CN113933200B - 一种电子元器件温度冲击试验装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子元器件温度冲击试验装置及测试方法，包括：试验箱，包括箱体和箱门，箱体内空间由隔板分隔成低温试验箱和高温试验箱，并且，在隔板上设有进出口；伸缩冲击机构，包括第一驱动机构和冲击杆，第一驱动机构可驱动冲击杆通过进出口，冲击杆的端部设有测试工装；伸缩隔断机构，包括第二驱动机构和伸缩板，伸缩板上条形开口；液氮制冷机构，包括液氮罐和液氮管，液氮管的一端与所述液氮罐连接，另一端延伸到低温试验箱内；石墨烯制热机构，包括若干排列于高温试验箱的内壁面石墨烯加热板。本发明能够为电子元器件提供（‑190~200）℃范围温度冲击的试验温场和冲击条件，提高了常规的温度冲击范围，加大了对元器件的温度性能考核力度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子元器件温度冲击试验装置及测试方法，属于电子元器件测试技术领域。
背景技术
常规的元器件温度冲击试验，一般在(-70～180)℃的温度范围下进行温度冲击试验，这个范温度范围大部分针对的是地球表面的极端温度，但是元器件在外太空极端的温度条件下运行的时候就要将试验温度范围扩宽。目前国内外很少做此类的试验，因为人们在卫星的表面加了隔热膜对元器件进行保护，但是在未来随着人们对宇宙空间的探索，探索的距离离地球越远环境条件越恶劣，对元器件和航天器的要求越高。因此，有必要研究一种可以提供-190～200℃范围温度冲击的试验装置。
发明内容
基于上述，本发明提供一种电子元器件温度冲击试验装置及测试方法，能够为电子元器件提供(-190～200)℃范围温度冲击的试验温场和冲击条件，提高了常规的温度冲击范围，加大了对元器件的温度性能考核力度，以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是：一种电子元器件温度冲击试验装置，包括：
试验箱，包括箱体和箱门，箱体内空间由隔板分隔成低温试验箱和高温试验箱，并且，在所述隔板上设有进出口；
伸缩冲击机构，设置于所述箱体内，包括第一驱动机构和冲击杆，所述第一驱动机构可驱动所述冲击杆通过所述进出口，所述冲击杆的端部设有测试工装，所述测试工装用于安装待测试电子元器件；
伸缩隔断机构，包括第二驱动机构和伸缩板，所述第二驱动机构可驱动所述伸缩板活动，所述伸缩板上设有与所述冲击杆匹配的条形开口；
液氮制冷机构，包括液氮罐和液氮管，所述液氮管的一端与所述液氮罐连接，另一端延伸到所述低温试验箱内；
石墨烯制热机构，包括若干石墨烯加热板，所述石墨烯加热板排列于所述高温试验箱的内壁面；
温度检测机构，包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置于所述低温试验箱内，所述第二温度传感器设置于所述高温试验箱内；
信号测试机构，包括元器件测试线和元器件测试设备，所述元器件测试线连接所述元器件测试设备和待测试电子元器件。
可选的，所述试验箱上设有控制屏，所述控制屏用于设定所述低温试验箱和所述高温试验箱的温度。
可选的，所述液氮管的端口设有均风网，所述均风网上阵列设有若干液氮通孔，并且，在所述液氮管的端口正对的所述低温试验箱的那侧内壁面设有低温循环风扇。
可选的，在所述高温试验箱的内壁面设有高温循环风扇。
可选的，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构均为气压缸。
可选的，所述信号测试机构还包括电脑和信号线，所述信号线连接所述元器件测试设备和所述电脑。
可选的，所述伸缩冲击机构设置于所述低温试验箱中。
可选的，所述条形开口内设有密封橡胶。
可选的，所述进出口的内壁面上设有与所述伸缩板匹配的槽口。
