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如何選擇 HALT/HASS 試驗箱:選購指南

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選擇 HALT/HASS 試驗箱,歸結起來是八項可供比較的規格,而其中通常只有兩項具決定性:在產品上 (而不是空氣中) 量得的溫度變化速率,以及振動系統能否提供真正的六自由度重複衝擊。把這兩項選對,再誠實地決定檯面尺寸,其餘大多數決定就都不難了。本指南涵蓋全部八項,以及值得向每家供應商提出的問題,和應該讓您提高警覺的回答。

本頁談的是評估試驗箱的通用方法,而不是在推銷我們的產品。凡是與 Hanse 規格相關之處我們都會直說,您可以拿它與任何其他廠商比較。如果您還沒確定自己究竟需要哪一種試驗,請先閱讀 HALT 與 HASS 的差異。如果您正在編列預算,成本指南說明了影響價格的因素。

從產品出發,而不是從試驗箱出發

在查看任何一份規格表之前,先寫下五件事:

  1. 您最大的待測物的實體尺寸,含所安裝的治具。
  2. 它的質量,以及試驗期間是否需要通電並監測。
  3. 您的產品必須承受的溫度範圍,以及您想在此之外探索的範圍。
  4. 您要做的是開發階段的 HALT、量產階段的 HASS,還是兩者都要。
  5. 您預計五年後要測試什麼。

接下來的每一項規格,都應該對照這五個答案來評估。一台抽象來看很優秀、卻不適合您產品的試驗箱,是一個代價非常高昂的錯誤,也是最常見的錯誤。

要比較的八件事

比較 HALT/HASS 試驗箱的八項準則清單:產品溫變速率、振動軸數與頻譜、帶負載檯面上的 GRMS、可用檯面面積與佔地面積、LN2 控制方式、量測通道數、校正與維修服務的可及性,以及支援年限
向每家供應商提出同樣的八個問題,並把答案並排列出。

1. 產品溫變速率*,而不是空氣溫變速率

這是最常被誤讀的規格,也是最值得弄清楚的一項。

試驗箱內的空氣溫度可以變化得非常快。而以螺栓固定在治具上、熱質量很大的產品,其溫度卻辦不到。既然激發缺陷的是產品的溫變速率,一個空氣溫度的數字幾乎無法告訴您這台試驗箱實際上能為您做什麼。

2. 振動:幾個軸向,什麼頻譜

HALT 與 HASS 仰賴重複衝擊振動——氣動鎚敲擊檯面,在六個自由度上同時產生非同調寬頻能量。它在全部三個平移軸與三個旋轉軸上一次激發眾多共振,這正是它能快速激發缺陷的原因。

電動式振動台做的是另一件事:精確、受控、通常為單軸的激振。它是依設定頻譜進行鑑定試驗的合適工具,卻是 HALT 的錯誤工具。如果有供應商為 HALT 工作提供單軸系統,您要明白自己放棄了什麼。

請詢問頻率範圍,以及能量在其中如何分布。一套規格寫明為三軸 6-DoF 非同調寬頻、涵蓋 10 Hz 至 10,000 Hz 的系統,能告訴您有用的資訊;一句籠統的「最高 10 kHz」則不能。

3. 檯面上的 GRMS——帶負載

在空載檯面上量得的 GRMS 數值,不是治具和產品鎖上去之後您將得到的數值。請詢問所報數值假設的負載是多少。有些系統可達 100 GRMS;您是否需要這麼高,完全取決於您產品的振動破壞極限在哪裡,而這正是第一次 HALT 會告訴您的事情之一。

4. 可用檯面面積與地面佔地面積

檯面不等於試驗箱佔用的空間、所需的天花板高度,或開門迴轉所需的淨空。在確定廠房空間之前,把這四項都核對一遍——還要核對樓板載重,因為這些機器很重。一台 VTC-9 的檯面為 0.84 m² (9 ft²),外形尺寸為 1,829 × 1,397 × 2,718 mm (72 × 55 × 107 in);檯面數字幾乎無法告訴您需要多大的空間。

5. 試驗箱如何控制液態氮

Hanse 標準型與 ECO 型試驗箱配置的比較:工作高度、內部容積、公用設施耗用、箱體尺寸,以及各自更適合的情況
標準型試驗箱提供兩個內部工作高度;ECO 型號提供一個,公用設施耗用較低。

如果您選擇液態氮,那麼控制方式比報價單上幾乎任何其他一行都更重要。ON/OFF 電磁閥會傾瀉液態氮並造成過衝。比例閥則依需求計量流量。對於一台每天運轉、壽命十五年的試驗箱,這一項設計決定主宰了您的運轉成本。

作為參考:Hanse 的 HighRate LN2 系統在控制風道內直接霧化,採用比例控制並配有二級安全切斷。如果您在評估其他製造商,請向他們提出相同的問題——閥門如何計量流量,比例控制是標準配置還是選配?

