浅谈仪器仪表三防设计技术

浅谈仪器仪表三防设计技术

刘琳琳李方华张怡晨

陕西长岭电子科技有限责任公司陕西宝鸡721006

摘要：研制服役于某机型的仪器仪表，除了要考虑常规性能要求外，三防设计也是仪器仪表结构设计人员必须要考虑的重要环节之一。通过分析潮湿、霉菌、盐雾对仪器仪表寿命的影响，结合工作中的实际设计经验，总结归纳出仪器仪表设计中应遵循的三防设计方法及措施，可有效提高仪器仪表设备在外界环境下的防护能力。

关键词：三防设计；仪器仪表；结构设计

引言：仪器仪表的使用环境是复杂多样的，对在我国南方及沿海地区使用的仪器仪表，不仅要保证产品长时间无故障工作，还需要经受湿热、盐雾等严酷环境的考验，因此开展三防设计就成为不可缺少的技术措施。所谓三方设计是指防潮湿、防霉菌、防盐雾设计。据有关资料统计：有50％以上的机器故障是由三防设计不当或者是三防工艺不成熟而造成的。

1、潮湿、霉菌、盐雾的影响分析

1.1潮湿的影响

在湿度较大环境下工作的仪器仪表，潮湿对其寿命的影响最大，其影响主要体现在物理、机械和电气三方面的侵蚀作用。在低温、高湿条件下，当空气湿度达到饱和状态时，会使机内元器件、印制电路板上产生凝霜现象，可导致仪器仪表电气性能下降故障率上升。潮湿的空气往往能溶解氯化物、硫酸盐和硝酸盐等化学物质，能加速金属材料的锈蚀。特别是在温差大的湿热环境下，会大大加速材料的吸潮和腐蚀过程，从而导致绝缘材料表面的电导率增加，体积电阻率降低，介质耗损增加。潮湿还为霉菌的生长提供有利条件，引起非金属材料霉烂。

1.2霉菌的影响

霉菌是霉丝组成的植物体，霉菌分泌的各种酶能吸收和分解仪器仪表涂敷的有机材料中的某些成分，从而影响设备的密封、绝缘性能，缩短仪器仪表的使用寿命。霉菌菌丝细胞中含有大量的水分，在元器件、电气零件或印制板上生长蔓延时，可引起搭桥短路。霉菌产生的代谢产物多为酸性导电物质，能够降低材料的绝缘性能而造成漏电。当仪器仪表表面油漆层长有霉菌时，会由于霉菌菌丝侵入导致漆膜涨裂剥落，从而失去保护作用。

1.3盐雾的影响

大气中的盐雾是由含盐微小液滴所构成的弥散系统，盐雾具有较强的腐蚀作用。其腐蚀作用主要体现在两个方面：一是可以腐蚀许多金属和无机材料；二是能够产生一种活性电解质，当不同金属接触时，发生电偶腐蚀，并进一步促进金属的电解作用。盐雾中对金属起破坏作用的成分主要是氯离子，使金属表面形成富含氯离子的电解液薄膜，氯离子可以在金属表面或者钝化膜上吸附，与电解质溶液形成强电场，促进基体金属离子的溶出；氯离子与金属钢可形成氯的络合物，加速本体钢溶解。盐雾腐蚀的速度随温度、湿度的增加而增加。温度可促进化学因素的腐蚀，温度每升高10℃，腐蚀速度可以提高2~3倍，电解质的导电率可提高10％~20％。

2、仪器仪表三防设计流程

通过大量的实例验证，采用合理有效的结构能够避免大多数的仪器仪表的腐蚀问题，因此提高仪器仪表的三防性能必须要重视三防结构设计。

2.1合理选择仪器仪表的外壳材料

仪器仪表的三防能力主要取决于外壳材料本身的性质，因此正确合理地选用外壳材料是开展三防设计的基础。在湿度较大环境下工作的仪器仪表，应该选用耐蚀性较好的材料，例如耐蚀钢、不锈钢、防锈铝等材料。在日常机械结构设计中，许多设计人员经常选用硬铝材料，但研究表明，铝和铝合金材料的耐蚀性能依次为：纯铝＞防锈铝＞锻铝＞压铸铝＞硬铝，由此可见，常用的硬铝材料的耐蚀性最差，特别是在湿度较大环境下性能更差，因此在设计时应尽量选用LF系列防锈铝。如因特殊原因不得不采用耐蚀性较差的材料时，应对材料采用阳极氧化结合涂覆的措施进行加强防护的设计。即便是采用不锈钢和防锈铝的情况，也应当尽可能增加有机涂层来减少金属或镀层的裸露。