本发明还提供一种所述的电子元器件温度冲击试验装置的测试方法，包括以下步骤：
将待测试电子元器件安装在测试工装上；
分别设定好所述低温试验箱和所述高温试验箱的温度，启动所述液氮制冷机构和所述石墨烯制热机构，使所述低温试验箱和所述高温试验箱达到预定温度；
通过所述第二驱动机构驱动所述伸缩板移动，使所述进出口打开，并通过所述第一驱动机构驱动所述测试工装由所述低温试验箱冲击到所述高温试验箱内，或者由所述高温试验箱冲击到所述低温试验箱内；
通过所述第二驱动机构驱动所述伸缩板移动，使所述条形开口密封卡接在所述冲击杆的外围，使得所述低温试验箱和所述高温试验箱密封隔断，加电启动待测试电子元器件进行测试。
本发明的有益效果是：本发明能够为元器件的温度冲击范围提供(-190～200)℃恒定的温场，大大扩展了对电子元器件的温度冲击范围，可以模拟电子元器件在外太空极端条件下背对太阳和正对太阳时受温度影响时的工作性能以及考核元器件在极端温度条件下运行状况的各项指标。提高了航天航空，电子行业元器件的考核力度，设计的冲击装置操作简便，实用性强，可以形成产品进行批量生产促进经济发展。
附图说明
图1为本发明的总体示意图；
图2为试验箱的外形结构示意图；
图3为试验箱的内部结构示意图；
图4为试验箱的内部主视图；
图5为图4中B-B向剖视图；
图6为伸缩冲击机构与伸缩隔断机构一视角示意图；
图7为伸缩冲击机构与伸缩隔断机构另一视角示意图；
图8为液氮罐与液氮管的结构示意图；
附图标记说明：
1箱体，2箱门，3隔板，4低温试验箱，5高温试验箱，6进出口，7第一驱动机构，8冲击杆，9测试工装，10第二驱动机构，11伸缩板，12条形开口，13密封橡胶，14液氮罐，15液氮管，16均风网，17低温循环风扇，18石墨烯加热板，19高温循环风扇，20元器件测试线，21元器件测试设备，22电脑，23信号线，25控制屏。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1至图8，本实施方式一种电子元器件温度冲击试验装置，包括试验箱、伸缩冲击机构、伸缩隔断机构、液氮制冷机构、石墨烯制热机构、温度检测机构和信号测试机构。
试验箱包括箱体1和箱门2，箱体1内空间由隔板3分隔成低温试验箱4和高温试验箱5，并且，在隔板3上设有进出口6。本实施例中，在试验箱上设有控制屏24，控制屏24用于设定低温试验箱4和高温试验箱5的温度，即与液氮制冷机构和石墨烯制热机构电气连接，用于控制制冷和制热功能。
伸缩冲击机构安装在箱体1内，包括第一驱动机构7和冲击杆8，第一驱动机构7可驱动冲击杆8通过进出口6，冲击杆8的端部设有测试工装9，测试工装9用于安装待测试电子元器件。工作状态下，可通过第一驱动机构7驱动冲击杆8移动，进而实现冲击杆8的收缩与展开，在收缩状态下，冲击杆8收缩于与第一驱动机构7相同的低温试验箱4或高温试验箱5中；在展开状态下，冲击杆8穿过隔板3的进出口6，使得其末端进入到与第一驱动机构7不同的低温试验箱4或高温试验箱5中，同时，冲击杆8部分仍停留在进出口6内。本实施例中，第一驱动机构7可以为气压缸，冲击杆8为方形的杆体。
伸缩隔断机构包括第二驱动机构10和伸缩板11，第二驱动机构10可驱动伸缩板11活动，伸缩板11上设有与冲击杆8匹配的条形开口12。第二驱动机构10可驱动伸缩板11在三个位置之间活动，在第一位置下，伸缩板11完全不遮挡隔板3的进出口6，使进出口6完全打开，方便冲击杆8通过进出口6；在第二位置下，伸缩板11部分遮挡隔板3的进出口6，并且其条形开口12正好卡接在冲击杆8的外围上，使得低温试验箱4和高温试验箱5保持密封隔绝；在第三位置下，伸缩板11完全遮挡隔板3的进出口6，使得低温试验箱4和高温试验箱5密封隔绝。本实施例中，第二驱动机构10可以为气压缸，
