氣壓環(huán)境變化對電子產(chǎn)品安全安全性能的影響

1、PAGE41.電子產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢改革開放以來，前人在國內(nèi)的電子產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)研究、安全試驗以及認證方面進行了大量的工作，在安全基礎(chǔ)理論研究方面取得了一定的進展，同時不斷跟蹤國際上發(fā)達國家的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)信息，先后制定了GB4943（信息技術(shù)設(shè)備的安全）、GB8898（音視頻設(shè)備的安全要求）以及GB4793（測量、控制和試驗室用電氣設(shè)備的安全）等國家標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)大多適應(yīng)的是海拔2000m以下的環(huán)境條件，而我國地域廣闊，地理條件和氣候條件十分復(fù)雜，西北部地區(qū)多數(shù)是高原，同時有著大量的人口居住和生活。我國海拔1000m以上的地區(qū)約占國土面積的60%，海拔2000m以上的地區(qū)約占33

2、%，海拔3000m以上的地區(qū)約占16%。其中海拔2000m以上的地區(qū)主要集中在西藏、青海、云南、四川、秦嶺地區(qū)和新疆西部山區(qū)，包括可昆明、西寧、拉薩等人口集中的省會級城市，這些地區(qū)有豐富的物產(chǎn)資源急待開發(fā)，隨著國家西部開發(fā)政策的實施，將有大量的人才和投資進入這些地區(qū)，信息技術(shù)設(shè)備和音視頻設(shè)備也將大量被使用。另外，在我國加入WTO之際，通過技術(shù)手段而不是行政手段來保障我國消費者的權(quán)益就顯得尤為重要，許多發(fā)達國家在進口電子產(chǎn)品時都根據(jù)具體情況提出了符合本國利益的特殊要求，這樣，在保護本國消費者的同時也保護了本國的經(jīng)濟。綜上所述，了解高海拔地區(qū)的環(huán)境條件對電子產(chǎn)品的影響，特別是對安全性能的影響有著至

3、關(guān)重要的現(xiàn)實意義。2.低氣壓對電子產(chǎn)品安全性能的影響本文討論的低氣壓范圍只涉及陸地氣壓條件，不涉及航空、航天、機載及海拔6000m以上的環(huán)境條件，由于海拔6000m以上的地區(qū)少有人員居住活動，因此討論范圍界定在海拔6000m以下的環(huán)境條件對電子產(chǎn)品安全的影響，比較海拔2000m以上和海拔2000m以下不同大氣壓對電子產(chǎn)品安全性能的影響。根據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)和目前的研究成果，氣壓的降低對電子產(chǎn)品的安全性能的影響主要體現(xiàn)在以下幾點：（1）密封的殼體內(nèi)漏出氣體或液體（2）密封容器破裂或爆炸（3）低氣壓對空氣絕緣（電氣間隙）的影響（4）低氣壓對熱傳遞效能（溫升）的影響本文著重針對低氣壓對空氣絕緣和熱傳遞效

4、能的影響進行討論，因低氣壓環(huán)境條件對固體絕緣沒有影響，故不做考慮。低氣壓對電氣間隙擊穿電壓的影響用來隔離危險電壓或不同電位的導(dǎo)體主要依靠絕緣材料實現(xiàn)，絕緣材料是用于絕緣的電介質(zhì)，它們的導(dǎo)電能力低，但并不是絕對的不導(dǎo)電，它的電阻率很高，導(dǎo)電率很低。絕緣電阻率是絕緣材料所在電場強度除以通過絕緣材料的電流密度，電導(dǎo)率為電阻率的倒數(shù)。出于安全考慮，一般總希望絕緣材料的絕緣電阻盡可能大，絕緣材料主要包括氣體絕緣材料、液體絕緣材料、固體絕緣材料三種，而在電子信息類產(chǎn)品和音視頻產(chǎn)品中廣泛采用氣體介質(zhì)和固體介質(zhì)達到絕緣的目的，因此絕緣介質(zhì)的好壞直接影響產(chǎn)品的安全性能。絕緣材料在電場中也會由于超過其絕緣強度被破

5、壞而失去應(yīng)有的絕緣性能，這時就會出現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)GB4943、GB8898根據(jù)已有的研究成果規(guī)定了電氣間隙和爬電距離以及絕緣穿透距離，但由于這些介質(zhì)受環(huán)境條件影響，如：溫度、濕度、氣壓、污染等級等，將使絕緣強度降低或失效，其中氣壓對電氣間隙的影響最為明顯。氣體產(chǎn)生帶電粒子有兩種方式：一是碰撞電離，即氣體中的原子與氣體粒子碰撞而獲得能量，從低能級躍遷到高能級，當(dāng)這種能量超過一定量值時，原子被電離為自由電子和正離子。二是表面電離，電子或離子作用在固體表面上，從而把足夠的能量傳給固體表面的電子，使這些電子獲得足夠的能量，從而使它超過表面勢能壁壘而脫離表面。在一定電場力的作用下，一個電子由陰極飛

6、向陽極，在路經(jīng)上將發(fā)生碰撞電離。和氣體電子發(fā)生第一次碰撞引起電離后，就多了一個自由電子。這兩個電子在飛向陽極的過程中又由于碰撞引起電離，于是第二次碰撞后就產(chǎn)生了四個自由電子。這四個電子又重復(fù)以上的碰撞，這樣發(fā)展下去將產(chǎn)生更多的電子，從而產(chǎn)生電子雪崩。由氣壓理論可知，當(dāng)溫度一定時，氣壓與電子的平均自由行程和氣體的體積成反比，當(dāng)高度增加、氣壓下降，帶電粒子的平均自由行程增加，將加速氣體的電離，因此氣體的擊穿電壓下降。電壓與氣壓的關(guān)系為：Up=U0（P/P0）n其中：P運行處的氣壓P0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Up在運行處的外絕緣放電電壓U0在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的外絕緣放電電壓n外絕緣放電電壓隨氣壓降低而下降的特性指數(shù)關(guān)

