低温低圧環境チャンバー内における信号制御製品の実験的研究

低圧環境は、信号制御製品の性能、信頼性、および寿命に大きな影響を与える可能性があります。以下の例では、鉄道輸送信号電子機器の低圧試験を用いて、製品の信頼性評価における低圧試験の重要な役割を示します。

試験装置の要件： 低圧環境への適応性を検証するため、規格GB/T 2423.21-2008に従って低圧試験を実施した。試験は、Youhuan Instruments社製の非標準低圧試験チャンバー（下図参照）を用いて行った。

この試験チャンバーは、20kPaから101kPaまでの連続的に調整可能な空気圧範囲を提供し、圧力偏差は±0.5kPa以下です。また、±2℃未満の温度変動を実現する高精度温度制御システムも備えています。

実験手順：

フェーズ1：室温（25℃）において、空気圧を101kPaから70kPaまで1kPa/分の速度で減圧し、1時間保持した後、同じ速度で101kPaまで減圧した。このプロセスを3回繰り返した。装置のすべての機能性能パラメータを監視し、その変化を記録した。

フェーズ2：装置の電源を入れた状態で、空気圧を16時間54kPaに一定に保った。 その機能性能パラメータを監視し、その変化を記録した。

試験中に、機器のいくつかの異常なパラメータが観測された。

試験の第一段階で、気圧が約70kPaまで低下した際、装置の動作電流が急激に10%増加し、装置の温度も5℃急上昇した。その結果、一部の高感度部品の出力信号が歪んだ。

試験の第2段階の5時間目に、装置が突然シャットダウンした。再起動後、すべて正常に戻ったが、10時間後に同じ不具合が再び発生した。その後6時間以内にさらに2回のシャットダウンが発生した。故障した部品を徹底的に調査した結果、主な問題は電源モジュールにあることが判明した。

異常分析：

試験の第一段階で発生した異常な電流上昇は、臨界気圧下での電力変圧器リード線の部分放電によって引き起こされた。放電中、空気が分解されてプラズマが生成され、多数の高エネルギー粒子がリード線表面に衝突することで、瞬間的な短絡電流が増加した。また、放電に伴う高温によって局所的な過熱が発生し、気圧低下によって空気密度が低下したため、放熱効率が低下した。

試験の第2段階で中断が発生したのは、電源制御回路の信頼性が低下したためです。長時間の低気圧により回路基板が膨張し、小さなはんだ接合部に亀裂が生じ、断続的かつ不良な接続状態となり、制御信号が歪み、異常な電源遮断が頻繁に発生しました。

テスト構造と障害解析：

研究開発部門は、低圧試験とそれに続く故障解析を通じて、設計および製造上の欠陥を迅速に特定した。

まず、電力変圧器の一次巻線のリード線の配置が不適切で、間隔が狭すぎるため、低圧条件下で部分放電が発生しやすい状態でした。

第二に、電源の放熱能力が不十分だった。

第三に、制御回路の防湿対策が不十分であり、プリント基板（PCB）の材料選定が不適切であったため、部品パッケージからの漏洩リスクがあった。

これで低温・低圧に関する実験的研究は終了です。 環境チャンバー製品テストに関するご質問は、Huanyi Instrumentsの担当技術スタッフまでお問い合わせください。