CN109212461B

CN109212461B - 一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法

Info

Publication number: CN109212461B
Application number: CN201811161900.9A
Authority: CN
Inventors: 洪涛; 辛承霖
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2038-09-30
Also published as: CN109212461A

Abstract

本发明公开了一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，通过设置交变湿热试验开始前打开表壳进行超声波加湿并静置的前置环节，增加智能电表元器件的受潮程度，以此增强智能电表交变湿热试验过程中湿度应力与温度应力的耦合作用，提高湿热试验效率，缩短湿热试验时间，降低试验成本，且本发明涉及的方法不增加改变智能电表失效模式的风险。本发明从智能电表关键元器件湿度敏感度、防潮能力以及受潮危害度信息的整理，提出了一种确定受潮时长及静置时长的方法，具有较强的适应性，且智能电表总受潮参量能为不同型号智能电表的交变湿热试验数据间对比提供基准支撑。

Description

一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法

技术领域

本发明涉及智能电表技术领域，具体地说，涉及一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法。

背景技术

智能电表在智能电网建设工作不断推进的过程中发挥着重要的基础作用，为考察其在实际环境条件下使用时的可靠性寿命指标，通常借助加速环境寿命试验进行验证。相关研究表明，智能电表在使用过程中主要承受温度和湿度这两种环境应力的综合作用，且由于智能电表属于有外壳和“空腔”的电子产品，因此通常选择交变湿热试验验证其在湿热环境条件下的可靠性，具体试验方法及过程要求详见国家标准GB-T2423.4-2008《电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Db：交变湿热(12h+12h循环)》。

一、与本发明相关的现有技术一

a、现有技术一的技术方案：加严条件下的交变湿热试验方法

与我国国家标准GB-T2423.4相比，部分国外标准(如美国军用标准MIL_STD_810)设计了更为严格的交变湿热试验循环，如图1所示，具体表现为高温阶段温度达60℃(我国室内表 40℃±2℃/室外表55℃±2℃)，低温阶段温度为30℃(我国为25℃±2℃)，升温速率以及降温速率也有所区别，目的就是通过加严的湿热试验条件加速暴露可靠性问题。图1中除了降温阶段相对湿度最低可降至85％以外，在全部试验时间内相对湿度要保持在(95±4)％；一个循环时间为24h。

b、现有技术一的缺点

虽然技术一相对于我国国家标准GB-T2423.4中的试验条件更加严苛，但是加速效果并不显著，试验效率并未有效提升。经验证，使用该方法进行30次循环(30天)仍不能有效激发智能电表故障。本发明摒弃单纯加严温湿度试验参数的单一做法，在调节温升速率和温降速率的基础上，通过额外增加试验前置处理环节增强试验效率，且本身试验成本增加较少。

二、与本发明相关的现有技术二

a、现有技术二的技术方案：加严的恒定湿热试验方法

为验证智能电表在湿热环境条件下的适应性，行业内有时采用“双85”试验进行可靠性研究。所谓“双85”试验，表示温度参数为85℃、湿度参数为85％RH，其本质是一种加严的恒定湿热试验方法。

b、现有技术二的缺点

经验证，使用该方法进行时长为30天的试验同样未能有效激发智能电表故障。该试验方法虽然温湿度参数值较高，但是由于缺少温度变化过程，智能电表未通过“呼吸作用”将湿度较大的空气吸入表壳空腔内(智能电表表壳密闭性良好，湿气不易直接进入)，因此湿度环境应力在该试验方法中参与程度较低。且该方法主要通过提高试验过程中的温湿度要求进行加速，增加了因为温湿度应力过高导致智能电表失效机理发生改变的风险(即出现智能电表在正常使用条件先不会发生的故障模式)。本发明针对该试验方法中湿度环境应力参与度较低的问题，提出湿度应力介入前置的处理方法，降低电能表内外部的湿度差，提高湿度环境应力与温度环境应力的耦合作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是增强智能电表交变湿热试验效率。本发明在现有技术基础上提出一种基于智能电表关键元器件信息的前置超声波加湿环节，弥补了现有试验技术湿度环境应力参与程度低的问题，增强了温湿度应力的耦合作用，且本身试验参数并未大幅增加，规避了因为温湿度应力过高导致智能电表失效机理发生改变的风险。且由于超声波加湿量考虑了智能电表的具体元器件信息，为不同型号智能电表的交变湿热试验数据之间的比较提供了前提。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，该方法包括以下步骤：

