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如何选择 HALT/HASS 试验箱:选购指南

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选择 HALT/HASS 试验箱归结为八项可比较的规格,而其中通常只有两项起决定作用:在产品上 (而不是空气中) 测得的温度变化速率,以及振动系统能否提供真正的六自由度重复冲击。把这两项选对,再如实地确定台面尺寸,其余大多数决定就都不难了。本指南涵盖全部八项,以及值得向每家供应商提出的问题和应当引起您警惕的回答。

本页讲的是如何评估试验箱的通用方法,而不是在推销我们的产品。凡涉及 Hanse 规格之处我们都会明说,您可以拿它与任何其他厂商比较。如果您还没有确定自己究竟需要哪种试验,请先阅读 HALT 与 HASS 的区别。如果您正在编制预算,费用指南介绍了影响价格的因素。

从产品出发,而不是从试验箱出发

在查看任何一份规格书之前,先写下五件事:

  1. 您最大的被测设备的物理尺寸,含所安装的夹具。
  2. 它的质量,以及试验期间是否需要通电并监测。
  3. 您的产品必须承受的温度范围,以及您希望在此之外探索的范围。
  4. 您要做的是研发阶段的 HALT、生产阶段的 HASS,还是两者都要。
  5. 您预计五年后要测试什么。

下文的每一项规格都应对照这五个答案来评估。一台抽象意义上很优秀、却不适合您产品的试验箱,是一个代价高昂的错误,也是最常见的错误。

需要比较的八件事

比较 HALT/HASS 试验箱的八项标准清单:产品温度变化速率、振动轴数与频谱、负载台面上的 GRMS、可用台面面积与占地面积、LN2 控制方式、仪表通道数、校准与服务可达性,以及支持年限
向每家供应商提出同样的八个问题,并把答案并排列出。

1. 产品温度变化速率*,而不是空气温度变化速率

这是最常被误读的规格,也是最值得弄清楚的一项。

试验箱内的空气温度可以变化得非常快。而螺栓固定在夹具上、热惯性很大的产品,其温度却做不到。既然激发缺陷的是产品的温度变化速率,一个空气温度数字几乎无法告诉您这台试验箱实际能为您做什么。

2. 振动:几个轴向,什么频谱

HALT 和 HASS 依赖重复冲击振动——气动激振器敲击台面,在六个自由度上同时产生非相干宽带能量。它在三个平动轴和三个转动轴上一次性激发众多共振,这正是它能快速激发缺陷的原因。

电动振动台做的是另一件事:精确、受控、通常为单轴的激励。它是按设定频谱进行鉴定试验的合适工具,却不适合 HALT。如果有供应商为 HALT 提供单轴系统,您要明白自己放弃了什么。

询问频率范围,以及能量在其中如何分布。一套规格写明为三轴 6-DoF 非相干宽带、覆盖 10 Hz 至 10,000 Hz 的系统,能告诉您有用的信息;一句笼统的“最高 10 kHz”则不能。

3. 台面上的 GRMS——带负载

在空载台面上测得的 GRMS 数值,不是夹具和产品固定上去之后您将得到的数值。询问所报数值假定的负载是多少。有些系统可达 100 GRMS;您是否需要这么高,完全取决于您产品的振动破坏极限在哪里,而这正是第一次 HALT 会告诉您的事情之一。

4. 可用台面面积与占地面积

台面不等于试验箱占用的空间、所需的天花板高度或开门回转所需的净空。在落实场地之前把这四项都核对一遍——还要核对地面承载,因为这些设备很重。一台 VTC-9 的台面为 0.84 m² (9 ft²),外形尺寸为 1,829 × 1,397 × 2,718 mm (72 × 55 × 107 in);台面数字几乎无法告诉您需要多大的房间。

5. 试验箱如何控制液氮

Hanse 标准型与 ECO 型试验箱配置的比较:工作高度、内部容积、公用设施消耗、箱体尺寸,以及各自更适合的场合
标准型试验箱提供两个内部工作高度;ECO 型号提供一个,公用设施消耗更低。

如果您选择液氮,那么控制方式比报价单上几乎任何其他一行都更重要。通断电磁阀会倾泻液氮并造成过冲。比例阀则按需求计量流量。对于一台每天运行、寿命十五年的试验箱,这一项设计决定在您的运行成本中占主导地位。

作为参考:Hanse 的 HighRate 液氮系统在控制静压箱内直接雾化,采用比例控制并配有二级安全切断。如果您在评估其他厂商,请向他们提出同样的问题——阀门如何计量流量,比例控制是标准配置还是选项?

