Tìm hiểu về tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt

Tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt, hay còn được gọi là Thermal Shock Chamber, là một thiết bị thiết lập và điều chỉnh các điều kiện môi trường nhiệt độ để tạo ra sự biến đổi nhanh chóng trong phạm vi nhiệt độ rộng. Chức năng chính của tủ này là đánh giá khả năng thích ứng và kiểm tra ứng suất của các sản phẩm thử nghiệm trong điều kiện nhiệt độ thay đổi đột ngột.

Được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu. Thực tế, độ phổ biến của việc sử dụng tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt chỉ đứng sau các ứng dụng kiểm tra rung xóc (thường thấy trong hệ thống máy thử nghiệm rung xóc) và kiểm tra nhiệt độ. Sự cần thiết của chúng được phản ánh trong việc áp dụng của chúng trong hầu hết các ngành sản xuất công nghiệp, từ sản xuất điện tử, ô tô đến y tế và năng lượng.

Nhờ khả năng tạo ra sự biến đổi nhiệt độ đột ngột và liên tục, tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt giúp các nhà sản xuất đánh giá hiệu quả và độ bền của sản phẩm dưới tác động của các điều kiện môi trường khắc nghiệt, từ các cơn lốc xoáy đến các biến đổi nhiệt độ đột ngột. Điều này giúp cải thiện chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng trước khi chúng được đưa ra thị trường.

Giới thiệu về tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt

Trong bối cảnh ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đặt ra yêu cầu ngày càng cao đối với tính tin cậy của các thiết bị điện tử. Các tiêu chuẩn an toàn như ISO26262 và IEC61508 ngày càng đặt nặng yêu cầu về độ tin cậy của sản phẩm hàng loạt trong các điều kiện hoạt động chịu sự tác động của sốc nhiệt. Để đáp ứng những yêu cầu này, tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt (Thermal Shock Chamber) đã trở thành một công cụ không thể thiếu.

Tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt không chỉ tạo ra điều kiện nhiệt độ biến đổi nhanh chóng trên một phạm vi nhiệt độ rộng để đánh giá khả năng thích ứng và kiểm tra ứng suất của các sản phẩm thử nghiệm, mà còn đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp và quân sự. Các tiêu chuẩn này bao gồm MIL-STD 810 về điều chỉnh thiết kế môi trường và giới hạn thử nghiệm của thiết bị, IEC 60068 về môi trường thử nghiệm cho các sản phẩm kỹ thuật điện, cùng nhiều tiêu chuẩn khác về thử nghiệm nhiệt độ và tác động của nhiệt độ.

IEC 60068 là gì? IEC 60068 là một tiêu chuẩn quốc tế do Tổ chức Tiêu chuẩn Hóa Quốc tế (IEC) phát triển. Tiêu chuẩn này mang tên đầy đủ là IEC 60068 – “Thử nghiệm môi trường – Phần 2: Phương pháp thử nghiệm – Số 68: Định mức thử nghiệm và hướng dẫn cho các môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, và các điều kiện môi trường khác”. IEC 60068 cung cấp các hướng dẫn và quy định về cách thực hiện các thử nghiệm môi trường để đánh giá độ bền và hoạt động của các thiết bị và sản phẩm điện tử trong các điều kiện môi trường khác nhau. Điều này bao gồm các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, rung động, và các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm. Tiêu chuẩn này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và an toàn của các thiết bị điện tử trên thị trường toàn cầu.

Với khả năng đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt này, tủ thử nghiệm sốc nhiệt không chỉ là một công cụ quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm điện tử, mà còn là một phần không thể thiếu trong các ngành công nghiệp hiện đại.

Ứng dụng của thử nghiệm sốc nhiệt đa dạng theo các giai đoạn của sản phẩm

Ứng dụng của thử nghiệm sốc nhiệt mang tính đa dạng và cần được điều chỉnh phù hợp theo từng giai đoạn trong quá trình phát triển sản phẩm:

• Giai đoạn nghiên cứu kỹ thuật và thiết kế sản phẩm: Trong giai đoạn này, thử nghiệm sốc nhiệt được sử dụng để đánh giá sự ổn định và độ bền của các thiết kế dựa trên các thông số kỹ thuật và yêu cầu cụ thể của sản phẩm. Bằng cách này, nhà sản xuất có thể đảm bảo rằng sản phẩm được phát triển có khả năng chịu đựng được các điều kiện môi trường khắc nghiệt.
• Giai đoạn sản xuất mẫu và chuẩn bị cho sản xuất hàng loạt: Trong giai đoạn này, thử nghiệm sốc nhiệt được sử dụng để kiểm tra độ ổn định và độ tin cậy của các mẫu sản phẩm đầu tiên. Các lỗi được phát hiện sẽ được sửa chữa và cải thiện trước khi bước vào quy trình sản xuất hàng loạt. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí liên quan đến sửa chữa sau khi sản phẩm đã được sản xuất hàng loạt.
• Giai đoạn sàng lọc ứng xuất và thích nghi của sản phẩm: Trong giai đoạn này, thử nghiệm sốc nhiệt được sử dụng để kiểm tra và loại bỏ sớm các sản phẩm lỗi hoặc không đáp ứng được yêu cầu về độ bền và ổn định từ quy trình sản xuất hàng loạt. Điều này giúp cải thiện chất lượng tổng thể của sản phẩm và tăng cường độ tin cậy của nó trước khi đưa ra thị trường.

Tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt cần phải được tùy chỉnh phù hợp với từng giai đoạn của quy trình sản xuất. Các yếu tố quan trọng như thông số về nhiệt độ, kích thước, đặc điểm an toàn và các yêu cầu khác cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo rằng tủ thử nghiệm có thể được sử dụng hiệu quả nhất trong mỗi tình huống cụ thể.

Phân loại tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt

Cũng như các thủ thử nghiệm môi trường chuyên dụng khác, tủ thử nghiệm sốc nhiệt có thể phân loại theo các khả năng đáp ứng của tủ như

Phân loại theo dải nhiệt độ đáp ứng

Một trong những điểm đặc biệt lớn của tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt so với các thiết bị thử nghiệm nhiệt độ thông thường khác là khả năng đạt được các nhiệt độ cao. Các tủ thử nghiệm này thường có khả năng đạt được nhiệt độ cao nhất từ 150 độ C, 200 độ C và có thể lên đến 300 độ C hoặc thậm chí cao hơn.

Tương tự, nhiệt độ âm cũng là một yếu tố quan trọng trong phân loại các loại tủ thử nghiệm. Phạm vi nhiệt độ âm thường được xác định từ -55 độ C đến -70 độ C trong các loại tủ thử nghiệm phổ biến. Việc hiểu rõ về phạm vi nhiệt độ mà một tủ thử nghiệm có thể đáp ứng giúp người dùng lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu cụ thể của họ và đảm bảo rằng các thử nghiệm được thực hiện dưới các điều kiện nhiệt độ chính xác và đáng tin cậy.

Phân loại theo tốc độ và khả năng tạo chu kỳ thay đổi nhiệt

Không chỉ có khả năng tạo ra biến đổi nhiệt độ với mức độ cụ thể, mà tốc độ thay đổi nhiệt độ (được điều khiển) của tủ cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình đánh giá sản phẩm thử nghiệm. Thông thường, tốc độ thay đổi nhiệt độ thường được giữ dưới mức 3 độ C/phút để đảm bảo sự ổn định trong quá trình thử nghiệm. Tuy nhiên, các tủ có khả năng tạo ra biến đổi nhiệt độ với tốc độ cao hơn có thể đạt từ 4 độ C/phút đến 10 độ C/phút. Tốc độ thay đổi này càng nhanh, sự linh hoạt trong việc thiết lập chu kỳ nhiệt càng được cải thiện, giúp cho việc thử nghiệm trở nên hiệu quả hơn và có thể phù hợp với các yêu cầu cụ thể của sản phẩm thử nghiệm.

Phân loại theo kích thước của tủ

Tủ thử nghiệm có thể được phân loại từ nhỏ đến lớn, phù hợp với việc thử nghiệm các thiết bị nhỏ, mô hình hoặc thậm chí cả các mô hình hoàn chỉnh. Kích thước của tủ càng lớn, yêu cầu về công suất để tạo ra môi trường sốc nhiệt càng lớn, và việc duy trì tốc độ tăng nhiệt hoặc chu kỳ nhiệt biến đổi càng trở nên khó khăn hơn. Điều này là do lượng nhiệt cần thiết để làm thay đổi nhiệt độ trong một không gian lớn sẽ lớn hơn, và việc duy trì sự ổn định trong toàn bộ tủ thử nghiệm cũng sẽ trở nên phức tạp hơn. Do đó, khi lựa chọn kích thước của tủ thử nghiệm, người dùng cần xem xét cẩn thận về nhu cầu cụ thể của họ và khả năng đáp ứng của tủ trong việc tạo ra môi trường sốc nhiệt mong muốn.

Phân loại theo cấu tạo và nguyên lý, có các loại tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt như sau

• Loại tủ 3 khoang độc lập: Tủ thử nghiệm 3 khoang độc lập được thiết kế với ba khoang riêng biệt: một khoang nhiệt độ cao, một khoang nhiệt độ thấp và một khoang thử nghiệm. Loại tủ này đòi hỏi một dung tích lớn để chứa các khu vực làm nóng và làm mát. Đặc biệt, tủ này được thiết kế để đáp ứng yêu cầu thử nghiệm đơn giản, cung cấp một môi trường linh hoạt và hiệu quả cho quá trình thử nghiệm.
• Loại tủ khoang nhiệt đứng: Loại tủ khoang nhiệt đứng bố trí khoang nhiệt độ cao và thấp theo hướng dọc. Khay thử nghiệm di chuyển theo hướng dọc của tủ, làm cho kích thước tổng thể của tủ nhỏ hơn so với loại tủ 3 khoang. Tuy nhiên, để đáp ứng kích thước thử nghiệm lớn, tủ sẽ có kích thước cao tổng thể lớn hơn. Loại tủ này thích hợp cho việc thử nghiệm các mẫu có kích thước nhỏ.
• Loại tủ khoang nhiệt ngang: Loại tủ khoang nhiệt ngang có cấu trúc với khoang nhiệt độ cao và thấp được sắp xếp theo phương ngang. Khay thử nghiệm di chuyển theo hướng ngang của tủ. Điều này cho phép tủ dễ dàng thiết kế để phục vụ cho việc thử nghiệm các sản phẩm có kích thước lớn. Loại tủ này thích hợp cho việc thử nghiệm các sản phẩm có kích thước từ trung bình đến lớn.