有些製造商提供機械冷凍式的 HALT 系統,省去了液態氮費用,也不需要低溫儲槽和室內氧氣監測。這是實實在在的優勢,但不是比較的全部。機械冷凍式試驗箱必須把熱量排到某個地方,在較大尺寸上這往往意味著需要冰水設施;它也是維護起來較複雜的機器。請要求提供安裝總成本與維護計畫,而不只是試驗箱價格,並把它耗用的電力與冰水算進去——這些通常列在廠務預算裡,從來不會記到試驗箱頭上,這正是差距看起來比實際更大的原因。更明確的取捨是升降溫速率。對於已經定型的量產 HASS 篩選,這種取捨可能值得;對於真正的開發 HALT,通常不值得。Hanse 全系列試驗箱均採用液態氮冷卻,這正是實現 70 °C/min 產品溫變速率*的關鍵。

工作高度——大多數買家忽略的選配

標準型 Hanse 試驗箱提供兩個內部工作高度,即上、下兩個空間。ECO 版本提供一個。振動台完全相同——VTC-9 ECO 與標準型 VTC-9 一樣,檯面為 914 × 914 mm (36 × 36 in),負載能力為 318 kg (700 lb)——但去掉第二個高度後,試驗箱更小、更矮、更輕,每個循環耗用的液態氮與電力也更少。

如果您的產品能輕鬆放進一個工作高度,ECO 配置可以同時降低購置價格與運轉成本,而檯面尺寸和額定負載不變。如果您的產品高度各異,標準配置的彈性值得花錢購買。這是一個確實影響重大的選擇,而只依檯面尺寸比較時很容易忽略它。

6. 量測通道

系統能同時監測多少個加速規與熱電偶,資料能否以可用的形式匯出?Hanse 試驗箱執行 ChamberCore™,透過乙太網路提供可程式化的溫度與振動控制,並可選配 ChamberDAQ 可擴充資料擷取與 ChamberFFT 振動分析 (最多 16 通道)。配置要寬裕——訂購時配置通道的成本遠低於日後加裝,而試驗的全部價值就在於知道產品經歷了什麼。

7. 校正與維修服務的可及性

請詢問由誰校正、多久一次、他們離您多遠、多快能到達,以及一次到場服務的費用。試驗箱在量產篩選中途停機,意味著出貨停擺。這個問題既是關於設備的,也是關於供應商的,而各供應商在這一點上的差異,遠大於規格上的差異。

8. 支援年限

試驗箱是一項十五到二十年的資產。請具體詢問零件與支援保證多長時間,以及控制器世代更替後會怎樣。詢問舊系統是否可進行控制器改裝升級——有改裝升級途徑的供應商,是在告訴您他們預期十年後仍會支援您。

尺寸選擇:哪款型號適合哪種工作

型號名稱中的數字是檯面的標稱面積,單位為平方英尺,在本系列的大部分型號上都是精確的——VTC-9 的檯面為 914 × 914 mm (36 × 36 in),即 0.84 m² (9 ft²)。有兩處例外。VTC-1.5 的檯面為 508 × 508 mm (20 × 20 in),比名稱所示更大,因為該檯面已從 457 mm (18 in) 加大。而兩款最大的規格 VTC-32 和 VTC-36,面積都接近 3.2 m² (34 ft²)。請核對尺寸,而不是看名稱。下表將 Hanse 系列對應到各尺寸適合的產品與用途。這套邏輯適用於任何製造商的產品系列;只是型號名稱會不同。