有些厂商提供机械制冷的 HALT 系统,省去了液氮费用,也不需要低温储罐和室内氧气监测。这是实实在在的优势,但不是比较的全部。机械制冷的试验箱必须把热量排到某个地方,在较大尺寸上这往往意味着需要冷冻水设施;它也是维护起来更复杂的设备。要求提供安装总成本和维护计划,而不只是试验箱价格,并把它消耗的电力和冷冻水算进去——这些通常列在设施预算里,从不计到试验箱头上,这正是差距看起来比实际更大的原因。更明确的取舍是温度变化速率。对于已经定型的生产 HASS 筛选,这种取舍可能值得;对于真正的研发 HALT,通常不值得。Hanse 全系列试验箱均采用液氮制冷,这正是实现 70 °C/min 产品温度变化速率*的原因。

工作高度——大多数买家忽略的选项

标准 Hanse 试验箱提供两个内部工作高度,即上下两个空间。ECO 版本提供一个。振动台完全相同——VTC-9 ECO 与标准 VTC-9 一样,台面为 914 × 914 mm (36 × 36 in),负载能力为 318 kg (700 lb)——但去掉第二个高度后,试验箱更小、更矮、更轻,每个循环消耗的液氮和电力也更少。

如果您的产品能轻松放进一个工作高度,ECO 配置可以同时降低购置价格和运行成本,而台面尺寸和额定负载不变。如果您的产品高度各异,标准配置的灵活性值得花钱购买。这是一个确实影响重大的选择,而只按台面尺寸比较时很容易忽略它。

6. 仪表通道

系统能同时监测多少个加速度计和热电偶,数据能否以可用的形式导出?Hanse 试验箱运行 ChamberCore™,通过以太网实现可编程的温度和振动控制,并可选配 ChamberDAQ 可扩展数据采集和 ChamberFFT 振动分析 (最多 16 通道)。配置要宽裕——订购时配置通道的成本远低于后期加装,而试验的全部价值就在于知道产品经历了什么。

7. 校准与服务可达性

询问由谁校准、多久一次、他们离您多远、多快能赶到,以及一次上门服务的费用。试验箱在生产筛选中途停机,意味着发货停止。这个问题既是关于设备的,也是关于供应商的,而各供应商在这一点上的差异远大于规格上的差异。

8. 支持年限

试验箱是可使用 15–20 年的设备。具体询问零件和支持保证多长时间,以及控制器换代后会怎样。询问旧系统是否可以进行控制器改造升级——有改造升级路径的供应商,是在告诉您他们预计十年后仍在为您提供支持。

尺寸选择:哪款型号适合哪类工作

型号名称中的数字是台面的标称面积,单位为平方英尺 (ft²),在大部分系列中都是精确的——VTC-9 的台面为 914 × 914 mm (36 × 36 in),即 0.84 m² (9 ft²)。有两处例外。VTC-1.5 的台面为 508 × 508 mm (20 × 20 in),比名称所示更大,因为该台面从 457 mm (18 in) 加大了。而两个最大的规格 VTC-32 和 VTC-36,面积都接近 3.2 m² (34 ft²)。请核对尺寸,而不是看名称。下表将 Hanse 系列对应到各尺寸适合的产品和用途。这套逻辑适用于任何厂商的产品系列;只是型号名称不同。

