Испытания радиоэлектронной аппаратуры

Цели испытаний. Испытания РЭА представляют собой экспериментальное определение при различных воздействиях количественных и качественных характеристик изделий при их функционировании. При этом как сами испытываемые изделия, так и воздействия могут быть смоделированы. Цели испытаний различны на различных этапах проектирования и изготовления РЭА. К основным целям испытания, общим для всех видов РЭА, можно отнести:

- выбор оптимальных конструктивно-технологических решений при создании новых изделий;

- доводку изделий до необходимого уровня качества;

- объективную оценку качества изделий при их постановке на производство, в процессе производства и при техническом обслуживании;

- прогнозирование гарантированного срока службы.

Испытания служат эффективным средством выявления скрытых случайных дефектов материалов и элементов конструкции, не обнаруженных методами технического контроля. По результатам испытаний изделий в производстве разработчик РЭА устанавливает причины снижения качества. Если эти причины установить не удается, совершенствуют методы и средства контроля изделий и ТП их изготовления. На конечных этапах ТП изготовления изделий могут проводиться предварительные испытания. Для них выбирают такие режимы, чтобы они обеспечивали отказы изделий, содержащих скрытые дефекты, и в то же время не вырабатывали ресурса тех изделий, которые не содержат дефектов. Эти испытания часто называют технологическими тренировками (термотоковая тренировка, электротренировка, тренировка термоциклами и др.).

Категории испытаний. Программа и методы проведения испытаний определяются конкретным видом и назначением РЭА, а также условиями эксплуатации. Для контроля качества и приемки изделий устанавливают основные категории контрольных испытаний, оговоренные в ТУ: приемо-сдаточные, периодические и типовые.

Каждая категория испытаний может включать несколько видов испытаний (электрические, механические, климатические, на надежность и др.) и видов контроля (визуальный, инструментальный и др.). В зависимости от особенностей эксплуатации и назначения изделий, а также специфики их производства некоторые виды испытаний выделяют в отдельные категории испытаний (на надежность – безотказность, долговечность, сохраняемость и др.). Виды испытаний и контроля, последовательность проведения, проверяемые параметры и их значения устанавливаются в нормативных документах (стандартах, программах, методиках и др.).

Во время испытаний применяют сплошной или выборочный контроль. Результаты испытаний считаются отрицательными, если обнаружено несоответствие изделия хотя бы одному требованию ТУ для проводимой категории испытаний. Применяемые средства испытаний, измерения и контроля, а также методики измерений должны соответствовать требованиям метрологического обеспечения. Средства испытаний должны иметь метрологическую аттестацию.

Приемо-сдаточные испытания (ПСИ) проводят для контроля изделия на соответствие требованиям ТУ, установленным для данной категории испытаний. Испытания и приемку проводит представитель заказчика в присутствии представителя отдела технического контроля (ОТК) предприятия-изготовителя в объеме и последовательности, предусмотренными в ТУ на изделие. О готовности изделия к ПСИ предприятие - изготовитель уведомляет представителя заказчика извещением, оформленным в установленном порядке. К извещению прикладываются протоколы технологической тренировки и предъявительских испытаний, выполненных по форме, принятой на предприятии-изготовителе. Состав и последовательность проведения испытаний могут быть изменены по согласованию с представителем заказчика. Принятыми считаются изделия, выдержавшие испытания, укомплектованные и упакованные в соответствии с ТУ.

Периодические испытания проводят с целью периодического контроля стабильности ТП в период между испытаниями и подтверждения возможности продолжения изготовления изделий по действующим конструкторской и технологической документации. Календарные сроки испытаний устанавливаются в графике, составленном предприятием- изготовителем с участием представителя заказчика. Периодическим испытаниям подвергается одно изделие ежегодно. Результаты испытаний оформляются актом, к которому прилагается протокол, выполненный по форме, принятой на предприятии-изготовителе. Состав и последовательность проведения испытаний согласовываются с представителем заказчика. Если изделие выдержало периодические испытания, то его производство продолжается до следующего срока испытаний. Если изделие не выдержало периодических испытаний, то приемку изделий и отгрузку принятых изделий приостанавливают до выявления и устранения причин возникновения дефектов и получения положительных результатов повторных испытаний.

