Estudio experimental sobre productos de control de señales en una cámara de ambiente de baja temperatura y baja presión

Los entornos de baja presión pueden afectar significativamente el rendimiento, la fiabilidad y la vida útil de los productos de control de señales. El siguiente ejemplo, que utiliza una prueba de baja presión de un dispositivo electrónico de señalización de transporte ferroviario, ilustra el papel crucial de las pruebas de baja presión en la evaluación de la fiabilidad del producto.

Requisitos del equipo de prueba: Para verificar su adaptabilidad a entornos de baja presión, se realizó una prueba de baja presión según la norma GB/T 2423.21-2008. La prueba se llevó a cabo en una cámara de prueba de baja presión no estándar fabricada por Youhuan Instruments (como se muestra en la figura a continuación).

La cámara de ensayo ofrece un rango de presión de aire ajustable de forma continua de 20 kPa a 101 kPa, con una desviación de presión no superior a ±0,5 kPa. Además, está equipada con un sistema de control de temperatura de precisión con fluctuaciones de temperatura inferiores a ±2 °C.

Procedimiento experimental:

Fase 1: A temperatura ambiente (25 °C), la presión del aire se redujo de 101 kPa a 70 kPa a una velocidad de 1 kPa/min, se mantuvo durante 1 hora y luego se volvió a aumentar a 101 kPa a la misma velocidad. Este proceso se repitió tres veces. Se monitorizaron todos los parámetros de rendimiento del equipo y se registraron sus cambios.

Fase 2: La presión del aire se mantuvo constante en 54 kPa durante 16 horas, mientras el equipo permanecía encendido. Se monitorizaron sus parámetros de rendimiento funcional y se registraron sus cambios.

Durante las pruebas, se observaron varios parámetros anormales del equipo:

En la primera fase de la prueba, cuando la presión del aire descendió a aproximadamente 70 kPa, la corriente de funcionamiento del equipo aumentó repentinamente un 10 %, y la temperatura del dispositivo también subió rápidamente 5 °C. Las señales de salida de algunos componentes sensibles se distorsionaron.

En la quinta hora de la segunda fase de la prueba, el equipo se apagó repentinamente. Tras reiniciarse, todo volvió a la normalidad, pero la misma falla se repitió 10 horas después. Se produjeron dos apagones más en las seis horas siguientes. Una investigación exhaustiva de los componentes defectuosos reveló que el problema principal residía en el módulo de alimentación.

Análisis de anomalías:

El aumento anómalo de corriente en la primera etapa de la prueba se debió a una descarga parcial de los conductores del transformador de potencia bajo una presión de aire crítica. Durante la descarga, el aire se descompone formando plasma, lo que genera una gran cantidad de partículas de alta energía que bombardean la superficie del conductor, provocando un aumento de la corriente de cortocircuito instantánea. La alta temperatura que acompaña a la descarga también causó un sobrecalentamiento localizado, mientras que la caída de la presión del aire resultó en una menor densidad del aire, lo que afectó la eficiencia de la disipación de calor.

La interrupción en la segunda fase de la prueba se debió a una disminución en la fiabilidad del circuito de control de potencia. Bajo una presión de aire baja prolongada, la placa de circuito se expandió, provocando grietas en las pequeñas uniones de soldadura, lo que resultó en conexiones intermitentes y deficientes, distorsión de la señal de control y frecuentes apagones anormales.

Estructura de la prueba y análisis de fallos:

Mediante pruebas a baja presión y el posterior análisis de fallos, la unidad de investigación y desarrollo identificó rápidamente defectos de diseño y fabricación:

En primer lugar, la disposición de los conductores del devanado primario del transformador de potencia era inadecuada, con un espaciado excesivamente pequeño, lo que lo hacía altamente susceptible a descargas parciales en condiciones de baja presión;

En segundo lugar, la capacidad de disipación de calor de la fuente de alimentación era insuficiente;

En tercer lugar, las medidas de protección contra la humedad para el circuito de control eran inadecuadas, el material de la placa de circuito impreso (PCB) se seleccionó incorrectamente y existía riesgo de fugas en el embalaje de los componentes.

Con esto concluye la investigación experimental sobre bajas temperaturas y bajas presiones. Cámara de Medio AmbientePara cualquier consulta relacionada con las pruebas de productos, póngase en contacto con el personal técnico pertinente de Huanyi Instruments.