将 Hanse VTC 试验箱各型号 (从 VTC-1.5 到 VTC-36) 对应到其振动台尺寸、最大负载、典型产品和最适合的应用的表格,分为台式、中型和大型三类
从您需要放下的东西出发,再核对用途是否与您的运行方式匹配。
型号台面尺寸最大负载最适合
VTC-1305 × 305 mm (12 × 12 in)45 kg (100 lb)系列中最小的试验箱。单个小模块、传感器和连接器。标准范围为 −75 至 +175 °C (可选 −100/+200 °C),50 °C/min (可选 100 °C/min)——唯一一款不按本系列 70 °C/min* 运行的型号。
VTC-1.5508 × 508 mm (20 × 20 in)113 kg (250 lb)单块 PCBA、传感器、连接器和小型模块。研发台式试验箱和第一套 HALT 系统。标准范围为 −75 至 +175 °C,可选 −100/+200 °C。
VTC-4610 × 610 mm (24 × 24 in)318 kg (700 lb)同时测试多块电路板,手持设备和医疗设备。设计实验室工作和低速率筛选。
VTC-6762 × 762 mm (30 × 30 in)318 kg (700 lb)ECU、电信线卡、小型机箱。实验室加小批量试产。
VTC-9914 × 914 mm (36 × 36 in)318 kg (700 lb)成批汽车 ECU 和航空电子 LRU。主力尺寸,也是生产 HASS 最常见的选择。
VTC-9 ECO914 × 914 mm (36 × 36 in)318 kg (700 lb)台面和负载与 VTC-9 相同,单个工作高度,公用设施消耗更低。
VTC-161,219 × 1,219 mm (48 × 48 in)227 kg (500 lb)每次运行多台产品,较大的机箱。生产 HASS 产能。
VTC-16 ECO1,219 × 1,219 mm (48 × 48 in)227 kg (500 lb)台面和负载与 VTC-16 相同,单个工作高度。
VTC-18914 × 1,981 mm (36 × 78 in)227 kg (500 lb)长形组件。供货方式二选一:一张 914 × 1,981 mm (36 × 78 in) 台面,或两张独立的 914 × 914 mm (36 × 36 in) 台面——订购时由您决定。
VTC-251,524 × 1,524 mm (60 × 60 in)227 kg (500 lb)服务器和机架组件、电动汽车功率模块、大型 LRU。
VTC-321,219 × 2,591 mm (48 × 102 in)227 kg (500 lb)最长的规格——长机架、灯条、加长电池模块。也可供应两张独立的 1,219 × 1,219 mm (48 × 48 in) 台面,代替一张 1,219 × 2,591 mm (48 × 102 in) 台面。
VTC-361,778 × 1,778 mm (70 × 70 in)227 kg (500 lb)最大的方形台面。多台产品的生产筛选。

几何形状的差异与面积一样大。VTC-18 和 VTC-32 是两款长形规格,两者都有两种订购方式:VTC-18 可选一张 914 × 1,981 mm (36 × 78 in) 台面或两张 914 × 914 mm (36 × 36 in) 台面,VTC-32 可选一张 1,219 × 2,591 mm (48 × 102 in) 台面或两张 1,219 × 1,219 mm (48 × 48 in) 台面。单张台面比两张加起来更长,因为成对配置在两者之间留有间隙——1,981 mm (78 in) 对 1,829 mm (72 in),2,591 mm (102 in) 对 2,438 mm (96 in)。如果您测试的是长形产品,这段多出来的长度正是单台面选项的意义所在。请对照您产品的占地尺寸核对实际尺寸。

要向每家供应商提出的问题

向每一家都问全这些问题,并把答案写在同一张表里。这样的比较远比任何单个答案更有信息量。

  • 在产品上测得的温度变化速率是多少,测量时用的是什么产品?
  • 有几个自由度,振动能量的频率分布是怎样的?
  • 在我的负载下 (而不是空载) 台面上能达到多少 GRMS?
  • 试验箱如何控制液氮流量?
  • 总占地面积、天花板高度和开门回转净空各是多少?
  • 包含多少个仪表通道,最多能扩到多少?
  • 由谁执行校准、多久一次、费用多少?
  • 零件和支持保证多长时间,是否有控制器改造升级路径?
  • 交货期多长,安装包括哪些内容?
  • 订购前可以用我自己的产品做演示吗?

四种应当让您警惕的回答

“我们的试验箱能做到每分钟 60 °C”——没有进一步说明

空气还是产品?在什么区间?什么负载?没有这些限定条件的速率只是一个营销数字,不是规格。

不愿讨论液氮消耗

这是您最大的经常性成本。阀门如何计量流量并没有什么专有秘密。不愿讨论的供应商,要么对自家系统不了解,要么不希望您拿它做比较。

不用您的产品做演示

在下决定之前,把您的真实产品放进真实的试验箱里运行,是您能做的最有信息量的一件事。对自己设备有信心的厂商会鼓励这样做。

含糊的支持承诺

“我们支持所有产品”不算回答。支持多久,零件供应如何,这一代控制器停产后会怎样?要白纸黑字写下来。

最后一件值得核实的事

看看您考虑的品牌在二手市场上的情况。十五年后仍能保值、仍在转售和获得支持的试验箱,说明了规格书无法告诉您的制造质量。它也让您知道,如果试验需求发生变化,您自己设备的残值会是什么样。

*在台面中心上方 102 mm (4 in) 处测量,−65 °C 至 +100 °C。

常见问题

我需要多大的 HALT 试验箱?