Типовые испытания проводят для изделий прерывистого производства (единичного и мелкосерийного прерывистого производства) для оценки эффективности и целесообразности предлагающихся изменений в изделие или технологию его изготовления, которые могут изменить технические и другие характеристики изделия и его эксплуатацию. Испытания проводят на изделиях, в которые внесены предлагающиеся изменения, по программе и методике необходимых испытаний из состава приемо-сдаточных и периодических. Если эффективность и целесообразность предлагаемых изменений подтверждается результатами типовых испытаний, то их вносят в соответствующую документацию на изделие в соответствии с требованиями Государственных стандартов. Перед предъявлением изделий на испытания и приемку представителю заказчика ОТК проводит предъявительские испытания готовых изделий. Такие испытания проводятся с целью контроля изделий на соответствие требованиям ТУ и готовности для предъявления заказчику. Как правило, их проводят в объеме не менее приемосдаточных испытаний, но планы контроля и нормы на проверяемые параметры могут устанавливаться более жесткими. Документация по испытаниям согласуется с заказчиком.

Предъявительские испытания. Перед предъявлением изделий на испытания и приемку представителю заказчика проводит предъяви­тельские испытания изделий. Такие испытания проводятся с целью контроля изделий на соответствие требованиям ТУ и проверки готовности для предъ­явления заказчику. Как правило, их проводят в объеме не менее приемо­-сдаточных испытаний, но планы контроля и нормы на проверяемые параметры могут устанавливаться более жесткими. Документация по испытани­ям согласуется с заказчиком.

Кроме перечисленных выше основных категорий испытаний сущест­вуют квалификационные испытания по приемке установочной серии, испы­тания на долговечность и проверочные испытания (проводит научно-исследовательская организация заказчика).

Программа испытаний. Основным организационно-методическим документом при испытаниях РЭА является программа испытаний. Она регламентирует цели испытаний, объем и методику проводимых исследований; порядок, условия, место и сроки проведения испытаний; ответственность за обеспечение и проведение испытаний; ответственность за оформление протоколов и отчетов.

Общие цели контрольных, сравнительных и определительных испытаний, общие положения об испытаниях на воздействие механических и климатических факторов конкретизированы в Государственных стандартах. В программе испытаний в краткой форме излагается информация об объекте испытания (срок его изготовления, номер паспорта, особенность конструкции и технологии изготовления и т. п.), а также параметры, подлежащие прямому или косвенному измерению, критерии годности изделия РЭА, требования к внешнему виду и электрические параметры. В разделах программы испытаний указывают объем и методику испытаний, в которых даются сведения о количестве испытываемых изделий, общая продолжительность испытаний при различных воздействующих факторах, о периодичности, составе и последовательности испытаний, о параметрах испытательных режимов, пределах изменения питающих напряжений и продолжительности работы РЭА при этих напряжениях и т. п. В плане испытаний указывают необходимые работы, такие как изготовление образцов, их приемка ОТК, измерение и определение параметров, подготовка испытательного оборудования, проведение испытаний, оформление результатов, согласование и утверждение протокола испытаний и т. п.

Вторым организационно-методическим документом является методика испытаний РЭА. В ней излагаются: метод, средства и условия испытаний, алгоритмы выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта, формы представления данных и методы оценивания точности, достоверности результатов, требования техники безопасности и охраны окружающей среды. Основным требованием к методике является обеспечение максимальной эффективности процесса испытаний и минимально возможные погрешности полученных результатов. Она включает требования к методу и условиям испытаний и техническим средствам. Методика испытаний должна содержать описание следующих этапов процесса испытаний: проверку испытательного оборудования, подготовку испытываемых изделий, совместную проверку испытательного оборудования и испытуемого изделия, регистрацию результатов испытаний и данных об условиях их проведения.

Испытание на воздействие внешних факторов предназначено для определения с некоторой долей вероятности способности изделий сохранять работоспособность и параметры в заданных условиях окружающей среды путем имитации реальных условий окружающей среды или путем воспроизведения их воздействий. Когда возникает необходимость в проведении испытаний РЭА межнационального использования на воздействие внешних факторов, следует пользоваться методами испытаний, указанными в СТ МЭК 68-2, за исключением тех случаев, когда соответствующий метод испытаний отсутствует. Для этого имеются следующие основания:

а) полное соответствие с методами испытания СТ МЭК 68-2 необходимо для обеспечения повторяемости и воспроизводимости результатов;

б) испытания СТ МЭК 68-2 подходят для применения к разнообразным образцам. Они разработаны независимо от вида испытуемого образца. Образец может не быть электротехническим изделием;

в) результаты, полученные в различных лабораториях, могут быть сопоставимы;

г) исключается распространение мало отличающихся друг от друга методов испытаний и оборудования;

д) длительное использование одного и того же испытания позволяет сравнивать результаты предыдущих испытаний образцов, технические характеристики которых в условиях эксплуатации известны.