本实施例中，为了保证伸缩板11与冲击杆8的密封效果，在条形开口12内设有密封橡胶13。为了保证伸缩板11与隔板3的密封效果，在进出口6的内壁面上设有与伸缩板11匹配的槽口，同时也可在伸缩板11外围设置密封橡胶13。
温度检测机构，包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在低温试验箱4内，第二温度传感器安装在高温试验箱5内，均用于检测温度。
液氮制冷机构包括液氮罐14和液氮管15，液氮管15的一端与液氮罐14连接，另一端延伸到低温试验箱4内，用于实现制冷功能，在液氮管15上安装有阀门。液氮通过阀门的控制稳定的向低温试验箱4内部提供能到(-190～常温)℃的氮气，实现制冷功能。本实施例中，阀门可以为电磁阀。
为了提高制冷效果，在液氮管15的端口设有均风网16，均风网16上阵列设有若干液氮通孔，并且，在液氮管15的端口正对的低温试验箱4的那侧内壁面设有低温循环风扇17。工作状态下，氮气通过多个氮通孔均匀的排进箱体1，经过低温循环风扇17的搅拌，制冷通过PID调节的方式使低温试验箱4内部的传感器有效的控制箱体1的温度，实现低温试验箱4的温度误差，温度均匀性，温度波动性达到元器件温度冲击试验的要求。
石墨烯制热机构包括若干石墨烯加热板18，石墨烯加热板18排列于高温试验箱5的内壁面，用于实现加热功能。石墨烯加热板18能够为高温箱提供(常温～200)℃的热能。
为了提高制热效果，在高温试验箱5的内壁面设有高温循环风扇19，工作状态下，石墨烯加热板18散发出的热量，经过高温循环风扇19的搅拌，加热通过PID调节的方式使高温试验箱5内部的传感器有效的控制箱体1的温度。控制高温箱的温度偏差，温度均匀性，温度波动性。
信号测试机构包括元器件测试线20和元器件测试设备21，元器件测试线20连接元器件测试设备21和待测试电子元器件。测试时，待测试电子元器件安装在测试工装9时，在加电启动后，可以通过元器件测试线20将相关参数传输给元器件测试设备21，从而判定其状态。
为了方便记录数据和进行控制，信号测试机构还包括电脑22和信号线23，信号线23连接元器件测试设备21和电脑22，可将测试数据传输到电脑22上进行分析处理，同时便于对测试过程进行控制。
本实施方式一种所述的电子元器件温度冲击试验装置的测试方法，包括以下步骤：
S1，将待测试电子元器件安装在测试工装9上。
S2，分别设定好低温试验箱4和高温试验箱5的温度，启动液氮制冷机构和石墨烯制热机构，使低温试验箱4和高温试验箱5达到预定温度。本实施例中，以冲击最低温度-190℃进行箱体1操作界面低温设置，设置好温度后开启液氮罐14的阀门，启动箱体1运行界面的制冷按钮，此时液氮通过液氮管15上电磁阀的有效控制从网孔进入低温箱体1，低温循环风扇17启动将液氮搅拌均匀。在快要到达-190℃的时候，温控仪的PID调节和第一传感器对温度进行有效调节使试验箱体1内的温度偏差、均匀性和波动性达到试验要求。低温试验箱4内的温度最终恒定在(-190±2)℃左右，为高低温冲击试验做准备。以冲击最低温度200℃进行箱体1操作界面低温设置，设置好温度后启动箱体1运行界面的加热按钮，此时石墨烯加热板18开始运行加热，高温循环风扇19启动将箱内热量搅拌均匀。在快要到达200℃的时候，温控仪的PID调节和第二传感器对温度进行有效调节使试验箱体1内的温度偏差、均匀性和波动性达到试验要求。高温试验箱5内的温度最终恒定在(200±2)℃左右，为高低温冲击试验做准备
S3，通过所述第一驱动机构7驱动伸缩板11移动，使进出口6打开，并通过第二驱动机构10驱动测试工装9由低温试验箱4冲击到高温试验箱5内，或者由高温试验箱5冲击到低温试验箱4内。本实施例中，伸缩冲击机构通过软件在识别到高低温已经恒定到规定的温度和时间后自动启动。将冲击杆8从低温推向高温箱体1，此时伸缩隔断机构会自动打开。冲击杆8上的元器件到达高温箱后自动伸缩隔断关闭，高低温试验箱4进入恒温阶段，此时完成低温向高温的冲击。