从您最大的被测设备 (含所安装的夹具) 的物理尺寸出发,再为五年后预计要测试的产品留出余量。型号数字是台面的标称面积 (平方英尺),所以 VTC-9 的台面为 0.84 m² (9 ft²),即 914 × 914 mm (36 × 36 in),适合典型的汽车 ECU 和航空电子 LRU;单块 PCBA 和传感器则在系列中最小的试验箱上就能轻松放下。最大负载要单独核对:标准负载在 VTC-4 至 VTC-9 上最高为 318 kg (700 lb),在更大的每一款试验箱上为 227 kg (500 lb),所以台面更大并不自动意味着承载更多。更高的负载能力可作为选项提供,所以请先询问,而不是直接排除某款试验箱。

比较 HALT 试验箱时最重要的规格是什么?

在产品上 (而不是空气中) 测得的温度变化速率。空气温度可以比热惯性大的产品变化快得多,而激发缺陷的是产品的温度变化速率。请询问所报速率是在什么产品上测得的。

为什么 HALT 需要六自由度振动?

重复冲击振动以非相干宽带能量同时激励全部三个平动轴和三个转动轴,一次性激发众多共振。这正是它能快速激发缺陷的原因。单轴电动振动台在一个轴向上产生精确、受控的激励,适合鉴定试验,但不适合 HALT。

应该选液氮试验箱还是机械制冷试验箱?

液氮能提供真正的 HALT 所依赖的快速产品温度变化速率*,而液氮确实是一项经常性成本。机械制冷省去了这项费用,但升降温更慢——不过节省的钱通常比看起来少。液氮试验箱通常是更简单的设备,机械制冷系统仍然要把热量排到某个地方 (较大尺寸需要冷冻水设施),而且维护负担更重。这些成本也很容易被忽略:液氮通常只有试验箱在用,所以记在试验箱账上,而机械系统的电力和冷冻水往往消失在设施的日常开支里。请比较安装总成本和维护费用,而不是试验箱价格,然后根据您实际需要的产品温度变化速率*来决定——这是两者之间不会被抵消的差别。*在台面中心上方 102 mm (4 in) 处测量,−65 °C 至 +100 °C。

我需要多少个仪表通道?

数一数您最大的试验配置中希望同时监测的热电偶和加速度计数量,再留出余量。Hanse 系统提供最多 16 通道的 ChamberFFT 振动分析,以及 ChamberDAQ 数据采集。订购时配置通道的成本远低于后期加装。

一台试验箱能既做 HALT 又做 HASS 吗?

可以,而且应该如此。两种方法需要的都是同样快速的产品温度变化和同样的六自由度重复冲击振动,因此在同一试验箱内运行。不同的是试验剖面,而不是设备。

一台 HALT/HASS 试验箱能用多久?

对于制造精良、维护得当的系统,15–20 年是合理的预期,这也是为什么零件供应、支持年限和控制器改造升级路径在评估时值得与规格同等重视。

应该买二手 HALT 试验箱吗?

这可能是划算的选择。检查气动激振器的状况、控制器是否仍有支持、是否有校准记录,以及原厂是否仍为该型号供应零件。一个二手市场活跃且仍有支持的品牌,通常是个好迹象。

我需要湿度选项吗?

只有在您的产品确实需要湿度试验时才需要。经典的 HALT 和 HASS 剖面只使用温度和振动应力,而相当一部分买家指定了湿度选项却从未使用。如果您的应用需要,它很容易说得过去;如果不需要,它就是一项可以避免的开支。

标准型与 ECO 型试验箱有什么区别?

ECO 型试验箱只有一个内部工作高度,而标准配置有两个。这使试验箱整体更小、更矮,并降低每个循环的公用设施消耗。振动台和最大额定负载不变——VTC-9 ECO 与标准 VTC-9 一样,台面为 914 × 914 mm (36 × 36 in),负载能力为 318 kg (700 lb)。如果您的产品能放进一个工作高度,ECO 配置的购置和运行费用都更低。

购买前可以先测试我们自己的产品吗?

您应当坚持这样做。把您的真实产品放进真实的试验箱里运行,是整个评估过程中最有信息量的一步,对自己设备有信心的厂商会鼓励这样做。

与工程师交流

Hanse Environmental 自 1993 年起在美国密歇根州 Allegan 制造 HALT 和 HASS 试验箱。如果您想在收到任何报价之前,先聊聊您的产品究竟需要什么,请联系我们,与您交谈的将是制造这些设备的人,而不是呼叫中心。