Испытания характеризуют посредством задания параметров испытательных режимов. Для некоторых испытаний необходимо описать испытательное оборудование. Выбирая метод испытания, который следует применять, разработчик нормативно-технологической документации должен учитывать экономические аспекты, в частности, когда существует два различных испытания, по результатам которых может быть получена одинаковая информация. Если при раздельном воздействии двух или более внешних факторов не обеспечивается получение желаемой информации, следует воспользоваться комбинированными или составными испытаниями. Самые важные комбинированные и составные испытания даны в СТ МЭК 68-2. В соответствии с Государственным стандартом механические и климатические испытания проводят с целью проверки соответствия изделий РЭА требованиям, установленным в ТЗ, стандартах и ТУ на изделия конкретных классов и типов. Испытаниям подвергается РЭА или отдельные ее части, число которых устанавливают в ТУ на изделия и в программе испытаний.

Все испытания проводят в нормальных климатических условиях (за исключением климатических), которые характеризуются следующими значениями параметров:

- температура воздуха 15-35 °С;

- относительная влажность воздуха 45-80 %;

- атмосферное давление 84-106 кПа (630-800 мм рт. ст.).

Испытания последовательно включают в себя начальную стабилизацию (если требуется); начальную проверку и измерения (если требуется); выдержку; конечную стабилизацию (если требуется); заключительные проверки и измерения (если требуется). При механических испытаниях проводится определение прочности и устойчивости конструкции изделия при воздействии вибраций, ударов, линейных ускорений, акустического шума. При климатических испытаниях изделие подвергается воздействию повышенной и пониженной температур, термоциклирования, повышенной и пониженной влажности, давления, инея, росы, соляного тумана и т.п. При испытаниях на соответствие конструктивно-технологическим требованиям изделие подвергают воздействию агрессивных сред, испытанию на герметичность, на способность к пайке, на теплостойкость при пайке, на пожаробезопасность, взрывозащищенность и другие. Диапазон параметров воздействующих факторов, применяемых при испытаниях весьма широк, и зависит от класса аппаратуры и условий ее эксплуатации.

Испытания на механические воздействия. Механические испытания РЭА проводят в нормальных климатиче­ских условиях под электрической нагрузкой или без нее. Изделия, имеющие амортизаторы, должны крепиться на амортизаторах. Если в ТУ предусмотрены различные способы крепления при экс­плуатации, то изделие испытывают при наиболее опасном способе крепления. Время выдержки в заданном режиме отсчитывают с момента достижения параметров испытательного режима.

Наибольшее влияние на РЭА оказывает сочетание вибрационных на­грузок и одиночных ударов, испытания на воздействия которых проводят в первую очередь. Испытания по определению резонансных частот конструкции допус­кается проводить на отдельных типах (типоразмерах, типономиналах) изде­лий, имеющих одинаковую конструкцию. Испытание на проверку отсутствия резонансных частот конструкции изделия в заданном диапазоне частот не проводят, если оно обеспечивается их конструкцией, о чем должно быть указано в ТУ на изделия.

Испытание на виброустойчивость допускается совмещать с испытанием на вибропрочность, проводя его в начале или в конце испытаний на вибро­прочность. При этом скорость изменения частоты вибрации не должна превышать 1 октавы в минуту. Испытание на вибропрочность и виброустойчивость при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот ниже 10 Гц и испытание на вибропрочность и виброустойчивость при воздействии широкополосной случайной вибрации в диапазоне частот ниже 20 Гц не проводят, если низ­шая резонансная частота изделия превышает 25 Гц.

При наличии требований по прочности и (или) устойчивости к воз­действию широкополосной случайной вибрации изделия, имеющие четыре или более резонансов в рабочем диапазоне частот, испытывают на воздейст­вие широкополосной случайной вибрации; изделия, имеющие менее четы­рех резонансов в рабочем диапазоне частот, испытывают на воздействие синусоидальной вибрации.

Испытаниям на ударную прочность не подвергают изделия, у которых низшая резонансная частота превышает 1000 Гц. Ударная прочность и (или) устойчивость таких изделий обеспечивается их конструкцией. Испытание на ударную устойчивость рекомендуется совмещать с ис­пытанием на ударную прочность, проводя его в конце испытаний на удар­ную прочность в каждом направлении воздействия. При отсутствии технической возможности проведения испытаний на вибропрочность и ударную прочность на отдельных изделиях допускается проведение испытания изделий в составе конкретного объекта.

Испытание на прочность или устойчивость при воздействии линейно­го ускорения не проводят, если предусмотрено испытание на воздействие ударов одиночного или многократного действия с ускорением, равным или большим, чем линейное.

Испытанию на воздействие акустического шума не подвергают изде­лия, удовлетворяющие одному или нескольким из следующих условий:

- в ТЗ или ТУ на изделия указаны уровни воздействующего акустического давления 130 дБ и менее;

- изделия не содержат внутренних полостей (например, трансформаторы, дроссели, модули и микромодули, залитые компаундом, и т. п.);

- низшая резонансная частота конструкции изделия превышает верх­нюю частоту диапазона частот испытаний на воздействие акустического шума при условии;

- параметры изделий по конструкции и принципу работы изделий не зависят от воздействия акустического шума, о чем должно быть указано в ТУ на изделия.

