Чудеса адаптации — универсальный порт в климатической камере

Перед сотрудником испытательной лаборатории предприятия, быстро реагирующего на потребности рынка и часто обновляющего выпускаемые изделия, часто возникает задача испытать новое изделие, используя имеющееся оборудование, в частности, климатическую камеру.

Климатическая камера имеет рабочую зону определенных размеров. Что же делать, если новое изделие заметно отличается по габаритам от старого? Например, в нем может быть выступ в виде несъемного штыря или фрагмент трубы с фланцем, которые никак не помещаются в камеру. В общем случае новое изделие может иметь такие габариты и вес, что и речи быть не может об испытании его в прежней камере. Кроме того, не исключены изменения в требованиях к испытаниям как по уровню, так и по природе воздействия на изделие. Например, кроме температуры и влажности нужно одновременно создать вибрационное воздействие. Или такая задача: необходимо во время испытаний нового изделия, не нарушая температурного поля, изменить положение переключателей на изделии, что возможно, если есть перчаточные порты в двери или стенке камеры. Возникают и другие неожиданные задачи в организации испытаний при переходе на выпуск нового изделия: усиление вентиляции, наблюдение за изделием с разных сторон, подсоединение системы сбора данных и т. п.

Чаще всего принимают простое, однако затратное решение — покупают новое испытательное оборудование. Но, оказывается, сегодня есть альтернатива, если имеющаяся камера снабжена запатентованным американской компанией Thermotron Industries универсальным портом. Он представляет собой съемный прямоугольный фрагмент боковой стенки камеры, занимающий значительную площадь на поверхности этой стенки (рис. 1).


Рис. 1. Универсальный порт

Что же дает такое оснащение камеры? Перечислим наиболее часто решаемые универсальным портом задачи:

• Увеличение объема камеры для испытания изделий, имеющих заметные выступы на поверхности, когда эти выступы не позволяют поместить изделие в рабочую зону камеры. Нужно изготовить футляр с теплоизолированными стенками, имеющий внутренний объем, достаточный для размещения там выступа изделия, помещенного в камеру. Этот футляр закрепляется на отверстии универсального порта вместо удаленной крышки. В результате рабочая зона камеры увеличена оптимальным образом (цена футляра намного меньше цены новой камеры): изделие можно испытывать.
• Решение задачи загрузки и испытания тяжелых изделий или изделий с габаритами, не позволяющими поместить их в рабочую зону имеющейся камеры, даже используя вышеописанный футляр. Загрузка тяжелых изделий, которые неподъемны для человека и размещены на тележке или сами имеют колесики, выполняется путем их закатывания в рабочую зону. Для этого требуется, чтобы у двери камеры был низкий порог. Камеры с таким порогом получили название Walk-in. Для решения задачи через отверстие универсального порта к имеющейся камере (отметим, что ее дверь гораздо выше уровня пола) присоединяется модуль (рис. 2) с низким дверным порогом — Walk-in. По сути, модуль — это камера без систем охлаждения, увлажнения и управления, и его цена заметно ниже, чем у автономной новой камеры.
• Создание системы ускоренных стрессовых испытаний (AST) [1] на базе имеющейся камеры. Такая система позволяет быстро выявлять потенциальные дефекты изделий путем одновременных воздействий как экстремальных температур, так и экстремальных уровней вибрации. Эти системы востребованы в отраслях, связанных с производством наиболее ответственных изделий, выход из строя которых приводит к катастрофическим последствиям (например, в авиационном и космическом приборостроении). Для преобразования камеры в систему AST через отверстие универсального порта к камере присоединяют модуль AST (патент США № 6,976,340), представляющий собой камеру с вмонтированным вибростолом, но без системы нагрева-охлаждения и управления. Основным рабочим элементом вибростола является плита, на которую сверху крепится испытываемый образец, а снизу по плите бьют пневмоударники, обеспечивая воздействие с виброускорением до 100grms в режиме широкополосной случайной вибрации (ШСВ) или ударами с пиковым значением до 1500gpeak в режиме ударов (рис. 3, 4). Управление нагревом-охлаждением и вибровоздействиями осуществляет контроллер камеры, на дисплее которого отображается весь процесс испытаний. Процедуру подключения модуля можно увидеть на портале Youtube [2]. В таблице 1 приведены варианты модулей AST, которые серийно изготавливает компания Thermotron Industries (США).
• Создать систему AST благодаря наличию универсального порта у имеющейся камеры можно также другим, менее затратным способом — использовав мобильный вибростол (патенты США № 7,784,349; 7,752,914; 6,446,508; 6,044,709). Мобильный вибростол [3] состоит из исполнительного элемента — плиты с ударниками, которая помещается в рабочую зону камеры, и шкафа управления: он размещается снаружи и стыкуется с камерой через универсальный порт. В таблице 2 приведены основные параметры мобильного стола RSL-16. Его габариты невелики: он помещается в камеры с рабочей зоной объемом от 400 л и более. Значения параметров вибрации уступают данным модуля AST, зато RSL-16 значительно дешевле и позволяет быстро собирать и разбирать систему AST. На рис. 5–7 видно, как просто можно превратить классическую камеру тепла-холода-влаги в камеру стрессовых смешанных воздействий с помощью мобильного вибростола RSL-16. На присоединение требуется всего 3–4 мин. Как это происходит, можно наблюдать на портале Youtube [4].
• Оборудование имеющейся камеры перчаточными или кабельными портами. Устроить такие порты в крышке универсального порта гораздо проще и дешевле, чем в стенке камеры. Кроме того, при необходимости их легко демонтировать, заменив крышку с портами исходной глухой крышкой.
• Оборудование имеющейся камеры дополнительным (боковым) смотровым окном. Иногда возникает потребность наблюдать за образцом с двух сторон. Универсальный порт позволит это сделать. Достаточно вмонтировать в его крышку смотровое окно.
• Оборудование имеющейся камеры вспомогательными устройствами. Интенсификация воздушного потока внутри камеры, оснащение камеры системой сбора данных для анализа состояния образца и температурного и/или влажностного полей в рабочей зоне, а также отладочным устройством для настройки самой камеры и другие подобные задачи легко решаются путем монтажа в крышку универсального порта необходимого вспомогательного устройства.

Рис. 2. Присоединение модуля с низким порогом (справа) через универсальный порт


Рис. 3. Присоединенный к камере модуль AST


Рис. 4. Рабочая зона модуля AST

Таблица 1. Варианты модулей AST Thermotron Industries

Таблица 2. Параметры RSL-16

 
Рис. 5. Камера и вибростол RSL-16 (справа)


Рис. 6. Размещение исполнительного элемента RSL-16 внутри камеры


Рис. 7. Готовая система стрессовых испытаний

Таким образом, главное достоинство универсального порта — возможность быстрой и сравнительно низкозатратной модернизации имеющейся климатической камеры для решения новых задач. Причем это модернизация обратима: сама камера неизменна, все изменения состоят лишь в добавлении (и удалении при переходе к решению другой задачи) вспомогательного оборудования. Конечно, такая модернизация не может обеспечить точно такие же параметры по поддержанию температуры и влажности в модернизированной рабочей зоне, какие имеет специализированная камера. Тем не менее в большинстве случаев модернизация с помощью универсального порта представляется целесообразной.