(1)统计智能电表关键元器件数量n，并将其依次命名为x₁，x₂，x₃...x_n；

(2)定义关键元器件湿度敏感度指标S，按照元器件对湿度敏感性从低到高分为三个等级SL、SM、SH，分别赋值0.3、0.5、0.7；

定义关键元器件防潮能力指标D，按照元器件自身防潮能力从低到高分为三个等级DL、 DM、DH，分别赋值0.3、0.5、0.7；

定义关键元器件受潮危害度指标I，按照元器件受潮后影响智能电表性能的程度从低到高分为三个等级IL、IM、IH，分别赋值0.3、0.5、0.7；

通过确定智能电表关键元器件湿度敏感度指标S、防潮能力指标D、受潮危害度指标I的等级并完成赋值后按照公式

获得x₁，x₂，x₃...x_n对应的受潮参量h₁，h₂，h₃...h_n，然后计算获得该智能电表总受潮参量

并取0.5和1.0作为总受潮参量h的阈值；

(3)定义基准时长T，若h＜0.5，受潮时长T₁＝T，静置时长T₂＝0，即不设置静置环节；若0.5≤h≤1.0，受潮时长T₁＝(1+h)T，静置时长T₂＝T₁，即1:1设置静置时长；若h＞1.0，受潮时长T₁＝(1+h)T，静置时长T₂＝2T₁，即1:2设置静置时长；

(4)将智能电表固定于挂表架后拆卸智能电表表壳，在密闭空间中借助超声波进行加湿操作，维持恒定湿度T₁时长；

(5)受潮结束后，重新安装好智能电表表壳，使其恢复固定于挂表架时的初始状态，静置T₂时长，为吸附作用预留充分时间，进一步稳定智能电表内部受潮程度；

(6)按照GB-T2423.4-2008《电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Db：交变湿热(12h+12h循环)》标准中的试验流程开展交变湿热试验，考察智能电表在湿热环境条件下的可靠性。

进一步地，所述关键元器件包括电解电容器、压敏电阻器、电阻器、光电耦合器、晶体谐振器、瞬变二极管、电池、负荷开关、片式电容器、液晶显示器、RS485、时钟芯片、微控制器、计量芯片和电流互感器共计15种。

进一步地，所述湿度敏感度指标S可以参照J-STD-020标准中的湿气敏感等级(MSL)1-6 级进行赋值转化，其中湿度敏感等级为1、2的关键元器件，归为SL等级，赋值0.3；湿度敏感等级为3、4的关键元器件，归为SM等级，赋值0.5；湿度敏感等级为5、6的关键元器件，归为SH等级，赋值0.7。

进一步地，所述防潮能力指标D的赋值具体为：未施加特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DL等级；施加一种特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DM等级；施加两种及以上特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DH等级。

进一步地，所述受潮危害度指标I的赋值具体为：受潮会导致轻微故障但不影响智能电表正常运行的关键元器件受潮危害等级为IL等级；受潮会导致一般故障且部分影响智能电表正常运行的关键元器件受潮危害等级为IM等级；受潮会导致严重故障以致智能电表无法继续正常使用的关键元器件受潮危害等级为IH等级。

进一步地，所述步骤(3)中，所述基准时长T与单次交变湿热试验循环所需时长保持一致，一般为24小时。

进一步地，所述步骤(4)中，借助超声波进行加湿操作，保证雾化颗粒中位数直径小于 25微米；维持恒定湿度具体为：设计研制阶段95％RH，设计定型阶段85％RH，批量生产阶段75％RH。

进一步地，将基于关键元器件确定受潮时长及静置时长，替换为基于产品型号研发的不同阶段确定受潮时长及静置时长；设计研制阶段加严，基准时长T增加权重系数1.5，变为 1.5T，受潮时长T₁＝T，静置时长T₂＝2T₁；设计定型阶段次之，基准时长T增加权重系数1.2，变为1.2T，受潮时长T₁＝T，静置时长T₂＝T₁；批量生产阶段受潮时长及静置时长最短，权重系数为1，按照基准时长进行受潮处理，且不单独设置静置环节。