S4，通过第一驱动机构7驱动伸缩板11移动，使条形开口12密封卡接在冲击杆8的外围，使得低温试验箱4和高温试验箱5密封隔断，加电启动待测试电子元器件进行测试。冲击完成时冲击杆8末端的测试工装9加电启动元器件，电子元器件与元器件测试设备21通过元器件测试线20相连接从而测试元器件的相关参数看是否还达到要求，如果达到要求继续进行高温向低温的冲击试验，如果测试不合格停止试验关闭制冷和加热系统。测试的数据可以自动记录在电脑22上。高温向低温的冲击试验操作过程和低温向高温的冲击一致，冲击杆8动作方向由往下推改成往上拉。整个测试过程安全快捷，操作简单。
本实施例中，电子元器件的引脚插进测试工装9再连接到试验箱外的元器件测试设备21，在温度冲击试验过程中对电子元器件的性能进行测试。如果在冲击试验完成后电子元器件性能完好则证明温度冲击对元器件无影响，元器件合格。如果在冲击试验完成后电子元器件性能发生改变则证明温度冲击对元器件有影响，电子元器件不合格，应该对试验条件及电子元器件本身进行分析得出不合格的原因。
经试验，本发明(-190～200)℃电子元器件温度冲击试验装置，其技术指标能够达到JJF 1101-2019《环境试验设备温度、湿度参数校准规范》、GB/T5170.2-2017《环境试验设备检验方法第2部分：温度试验设备》等相关试验规程和试验大纲的要求。具体技术指标如下：
低温试验箱4技术指标：温度偏差：±2℃，温度均匀性：≤2℃，温度波动性：≤0.5℃
高温试验箱5技术指标：温度偏差：±2℃，温度均匀性：≤2℃，温度波动性：≤0.5℃
升温速率：(常温～200)℃≥5℃/min；石墨烯加热，空载。
降温速率：(常温～-190)℃≥10℃/min；液氮制冷，空载。
伸缩冲击机构转换时间：≤10s
电子元器件检测数据保存时间：1s。
本发明能够为元器件的温度冲击范围提供(-190～200)℃恒定的温场，大大扩展了对电子元器件的温度冲击范围，可以模拟电子元器件在外太空极端条件下背对太阳和正对太阳时受温度影响时的工作性能以及考核元器件在极端温度条件下运行状况的各项指标。提高了航天航空，电子行业元器件的考核力度，设计的冲击装置操作简便，实用性强，可以形成产品进行批量生产促进经济发展。
与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：
一、本装置将现有的元器件温度冲击范围从(-70～180)℃扩宽到(-190～200)℃，大大提高了对元器件温度性能的考核力度。
二、采用液氮通过电磁阀控制稳定的向低温试验箱4内部提供能到(-190～常温)℃的氮气，氮气的有点是能够快速降温，通过设计好的均风网16排进箱体1，经过低温循环风扇17的搅拌，制冷通过PID调节的方式使低温试验箱4内部的控温传感器有效的控制箱体1的温度。控制方法简单易操作。
三、高温试验箱5内部均匀的排列着石墨烯加热板18，石墨烯加热板18是目前经济有效的加热源，能够为高温箱提供(常温～200)℃的热能，加热通过PID调节的方式使高温试验箱5内部的控温传感器有效的控制箱体1的温度。相比传统用电阻丝加热更加方便耐用，因为电阻丝容易氧化，使用寿命不长，要定期更换加热丝。而石墨烯不易氧化，价格不高且使用寿命长，整体加热方式比传统的加热方式更加合理快捷。
四、伸缩冲击机构能够稳定为冲击杆8提供拉力和推力，冲击试验高低温转换所需的时间较短，冲击不会产生振动摇摆现象。可伸缩的冲击杆8尾部有携带电子元器件的测试工装9，元器件的引脚插进测试工装9再连接到试验箱体1外的测试设备，在温度冲击试验过程中对元器件的性能进行测试。元器件测试安装和试验过程简单方便，安全可靠。