將 Hanse VTC 試驗箱各型號 (從 VTC-1.5 到 VTC-36) 對應到其振動台尺寸、最大負載、典型產品與最適合應用的表格,分為桌上型、中型與大型三類
從您需要放進去的東西出發,再核對用途是否符合您的使用方式。
型號檯面尺寸最大負載最適合
VTC-1305 × 305 mm (12 × 12 in)45 kg (100 lb)本系列最小的試驗箱。單個小型模組、感測器與連接器。標準範圍為 −75 至 +175 °C (可選配 −100/+200 °C),50 °C/min (可選配 100 °C/min)——唯一一款不以本系列 70 °C/min* 運轉的型號。
VTC-1.5508 × 508 mm (20 × 20 in)113 kg (250 lb)單片 PCBA、感測器、連接器與小型模組。研發用桌上型試驗箱與第一套 HALT 系統。標準範圍為 −75 至 +175 °C,可選配 −100/+200 °C。
VTC-4610 × 610 mm (24 × 24 in)318 kg (700 lb)同時測試多片電路板、手持裝置與醫療器材。設計實驗室工作與低產量篩選。
VTC-6762 × 762 mm (30 × 30 in)318 kg (700 lb)ECU、電信線路卡、小型機箱。實驗室加試產。
VTC-9914 × 914 mm (36 × 36 in)318 kg (700 lb)整批車用 ECU 與航空電子 LRU。主力尺寸,也是量產 HASS 最常見的選擇。
VTC-9 ECO914 × 914 mm (36 × 36 in)318 kg (700 lb)檯面與負載與 VTC-9 相同,單一工作高度,公用設施耗用較低。
VTC-161,219 × 1,219 mm (48 × 48 in)227 kg (500 lb)每次執行多台產品、較大的機箱。量產 HASS 的產能。
VTC-16 ECO1,219 × 1,219 mm (48 × 48 in)227 kg (500 lb)檯面與負載與 VTC-16 相同,單一工作高度。
VTC-18914 × 1,981 mm (36 × 78 in)227 kg (500 lb)長形組件。供貨方式二選一:一張 914 × 1,981 mm (36 × 78 in) 檯面,或兩張獨立的 914 × 914 mm (36 × 36 in) 檯面——訂購時由您決定。
VTC-251,524 × 1,524 mm (60 × 60 in)227 kg (500 lb)伺服器與機架組件、電動車功率模組、大型 LRU。
VTC-321,219 × 2,591 mm (48 × 102 in)227 kg (500 lb)最長的規格——長機架、燈條、加長型電池模組。也可改為供應兩張獨立的 1,219 × 1,219 mm (48 × 48 in) 檯面,取代一張 1,219 × 2,591 mm (48 × 102 in) 檯面。
VTC-361,778 × 1,778 mm (70 × 70 in)227 kg (500 lb)最大的方形檯面。多台產品的量產篩選。

幾何形狀的差異與面積一樣大。VTC-18 和 VTC-32 是兩款長形規格,兩者都有兩種訂購方式:VTC-18 可選一張 914 × 1,981 mm (36 × 78 in) 檯面或兩張 914 × 914 mm (36 × 36 in) 檯面,VTC-32 可選一張 1,219 × 2,591 mm (48 × 102 in) 檯面或兩張 1,219 × 1,219 mm (48 × 48 in) 檯面。單張檯面比兩張合計更長,因為成對配置在兩者之間留有間隙——1,981 mm (78 in) 對 1,829 mm (72 in),2,591 mm (102 in) 對 2,438 mm (96 in)。如果您測試的是長形產品,這段多出來的長度正是單檯面選項的意義所在。請對照您產品的佔地尺寸核對實際尺寸。

要向每家供應商提出的問題

向每一家都問齊這些問題,並把答案寫在同一張表裡。這樣的比較遠比任何單一答案更有參考價值。

  • 在產品上量得的溫度變化速率是多少,量測時用的是什麼產品?
  • 有幾個自由度,振動能量的頻率分布如何?
  • 在我的負載下 (而不是空載) 檯面上能達到多少 GRMS?
  • 試驗箱如何控制液態氮流量?
  • 總佔地面積、天花板高度和開門迴轉淨空各是多少?
  • 包含多少個量測通道,最多能擴充到多少?
  • 由誰執行校正、多久一次、費用多少?
  • 零件與支援保證多長時間,是否有控制器改裝升級途徑?
  • 交期多長,安裝包含哪些內容?
  • 訂購前可以用我自己的產品做實機展示嗎?

四種應該讓您提高警覺的回答

「我們的試驗箱能做到每分鐘 60 °C」——沒有進一步說明

空氣還是產品?在什麼區間?什麼負載?沒有這些限定條件的速率只是一個行銷數字,不是規格。

不願討論 LN2 消耗量

這是您最大的經常性成本。閥門如何計量流量並沒有什麼專有機密。不願討論的供應商,要不是對自家系統不了解,就是不希望您拿它來比較。

不用您的產品做實機展示

在下決定之前,把您的真實產品放進真實的試驗箱裡執行,是您能做的最有參考價值的一件事。對自家設備有信心的製造商會鼓勵您這麼做。

含糊的支援承諾

「我們支援所有產品」不算答案。支援多久,零件供應如何,這一代控制器停產後會怎樣?請白紙黑字寫下來。

最後一件值得查證的事

看看您考慮的品牌在二手市場上的情況。十五年後仍能保值、仍在轉售並獲得支援的試驗箱,說明了規格表無法告訴您的製造品質。它也讓您知道,如果試驗需求改變,您自己設備的殘值會是什麼樣子。

*在檯面中心上方 102 mm (4 in) 處測量,−65 °C 至 +100 °C。

常見問題

我需要多大的 HALT 試驗箱?