2.2防腐蚀结构设计

为防止仪器仪表腐蚀，在产品设计阶段就应当进行合理的防腐蚀结构设计。防腐蚀结构设计通常采用密封结构，优化设计、表面涂覆等手段。

2.2.1密封结构的设计

实践证明在仪器仪表的的结构设计中，优先采用密封方式是防止潮湿、盐雾、霉菌影响的最有效方法。密封就是将仪器仪表的部件零件、元器件安装在不透气的密封盒内，使之和外界隔绝，凡是允许和能够实现密封的地方，采用密封技术是一种使仪器仪表适应恶劣环境的理想方法。密封结构可以分为不可拆卸密封和可拆卸密封。对于需要经常修理维护的设备，较多的采用可拆卸密封结构设计，这种密封设计一般是在仪器仪表接缝处设计有凹槽，在产品装配时采用导电弹性衬垫填在接缝的凹槽内，并用螺钉紧固，使其变形量为20％~30％，从而填满接合处的漏缝，可同时达到水气密封和连续导电的目的，这种方法对密闭小型设备尤其适合。

2.2.2优化结构设计

在仪器仪表中通过优化结构设计也可有效提高防腐蚀能力。在设计时应注意以下几点：（1）由于仪器仪表零部件的棱角或边沿部分在涂覆时，其涂层一般相对较薄，容易出现针孔等缺陷，使潮气、盐雾易于渗入从而引起腐蚀，因此对零部件的棱角或边沿尽量设计成圆角；另外还可以采用提高机床加工精度和零件表面光洁度，减少机载产品表面的凹凸不平等方法，来提高零件的抗腐蚀性。（2）优选钣金结构或整体成型的结构形式，避免采用点焊、铆接等结构形式，以避免缝隙的形成。（3）在可能留存湿气的空间应开设排气孔来避免仪器仪表内部湿度太大。

2.3表面镀涂处理工艺

表面镀涂处理就是通过镀覆或涂装的方法在设备及其零件表面覆盖一层涂层，使之与周围介质隔离开来，从而达到防护目的。为了保证零件的防护能力，通常采用镀层和涂层双层保护，对于采用钢、铜、铝等不同材料的结构件，应选用不同的处理工艺。

3.注重日常维护保养

除了从设计、制造环节加强三防技术外，日常维护保养也是降低环境影响，提高仪器仪表使用寿命的重要手段。因此在仪器使用过程中，应细化、完善仪器仪表在使用过程中的维护保养要求，通过对产品维护保养来尽可能避免锈蚀等现象的发生，从而提高产品对环境的适应能力。在维护保养过程中，需对仪器仪表进行表面清洁时，设计师应提出产品表面清洁方式和方法，包括维护时使用的工具、器材、耗材。

结束语：仪器仪表的三防设计，是确保仪器仪表三防性能和系统功能的重要基础，也是工程研制过程中的一个难点。在多种不同仪器仪表的结构设计中，利用本文所述三防设计技术及方法，提高了所设计产品的环境适应性和可靠性，成功通过各种三防试验，产品的三防性能满足了用户的使用要求。

参考文献：

[1]邱成悌等.电子设备结构设计原理［M］.南京：东南大学出版社，2001.

[2]赵麦群雷阿丽编著.金属的腐蚀与防护［M］.北京.国防工业出版社，2004

[3]成大先.机械设计手册.北京：化工工业出版社，2007.

[4]朱磊.智能仪器仪表的设计方法及设计实例探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2012，