五、伸缩隔断机构在进行温度冲击的时候隔断可以快速的打开和关闭，使冲击杆8能够从低温箱进入高温箱或者从高温箱进入低温箱。温度冲击后的恒温过程中隔断处于关闭状态，使高低温箱隔离分别恒温。关闭和打开的时间短，能够减短箱体1的温度恢复时间。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种电子元器件温度冲击试验装置，其特征在于，包括：
试验箱，包括箱体（1）和箱门（2），箱体（1）内空间由隔板（3）分隔成低温试验箱（4）和高温试验箱（5），并且，在所述隔板（3）上设有进出口（6）；
伸缩冲击机构，设置于所述箱体（1）内，包括第一驱动机构（7）和冲击杆（8），所述第一驱动机构（7）可驱动所述冲击杆（8）通过所述进出口（6），所述冲击杆（8）的端部设有测试工装（9），所述测试工装（9）用于安装待测试电子元器件；
伸缩隔断机构，包括第二驱动机构（10）和伸缩板（11），所述第二驱动机构（10）可驱动所述伸缩板（11）活动，所述伸缩板（11）上设有与所述冲击杆（8）匹配的条形开口（12），所述条形开口（12）内设有密封橡胶（13），所述进出口（6）的内壁面上设有与所述伸缩板（11）匹配的槽口；
液氮制冷机构，包括液氮罐（14）和液氮管（15），所述液氮管（15）的一端与所述液氮罐（14）连接，另一端延伸到所述低温试验箱（4）内；
石墨烯制热机构，包括若干石墨烯加热板（18），所述石墨烯加热板（18）排列于所述高温试验箱（5）的内壁面；
温度检测机构，包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置于所述低温试验箱（4）内，所述第二温度传感器设置于所述高温试验箱（5）内；
信号测试机构，包括元器件测试线（20）和元器件测试设备（21），所述元器件测试线（20）连接所述元器件测试设备（21）和待测试电子元器件；
所述的电子元器件温度冲击试验装置的测试方法包括以下步骤：
将待测试电子元器件安装在测试工装（9）上；
分别设定好所述低温试验箱（4）和所述高温试验箱（5）的温度，启动所述液氮制冷机构和所述石墨烯制热机构，使所述低温试验箱（4）和所述高温试验箱（5）达到预定温度；
通过所述第二驱动机构（10）驱动所述伸缩板（11）移动，使所述进出口（6）打开，并通过所述第一驱动机构（7）驱动所述测试工装（9）由所述低温试验箱（4）冲击到所述高温试验箱（5）内，或者由所述高温试验箱（5）冲击到所述低温试验箱（4）内；
通过所述第二驱动机构（10）驱动所述伸缩板（11）移动，使所述条形开口（12）密封卡接在所述冲击杆（8）的外围，使得所述低温试验箱（4）和所述高温试验箱（5）密封隔断，加电启动待测试电子元器件进行测试。
2.根据权利要求1所述的电子元器件温度冲击试验装置，其特征在于，所述试验箱上设有控制屏（24），所述控制屏（24）用于设定所述低温试验箱（4）和所述高温试验箱（5）的温度。
3.根据权利要求1所述的电子元器件温度冲击试验装置，其特征在于，所述液氮管（15）的端口设有均风网（16），所述均风网（16）上阵列设有若干液氮通孔，并且，在所述液氮管（15）的端口正对的所述低温试验箱（4）的那侧内壁面设有低温循环风扇（17）。
4.根据权利要求1所述的电子元器件温度冲击试验装置，其特征在于，在所述高温试验箱（5）的内壁面设有高温循环风扇（19）。
5.根据权利要求1所述的电子元器件温度冲击试验装置，其特征在于，所述第一驱动机构（7）和所述第二驱动机构（10）均为气压缸。
6.根据权利要求1所述的电子元器件温度冲击试验装置，其特征在于，所述信号测试机构还包括电脑（22）和信号线（23），所述信号线（23）连接所述元器件测试设备（21）和所述电脑（22）。
7.根据权利要求1所述的电子元器件温度冲击试验装置，其特征在于，所述伸缩冲击机构设置于所述低温试验箱（4）中。
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