先從您最大的待測物 (含所安裝的治具) 的實體尺寸出發,再為五年後預計要測試的產品預留餘裕。型號數字是檯面的標稱面積 (平方英尺),所以 VTC-9 的檯面為 0.84 m² (9 ft²),即 914 × 914 mm (36 × 36 in),適合典型的車用 ECU 與航空電子 LRU;單片 PCBA 和感測器則在本系列最小的試驗箱上就能輕鬆放下。最大負載要另外核對:標準配置下,VTC-4 至 VTC-9 最高為 318 kg (700 lb),更大的每一款試驗箱則為 227 kg (500 lb),所以檯面更大並不代表承載更多。更高的負載能力可作為選配提供,所以請先詢問,而不是直接排除某款試驗箱。

比較 HALT 試驗箱時,最重要的規格是什麼?

在產品上 (而不是空氣中) 量得的溫度變化速率。空氣溫度可以比熱質量大的產品變化快得多,而真正激發缺陷的是產品本身的溫變速率。請詢問所報的速率是在什麼產品上量測的。

為什麼 HALT 需要六自由度振動?

重複衝擊振動以非同調寬頻能量同時激振全部三個平移軸與三個旋轉軸,一次激發眾多共振。這正是它能快速激發缺陷的原因。單軸電動式振動台在單一軸向上產生精確、受控的激振,適合鑑定試驗,但不適合 HALT。

應該選液態氮試驗箱,還是機械冷凍試驗箱?

液態氮能提供真正的 HALT 所依賴的快速產品溫變速率*,而液態氮確實是一項經常性成本。機械冷凍省去了這項費用,但升降溫較慢——不過省下的錢通常比表面上看來少。LN2 試驗箱通常是較簡單的機器,機械冷凍系統仍得把熱量排到某個地方 (較大尺寸需要冰水設施),而且維護負擔較重。這些成本也很容易被忽略:液態氮通常只有試驗箱在用,所以記在試驗箱帳上,而機械系統的電力和冰水往往消失在廠務的日常開支裡。請比較安裝總成本與維護費用,而不是試驗箱的價格,再依您實際需要的產品溫變速率*來決定——這才是兩者之間不會被抵消的差異。*在檯面中心上方 102 mm (4 in) 處測量,−65 °C 至 +100 °C。

我需要多少個量測通道?

算一算在您最大的試驗配置中希望同時監測的熱電偶與加速規數量,再預留餘裕。Hanse 系統提供最多 16 通道的 ChamberFFT 振動分析,以及 ChamberDAQ 資料擷取。訂購時配置通道的成本遠低於日後加裝。

一台試驗箱能同時做 HALT 和 HASS 嗎?

可以,而且應該如此。兩種方法需要的是同樣快速的產品溫度轉換和同樣的六自由度重複衝擊振動,因此在同一台試驗箱內執行。不同的是試驗曲線,而不是設備。

一台 HALT/HASS 試驗箱能用多久?

對於製造精良、妥善維護的系統,十五到二十年是合理的預期,這也是為什麼零件供應、支援年限和控制器改裝升級途徑在評估時值得與規格同等重視。

應該買二手的 HALT 試驗箱嗎?

這可能是划算的選擇。檢查氣動激振器的狀況、控制器是否仍有支援、是否有校正紀錄,以及原廠是否仍為該型號供應零件。一個二手市場活躍且仍有支援的品牌,通常是個好徵兆。

我需要濕度選配嗎?

只有在您的產品確實需要濕度試驗時才需要。經典的 HALT 和 HASS 試驗曲線只使用溫度與振動應力,而相當多的買家指定了濕度選配卻從未使用。如果您的應用需要,這項費用很容易說得過去;如果不需要,它就是一筆可以避免的開支。

標準型與 ECO 型試驗箱有什麼差別?

ECO 型試驗箱只有一個內部工作高度,標準配置則有兩個。這使試驗箱整體更小、更矮,並降低每個循環的公用設施耗用。振動台與最大額定負載不變——VTC-9 ECO 與標準型 VTC-9 一樣,檯面為 914 × 914 mm (36 × 36 in),負載能力為 318 kg (700 lb)。如果您的產品放得進一個工作高度,ECO 配置的購置與運轉費用都更低。

購買前可以先測試我們自己的產品嗎?

您應該堅持這麼做。把您的真實產品放進真實的試驗箱裡執行,是整個評估過程中最有參考價值的一步,對自家設備有信心的製造商會鼓勵您這麼做。

與工程師談談

Hanse Environmental 自 1993 年起在美國密西根州 Allegan 製造 HALT 與 HASS 試驗箱。如果您想在任何人送上報價之前,先談談您的產品究竟需要什麼,請與我們聯絡,與您對話的會是製造這些設備的人,而不是客服中心。