进一步地，将受潮方式为超声波加湿，替换为蒸汽加湿，通过延长受潮时间和静置时间，达到相近受潮程度。

进一步地，将试验前置受潮处理过程中进行表壳拆卸及安装，替换为只拆卸表壳但后期不安装，或者替换为始终不拆卸表壳而仅设置前置受潮环节。

本发明的有益效果：

1、通过设置交变湿热试验开始前打开表壳进行超声波加湿并静置的前置环节，增加智能电表元器件的受潮程度，以此增强智能电表交变湿热试验过程中湿度应力与温度应力的耦合作用，提高湿热试验效率，缩短湿热试验时间，降低试验成本，且本发明涉及的方法不增加改变智能电表失效模式的风险。

2、本发明从智能电表关键元器件湿度敏感度、防潮能力以及受潮危害度信息的整理，提出了一种确定受潮时长及静置时长的方法，具有较强的适应性，且智能电表总受潮参量h能为不同型号智能电表的交变湿热试验数据间对比提供基准支撑。

附图说明

图1为现有的加严条件下的交变湿热试验方法流程图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，本发明的目的和效果将更加明显。

如图2 所示，本发明提供的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，该方法具体包括以下步骤：

1、统计智能电表关键元器件数量n，并将其依次命名为x₁，x₂，x₃...x_n；关键元器件主要包括电解电容器、压敏电阻器、电阻器、光电耦合器、晶体谐振器、瞬变二极管、电池、负荷开关、片式电容器、液晶显示器、RS485、时钟芯片、微控制器、计量芯片和电流互感器共计15种(参考国家电网公司Q/GDW 11179-2014《电能表用元器件技术规范》系列标准中建议的关键元器件)；

2、定义关键元器件湿度敏感度指标S，按照元器件对湿度敏感性从低到高分为三个等级 SL、SM、SH，分别赋值0.3、0.5、0.7；其中，湿度敏感度指标S可以参照J-STD-020标准中的湿气敏感等级(MSL)1-6级进行赋值转化，其中湿度敏感等级为1、2的关键元器件，归为SL等级，赋值0.3；湿度敏感等级为3、4的关键元器件，归为SM等级，赋值0.5；湿度敏感等级为5、 6的关键元器件，归为SH等级，赋值0.7；

定义关键元器件防潮能力指标D，按照元器件自身防潮能力从低到高分为三个等级DL、 DM、DH，分别赋值0.3、0.5、0.7；其中，未施加特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DL等级；施加一种特殊防潮措施(如环氧树脂灌封、塑封器件表面沉积无机薄膜、喷涂三防漆等)的关键元器件防潮能力等级为DM等级；施加两种及以上特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DH等级；

定义关键元器件受潮危害度指标I，按照元器件受潮后影响智能电表性能的程度从低到高分为三个等级IL、IM、IH，分别赋值0.3、0.5、0.7；其中，受潮会导致轻微故障(如指示灯故障、液晶显示故障等)但不影响智能电表正常运行的关键元器件受潮危害等级为IL等级；受潮会导致一般故障(如费控故障、电池欠压等)且部分影响智能电表正常运行的关键元器件受潮危害等级为IM等级；受潮会导致严重故障(如计量误差超差、数据突变、烧表等)以致智能电表无法继续正常使用的关键元器件受潮危害等级为IH等级；

并取0.5和1.0作为总受潮参量h的阈值；

3、定义基准时长T，基准时长T通常与单次交变湿热试验循环所需时长保持一致，一般为24小时，若h＜0.5，受潮时长T₁＝T，静置时长T₂＝0，即不设置静置环节；若0.5≤h≤1.0，受潮时长T₁＝(1+h)T，静置时长T₂＝T₁，即1:1设置静置时长；若h＞1.0，受潮时长 T₁＝(1+h)T，静置时长T₂＝2T₁，即1:2设置静置时长；

4、将智能电表固定于挂表架后拆卸智能电表表壳，在密闭空间中借助超声波进行加湿操作(雾化颗粒中位数直径应小于25微米)，维持恒定湿度(设计研制阶段95％RH，设计定型阶段85％RH，批量生产阶段75％RH)T₁时长；超声波加湿产生的雾粒小而均匀，能有效增大同智能电表元器件直接的接触面积，且该方式单位加湿量能耗指标低，加湿效率高，加湿强度大；

5、受潮结束后，重新安装好智能电表表壳，使其恢复固定于挂表架时的初始状态，静置 T₂时长，为吸附作用预留充分时间(T₂值可以为0，即不需要静置)，进一步稳定智能电表内部受潮程度，做好交变湿热试验前的准备工作；

