не заменяются; испытания прекращаются по истечении времени Т
3. [N, U, r]
Отказавшие во время испытаний изделия новыми не заменяют-
4. [N, U, (r, T)]
Отказавшие во время испытаний изделия новыми не заменяют-
раньше)
5. [N, R, T]
Отказавшие во время испытаний изделия заменяются новыми;
6. [N, R, r]
Отказавшие во время испытаний изделия заменяются новыми;
7. [N, R, (r, T)]
Отказавшие во время испытаний изделия заменяются новыми;
8. [N, M, T]
После каждого отказа работоспособность изделия восстанавливается; изделие испытывается до наработки Т
9. [N, M, r]
После каждого отказа работоспособность изделия восстанавли-
10. [N, M, (r, T)]
После каждого отказа работоспособность изделия восстанавли-
раньше)
11. [N, M, rΣ]
После каждого отказа работоспособность изделия восстанавли-
При смешанных планах испытания ведутся до момента Т или ТΣ, если
t > T или t ≥ ТΣ. Для сокращения они обозначаются (r, Т) или (rΣ, ТΣ).
Наиболее трудоемкая и ответственная задача при планировании ис-
пытаний – это определение объема испытаний (объема выборки N), поскольку от этого зависит достоверность результатов испытаний.
Таблица 10
Планы испытаний
Тип плана Описание плана
ся; испытания прекращаются, когда откажут все N изделий
ся; испытания прекращаются, когда число отказавших изделий
достигает
ся; испытания прекращаются, когда число изделий достигнет r
или когда истечет время Т (в зависимости от того, что наступит
испытания прекращаются по истечении времени Т
испытания прекращаются, когда число отказавших изделий достигнет
испытания прекращаются, когда число отказавших изделий достигнет r или когда истечет время Т (в зависимости от того, что
произойдет раньше)
r
r
вается; изделие испытывается до возникновения у него r отказов
вается; изделие испытывается либо до возникновения r отказов,
либо до наработки Т (в зависимости от того, что наступит
вается; испытания прекращаются при возникновении суммарного числа
rΣ отказов всех изделий
137
12. [N, M, TΣ]
После каждого отказа работоспособность изделия восстанавли-
13. [N, M, (rΣ, TΣ)]
После каждого отказа работоспособность изделия восстанавли-
Тип плана Описание плана
вается; испытания прекращаются при получении суммарной
Окончание табл. 10.1
наработки всех изделий
вается; испытания прекращаются при возникновении суммарного числа
ной наработки T
rΣ отказов всех изделий или при получении суммар-
(в зависимости от того, что наступит раньше)
Σ
TΣ
Все многообразие целей испытаний может быть подразделено на две
основные группы:
1. Определительные испытания – в результате которых должны быть
определены неизвестные показатели качества изделий, установлены причины отказов, характеристики условий эксплуатации. Частным случаем
определительных испытаний являются сравнительные, т. е. испытания, по
результатам проведения которых делаются сравнительные оценки надежности двух или более однотипных изделий.
2. Контрольные испытания – по результатам которых устанавливает-
ся соответствие между фактическими показателями надежности и нормативными.
10.1. ОПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Результатом определительных испытаний на надежность являются
количественные значения показателей надежности технических систем,
установленные с заданной точностью или достоверностью. Определительные испытания классифицируют по следующим основным признакам:
1) по характеру оценок показателей надежности;
2) планам испытаний;
3) исходным данным.
План испытаний – это совокупность правил, устанавливающих объем
выборки для испытаний, порядок проведения испытаний и условия их
прекращения. Планы испытаний имеют условные буквенные обозначения
138
,
*
P
PP −
=δ
[N, X, Y], где N – признак объема выборки; X – признак восстанавливаемости технической системы; Y – признак окончания испытаний.
Из 13 вариантов планов испытаний, приведенных в табл. 10.1, для определительных испытаний наиболее приемлемыми являются следующие
пять планов:
а) [N, U, T];
б) [N, U, r];
в) [N, U, N];
г) [N, r, T];
д) [N, R, r].
При планировании определительных испытаний устанавливают объем наблюдений и длительность испытаний. При этом задаются показатели
достоверности результатов (доверительная вероятность) и их точность
(предельная величина относительной погрешности оценки показателя надежности). Методы планирования испытаний рассмотрим для планов
[N, U, N], [N, U, r], [N, U, T].
План [N, U, N]. Для определения объема наблюдений (объема выбор-
ки N) при оценке средних показателей надежности (средняя наработка до
отказа, средний ресурс и т. п.) считаются известными следующие исходные данные:
‒ относительная ошибка оценки соответствующего показателя надежности δ;
‒ односторонняя доверительная вероятность оценки β;
‒ предполагаемый коэффициент вариации = σ√;
‒ вид закона распределения исследуемой случайной величины (наработка до отказа, ресурс, срок службы и т .п.).
Относительная ошибка δ представляет собой меру точности оценки
показателя надежности и составляет
*
‒ односторонняя доверительная
граница показателя надежности (наиболее далеко отстоящая от P).
139
,1
2
2
2,1
+δ=
χ
β− N
N
N для плана [N, U, N] при распределении Вейбулла при ν, равном
0,4
0,5
0,6
0,8
1,0
1,2
1,5
1,8
2,0
3,0
0,05
0,80
50
65
100
200
315
500
650
800
1000
–
0,10
0,8
13
25
32
50
100
150
200
250
315
400
0,15
0,8
6
10
15
25
40
80
80
125
125
200
0,20
0,80
5
8
10
20
25
40
50
65
80
125
Относительную ошибку δ выбирают из ряда: 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; одно-
стороннюю доверительную вероятность β ‒ из ряда: 0,8; 0,9; 0,95; 0,99.
Минимальный объем наблюдений N для оценки средних показателей
надежности определяется:
а) для экспоненциального закона распределения с плотностью f(x) =
–λt
= e
из выражения
где
2
1−,2
‒ квантиль распределения хи-квадрат с 2N степенями свободы,
(10.1)
соответствующий вероятности 1–β.
Это трансцендентное уравнение, допускающее только численные ре-
шения, которые табулированы (табл. 10.2 при ν = 1).
Таблица 10.2
Объем наблюдений для распределения Вейбулла
и экспоненциального распределения (при ν = 1)
δ β
0,90
0,95
100
150
200
250
250
400
500
650
650
1000
1000
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0,99
0,9
0,95
0,99
0,9
0,95
0,99
0,90
0,95
0,99
315
32
50
100
15
25
40
10
15
25
500
50
80
150
25
40
65
15
25
40
800
65
100
200
32
50
100
20
32
65
1000
125
200
400
65
100
200
40
50
125
–
200
400
650
80
150
315
50
100
150
140
–
315
650
800
150
200
500
80
150
250
–
400
800
1000
200
315
800
125
200
315
–
500
800
–
250
400
1000
150
250
400
–
500
800
–
315
500
–
200
250
500
–
1000
1000
–
500
800
–
315
400
1000