7、于外絕緣放電電壓降低而下降的特性指數(shù)n值的大小，目前還沒有研究得出明確的數(shù)據(jù)，需要大量的數(shù)據(jù)和試驗進行驗證，由于試驗的方法差異，包括電場的均勻度，環(huán)境條件的一致性，放電距離的控制，以及試驗工裝的加工精度等，都會影響試驗的精度和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在較低的氣壓下，擊穿電壓反而下降。這是由于空氣密度隨氣壓降低而減小，所以擊穿電壓下降，直至因氣體變得稀薄而使電子密度減小這種效應(yīng)起到主要作用為止。此后，擊穿電壓上升，一直到真空時不能因氣體導(dǎo)電而發(fā)生擊穿。壓力擊穿電壓與氣體的關(guān)系一般用巴申定律描述。借助巴申定律，同時經(jīng)過大量試驗，在對數(shù)據(jù)的匯總處理后，得出了不同氣壓下?lián)舸╇妷旱男拚狄约安煌瑲鈮簵l件下電氣間隙

8、的修正值，見表1和表2。氣壓kPa75706755修正值n表1不同氣壓下?lián)舸╇妷旱男拚岛０胃叨龋╩）大氣壓力（kPa）修正系數(shù)（n）20003000400050006000表2不同氣壓條件下電氣間隙的修正值低氣壓對產(chǎn)品溫升的影響電子產(chǎn)品在正常工作時都會產(chǎn)生一定的熱量，所產(chǎn)生的熱量與環(huán)境溫度的差值稱為溫升。溫升過高會造成燙傷、著火等危險，因此在GB4943、GB8898等安全標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了相應(yīng)的限值，目的在于防止溫升過高所帶來的潛在危險。發(fā)熱產(chǎn)品溫升的高低受海拔高度的影響，溫升隨海拔高度的變化大致呈現(xiàn)線形變化，其變化的斜率取決于產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)、散熱情況、環(huán)境溫度等因素。發(fā)熱產(chǎn)品的熱量耗散可分為

9、三種形式：導(dǎo)熱、對流散熱和熱輻射。大量發(fā)熱產(chǎn)品的散熱主要依靠對流交換熱量，即發(fā)熱產(chǎn)品的熱量依靠產(chǎn)品本身發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場行程產(chǎn)品周圍空氣的溫度梯度，由此使空氣發(fā)生流動，強迫通風(fēng)對流散熱是產(chǎn)品本身或采用其他裝置產(chǎn)生空氣流，流過產(chǎn)品時帶走產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。例如：計算機內(nèi)的開關(guān)電源就是采用通風(fēng)風(fēng)扇使空氣對流來帶走熱量。在5000m的高度上，放熱系數(shù)比海平面上的值要下降21%，對流散熱傳遞的熱量也將下降21%；在10000m的高度上將達到40%。對流散熱傳遞的熱量減少將導(dǎo)致產(chǎn)品溫升的增加。當(dāng)高度增加時，大氣壓降低，使得空氣粘性系數(shù)增加，傳遞的熱量減少，這是由于空氣對流傳熱是通過分子碰撞傳遞能量；當(dāng)高度增加

10、時，大氣壓降低，空氣密度降低，造成空氣分子數(shù)減少，導(dǎo)致傳遞的熱量減少。此外，對于強迫流動的對流散熱來說，還存在著另一個影響因素，即高度增加大氣壓降低將伴隨空氣密度的降低。空氣密度減小直接影響強迫流動對流散熱的熱量耗散，強迫流動對流散熱是依靠空氣流動帶走熱量的，一般電機用的冷卻風(fēng)扇是保持流過電機氣流體積流量保持不變，當(dāng)高度增加時，由于空氣密度下降，即使氣流體積保持不變，氣流的質(zhì)量流量也會減少。由于在一般實際問題中所涉及的溫度范圍內(nèi)空氣的比熱可以認為是一個常數(shù)，則氣流升高相同的溫度，因質(zhì)量流量的較少而吸收的熱量也將減少，發(fā)熱產(chǎn)品受到積累的不利影響，產(chǎn)品的溫升將隨大氣壓降低而升高。通過對顯示器和適配器在不同溫度不同氣壓條件下的比較試驗確立了氣壓對樣品溫升的影響，尤其是對發(fā)熱元件的影響，根據(jù)前面所述的氣壓對溫度影響的理論，在低氣壓條件下，由于控區(qū)的分子數(shù)量減少，使發(fā)熱元件的溫度不容易散掉，造成局部溫升過高。這一情況對非自身發(fā)熱元件的影響不大，由于非自身發(fā)熱元件的熱量是從發(fā)熱元件傳遞過來的，因此在低氣壓時的溫升比在常溫時要低。3.結(jié)論通過研究和試驗，文本主要得出以下結(jié)論。首先，借助巴申定律通過試驗總結(jié)出了不同氣壓下?lián)舸╇妷旱男拚狄约安煌瑲鈮簵l件下電氣間隙的修正值，兩者互為依據(jù)，相對統(tǒng)一；其次，根據(jù)對適配器和顯示