Применяемые виды механических испытаний и их последователь­ность указываются в ПИ и зависят от назначения РЭА, условий эксплуатации, типа производства. Например, в программу определительных испытаний опытного образца и образцов установочной серии обычно включают все виды механических испытаний, а для образцов, изготовляемых в серийном производстве - только испытания, предусмотренные в ТУ. Надежная работа РЭА обеспечивается за счет конструктивных запасов по вибропрочности, виброустойчивости, резонансной частоте и другим ха­рактеристикам.

Испытание на климатические воздействия. Принята такая последовательность операций испытания РЭА на климатические воздействия: предварительная выдержка изделий (стабилизация свойств); первоначальные измерения параметров и внешний осмотр; установка изде­лий в камеры, выдержка их в условиях испытательного режима, измерения параметров; извлече­ние из камер и выдержка для восстановления свойств изделий (конечная стабилизация свойств); внешний осмотр и заключительные измерения пара­метров изделий.

Предварительную выдержку в нормальных климати­ческих условиях проводят с целью устранения последствий воздействия на изделия в предыдущих условиях эксплуатации. Продолжительность выдержки определяется временем, достаточным для установления теплового равновесия изделий с окружающей средой. Обычно оно не превышает 2 ч.

При установке изделий в камере климатических испытаний необхо­димо следить за тем, чтобы между изделиями и стенками камеры, а также между самими изделиями свободно циркулировал воздух. Если при эксплуатации возможно несколько ва­риантов положения изделия, то следует выбрать вариант, обеспечивающий наибольшую жесткость испытания. Время выдержки в испытательном режиме отсчитывают с момента установ­ления режима в камере. Это время должно быть достаточным для прогрева (охлаждения) изделий по все­му объему.

Изделия считаются достигшими температуры окружающей среды (теплового равновесия), если температура самых массив­ных частей (или других частей, указанных в ТУ) отличается от температуры окружающей среды не более чем на ±3 °С. Время прогрева (охлаждения) изделий по всему объему устанавлива­ют на этапе предварительных испытаний с помощью датчиков для контроля температуры. Как правило, в зависимости от массы изделие необходимо выдерживать: при массе изделия не более 2 кг – 2 ч; 2...10 кг - 3 ч; 10...20 кг - 4 ч; 20...50 кг - 6 ч; 50...100 кг - 8 ч; 100...300 кг – 10 ч.

Воспроизводимость результатов испытания в значительной мере зависит от точности поддержания заданных параметров испытательного режима. До­пуски на значения воздействующих факторов выбирают исходя из компромис­са между точностью и стоимостью испытания. При испытании на влагоустойчивость допуски на температуру и относи­тельную влажность воздуха в камере устанавливают равными соответственно ±2 °С и ±3 %. При определении указанных допусков учитывают неравномер­ность распределения температуры по объему камеры, погрешность измерения ее приборами, а также изменение температуры во времени. При верхнем значе­нии температуры 40 °С и относительной влажности воздуха 90 % изменение температуры на 2 °С приводит к изменению относительной влажности на 9 %. При высокой относительной влажности даже незначительное изменение темпе­ратуры может привести к выпадению росы, что снижает воспроизводимость результатов испытания.

Климатические испытания проводят на стадии проектиро­вания РЭА, в серийном производстве для отбраковки потенциально не­надежных изделий (приемосдаточные испытания) и для контроля стабиль­ности производства (периодические испытания). Режимы и условия испыта­ния РЭА устанавливают в зависимости от степени жесткости, которая, в свою очередь, определяется условиями дальнейшей эксплуатации РЭА. Изделия считают выдержавшими испытание, если они во время и после его проведения удовлетворяют требованиям, заданным в ТУ для данного вида испытаний.

Для повышения информативности и эффективности климатических испытаний при освоении и производстве изделий целесообразно проводить их в последовательности, при которой каждое последующее испытание уси­ливает воздействие предыдущего, которое могло бы остаться незамечен­ным. Рекомендуется нормализованная последовательность климатических испытаний, включающая испытание при повышенной тем­пературе, кратковременное испытание на влагоустойчивость в циклическом режиме (первый цикл), испытания на воздействия пониженных температуры и атмосферного давления, испытание на влагоустойчивость в циклическом режиме (остальные циклы). При этом между любыми из указанных испыта­ний допускается перерыв не более 3 суток, за исключением интервала меж­ду испытаниями на влагоустойчивость и на воздействие пониженной темпе­ратуры, который не должен превышать 2 ч.