Cấu tạo tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt

Cấu trúc của một tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt, đặc biệt là loại tủ 3 khoang, thường bao gồm các thành phần sau:

• Khoang nhiệt độ cao: Nằm ở phía trên của tủ, được chế tạo từ vật liệu như thép không gỉ có khả năng chịu nhiệt độ cao. Khoang này được trang bị các thiết bị gia nhiệt, quạt trộn không khí, van điều tiết và bộ khuếch tán. Chức năng của khoang này là tạo ra môi trường nhiệt độ cao cần thiết cho quá trình thử nghiệm.
• Khoang nhiệt độ thấp: Đặt ở phần dưới của tủ và được làm từ các vật liệu có khả năng chịu nhiệt độ thấp như thép không gỉ. Khoang này cũng được trang bị các thiết bị thu nhiệt, quạt trộn không khí, van điều tiết và bộ khuếch tán để tạo ra môi trường nhiệt độ thấp cần thiết cho thử nghiệm.
• Khoang thử nghiệm: Được chế tạo từ thép mạ kẽm hoặc được phủ sơn, với các lớp cách nhiệt bằng polyurethane và bông thủy tinh để giữ cho nhiệt độ trong khoang ổn định. Kết cấu của khoang thử nghiệm được thiết kế để chịu tải trọng tốt và đảm bảo an toàn cho các mẫu thử nghiệm. Cửa phía trước giúp dễ dàng truy cập vào khoang thử nghiệm.
• Bảng điều khiển: Được sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong khoang thử nghiệm. Các cảm biến được đặt trong các khoang để ghi nhận nhiệt độ và điều khiển các thiết bị gia nhiệt và van điều tiết tương ứng.

Ngoài ra, tủ thường được trang bị các quạt trộn không khí để đảm bảo sự đồng đều của không khí trong các khoang. Cũng có các bộ phận điều khiển khác như hướng gió, hệ thống hồi khí, và các tính năng khác để tối ưu hóa hiệu suất và linh hoạt của tủ thử nghiệm. Điều này đảm bảo rằng tủ có thể thực hiện các thử nghiệm môi trường sốc nhiệt một cách hiệu quả và đáng tin cậy.

Nguyên lý hoạt động tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt

Nguyên lý hoạt động của tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt, đặc biệt là loại tủ 3 khoang, được thể hiện qua các bước sau:

• Chuẩn bị sản phẩm thử nghiệm: Sản phẩm thử nghiệm được đặt vào khoang thử nghiệm và cố định tại vị trí cần thiết để tiến hành quá trình thử nghiệm.
• Điều chỉnh nhiệt độ: Nhiệt độ trong khoang thử nghiệm được điều chỉnh thông qua việc điều khiển van điều tiết không khí từ bảng điều khiển. Các khoang nhiệt độ cao và thấp sẽ tự động điều chỉnh sự gia nhiệt theo chương trình đã được lập trình trước đó.
• Thử nghiệm ở nhiệt độ cao: Khi cần thử nghiệm ở nhiệt độ cao, van điều tiết ở khoang nhiệt độ thấp và nhiệt độ môi trường được đóng lại. Van điều tiết ở khoang nhiệt độ cao sẽ được mở ra để tăng nhiệt độ trong khoang thử nghiệm.
• Thử nghiệm ở nhiệt độ thấp: Khi cần thử nghiệm ở nhiệt độ thấp, van điều tiết ở khoang nhiệt độ cao và nhiệt độ môi trường được đóng lại. Van điều tiết ở khoang nhiệt độ thấp sẽ được mở ra để giảm nhiệt độ trong khoang thử nghiệm.
• Điều khiển nhiệt độ: Quá trình điều khiển nhiệt độ có thể được lập trình để duy trì ở một mức cố định hoặc theo chu kỳ tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của thử nghiệm. Mỗi loại tủ thử nghiệm sốc nhiệt sẽ được thiết kế với các điều khiển phù hợp để đảm bảo kết quả thử nghiệm đáng tin cậy nhất, tùy thuộc vào đặc tính và yêu cầu của sản phẩm thử nghiệm.

Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn biết được sâu hơn về tìm hiểu về tủ thử nghiệm môi trường sốc nhiệt. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, xin vui lòng truy cập vào trang website COMIT và Fanpage của chúng tôi.

Hoàng Thu

Live your dream

Xem bài khác