6、按照GB-T2423.4-2008《电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Db：交变湿热(12h+12h循环)》标准中的试验流程开展交变湿热试验，考察智能电表在湿热环境条件下的可靠性。经验证，使用该试验方法进行30次交变湿热循环(30天)，被试验的电能表中出现了液晶显示故障(1例)以及计量误差不可逆性的持续增加(3例)，经对比确认故障电能表的失效机理未发生改变，因此该试验方法具有良好可靠的加速性，能够提高试验效率。

除以上基本方案，本发明还提出了如下扩展方案：

1、除基于关键元器件信息调整确定受潮时长及静置时长的方式外，还可基于产品型号研发的不同阶段确定受潮时长及静置时长。如设计研制阶段加严，基准时长T增加权重系数1.5, 变为1.5T，受潮时长T₁＝T，静置时长T₂＝2T₁；设计定型阶段次之，基准时长T增加权重系数1.2，变为1.2T，受潮时长T₁＝T，静置时长T₂＝T₁；批量生产阶段受潮时长及静置时长最短，权重系数为1，按照基准时长进行受潮处理，且不单独设置静置环节。此外，受潮方式还可以通过蒸汽加湿等方式，虽然其受潮效率较低，但通过延长受潮时间和静置时间仍能达到与现有方案近似的受潮程度。

2、本发明中，试验前置受潮处理过程中涉及表壳拆卸及安装，实际操作中若只拆卸表壳但后期不安装或者始终不拆卸表壳而仅设置前置受潮环节，虽可以增强或减弱受潮效果，但“替代方案”仍然可以一定程度达到提高湿度环境应力参与交变湿热试验的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

定义关键元器件防潮能力指标D，按照元器件自身防潮能力从低到高分为三个等级DL、DM、DH，分别赋值0.3、0.5、0.7；

j＝1,2…n，获得x₁，x₂，x₃...x_n对应的受潮参量h₁，h₂，h₃...h_n，然后计算获得该智能电表总受潮参量

并取0.5和1.0作为总受潮参量h的阈值；

2.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，所述关键元器件包括电解电容器、压敏电阻器、电阻器、光电耦合器、晶体谐振器、瞬变二极管、电池、负荷开关、片式电容器、液晶显示器、RS485、时钟芯片、微控制器、计量芯片和电流互感器共计15种。

3.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，所述湿度敏感度指标S参照J-STD-020标准中的湿气敏感等级(MSL)1-6级进行赋值转化，其中湿度敏感等级为1、2的关键元器件，归为SL等级，赋值0.3；湿度敏感等级为3、4的关键元器件，归为SM等级，赋值0.5；湿度敏感等级为5、6的关键元器件，归为SH等级，赋值0.7。

4.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，所述防潮能力指标D的赋值具体为：未施加特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DL等级；施加一种特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DM等级；施加两种及以上特殊防潮措施的关键元器件防潮能力等级为DH等级。

5.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，所述受潮危害度指标I的赋值具体为：受潮会导致轻微故障但不影响智能电表正常运行的关键元器件受潮危害等级为IL等级；受潮会导致一般故障且部分影响智能电表正常运行的关键元器件受潮危害等级为IM等级；受潮会导致严重故障以致智能电表无法继续正常使用的关键元器件受潮危害等级为IH等级。

6.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述基准时长T与单次交变湿热试验循环所需时长保持一致，为24小时。

7.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，所述步骤(4)中，借助超声波进行加湿操作，保证雾化颗粒中位数直径小于25微米；维持恒定湿度具体为：设计研制阶段95％RH，设计定型阶段85％RH，批量生产阶段75％RH。

8.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，将基于关键元器件确定受潮时长及静置时长，替换为基于产品型号研发的不同阶段确定受潮时长及静置时长；设计研制阶段加严，基准时长T增加权重系数1.5，变为1.5T，受潮时长T₁＝1.5T，静置时长T₂＝2T₁；设计定型阶段次之，基准时长T增加权重系数1.2，变为1.2T，受潮时长T₁＝1.2T，静置时长T₂＝T₁；批量生产阶段受潮时长及静置时长最短，权重系数为1，按照基准时长进行受潮处理，且不单独设置静置环节。

9.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，将受潮方式为超声波加湿，替换为蒸汽加湿，通过延长受潮时间和静置时间，达到相近受潮程度。

10.根据权利要求1所述的一种基于前置超声波加湿环节的智能电表加速交变湿热试验方法，其特征在于，将试验前置受潮处理过程中进行表壳拆卸及安装，替换为只拆卸表壳但后期不安装，或者替换为始终不拆卸表壳而仅设置前置受潮环节。