คำแนะนำในการเลือกวิธีทดสอบความชื้นในตู้ควบคุมอุณหภูมิและความชื้นแบบสลับร้อนเย็น —การตัดสินใจเชิงระบบโดยอิงลักษณะของตัวอย่างและกลไกการชำรุด

ในมาตรฐานความน่าเชื่อถือทั่วไป เช่น GB/T 2423, IEC 60068 และ MIL-STD-810 “ความชื้นร้อน” ถูกจัดให้เป็นความเครียดทางสภาพภูมิอากาศที่เป็นอิสระ โดยมีเป้าหมายไม่เพียงเพื่อตรวจสอบความต้านทานต่อความชื้น แต่ยังเพื่อเร่งและเปิดเผยโหมดการชำรุดที่เกิดจากการดูดซับน้ำ, การควบแน่น, “การหายใจ” และการโยกย้ายเชิงเคมีไฟฟ้า แม้ตู้ทดสอบความชื้นแบบสลับร้อนเย็น (เรียกต่อไปว่า “ตู้”) จะสามารถสร้างโปรไฟล์ทั้งแบบคงที่และแบบวงจรได้ แต่หากเลือกวิธีผิด อาจทำให้ต้นทุนการทดสอบสูงขึ้นหรือได้กลไกการชำรุดที่ไม่ตรงกับสภาพการใช้งานจริง บทความนี้ทบทวนฟิสิกส์, ปัจจัยเร่งและขอบเขตความเหมาะสมของ Steady-state Damp Heat (SSDH) และ Cyclic Damp Heat (CDH) จากมุมมองวิศวกรรม และให้กฎการเลือกที่ปฏิบัติได้สำหรับฝ่ายวิจัย, ทดสอบ และควบคุมคุณภาพ
แบบจำลองทางฟิสิกส์และกลไกการเร่ง

2.1 SSDH
ลักษณะ: อุณหภูมิและความชื้นคงที่ (เช่น 40 °C/93 %RH, 85 °C/85 %RH)
การถ่ายเทมวล: “ดูดซับ–แพร่–สมดุล” ปริมาณความชื้นสมดุลเป็นไปตามไอโซเทอร์มเฮนรี่
การชำรุดหลัก:
a) ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและแทนเจนต์สูญเสียเพิ่ม → แรงดันทะลุลด
b) อพยายเคมีไฟฟ้า (ECM) → ลัดวงจร
c) Tg ของยาง/ซีลลด → การเสียรูปถาวร
โมเดล: Arrhenius–Peck AF = exp[(Ea/k)(1/Tuse−1/Ttest)] × (RHtest/RHuse)^n
2.2 CDH
ลักษณะ: วงจร 24 ชม. “ร้อน–ร้อนชื้นสูง–เย็น–เย็นชื้นสูง” 25→55→25 °C, ≥95 %RH บังคับให้ควบแน่นช่วงร่อน
การถ่ายเทมวล: ความแตกต่างแรงดันทำให้เกิด “หายใจ” ไอน้ำควบแน่นภายในช่วงเย็นและระเหยช่วงร้อน เกิดการเปลี่ยนสถานะซ้ำ
การชำรุดหลัก:
a) สนิมสายอลูมินียมในรีเลย์/IC ซีล → เปิดวงจร
b) การแยกชั้นระหว่างเคลือบ–โลหะ → รูขนาดเล็ก
c) รอยแตกไมโครในคอมโพสิตเสริมใย
ตัวเร่ง: จำนวนครั้งที่ควบแน่น; 1 ครั้ง ≈ 8–12 h SSDH
จำแนกตัวอย่าง vs. วิธีทดสอบ
3.1 ตามโครงสร้าง
ชั้น A – ฉนวนแข็งเนื้อเดียว (แกนเฟนอลิก, ซับสเตรท, หม้อแปลงห่อหุ้ม)
การถ่ายเท: ดูดซับผิวเท่านั้น
แนะนำ: SSDH
ชั้น B – โพรง/ซีล (IP67, เชื่อมต่อทหาร, กล่อง PV)
การถ่ายเท: หายใจแรง, ควบแน่นซ้ำ
แนะนำ: CDH, เพิ่มวงจรย่อยต่ำ −10 หรือ −40 °C
ชั้น C – เคลือบผิว
ประเมินว่าห่วงตัวเคลือบเอง → SSDH
ห่วงอินเตอร์เฟซ → CDH
3.2 ตามกลไกการเข้าชื้น
แบบดูดซับ/แพร่ (พอลิเมอร์) → SSDH
แบบหายใจ/ควบแน่น (โพรงซีล) → CDH
ตัวอย่างอุตสาหกรรม
4.1 OBC รถยนต์พลังงานใหม่
สร้าง: หล่ออลูมินียม, ห่อหุ้มภายใน, แผ่นทองแดงผ่านแผ่นทำความร้อน
ชำรุดภาคสนาม: สนิมแกนแปลงดีซี → เสียงดัง
ทดสอบ: SSDH 85 °C/85 %RH 1000 h ผ่าน; CDH 55↔25 °C 95 %RH 10 วงจร พบสนิม
สรุป: CDH จำลองได้ใน 2 สัปดาห์, ลดเวลา 60 %
4.2 เรดาร์ AAU 5G
วัสดุ: พอลิยูรีเทนเสริมใยแก้ว, เคลือบกัน UV
ชำรุด: ค่าส่งผ่านคลื่นลด → VSWR แจ้งเตือน
เลือก: IEC 60068-2-30 CDH (6 วงจร) + UV 2 h, คลาดเคลื่อน vs. กลางแจ้ง 1 ปี < 8 % ต้นไม้ตัดสินใจ ขั้น 1 – ประเมินการซีล IP ≥ X7 และ โพรง ≥ 5 ซม.³ → CDH; อื่น → SSDH ขั้น 2 – กลไกชำรุดหลัก ฉนวนเสีย → SSDH; สนิม/แยกชั้น → CDH ขั้น 3 – สภาพสนาม ΔT ≥ 20 °C และ RH > 85 % → CDH; ชื้นคงที่ → SSDH
ขั้น 4 – ต้องการโมเดลอายุ
ต้องการ MTBF เชิงตัวเลข → SSDH; ต้องการ pass/fail เร็ว → CDH
พารามิเตอร์การทดสอบ
6.1 SSDH
ค่าคลาดเคลื่อน T: ±2 °C, RH: ±3 %RH
ลม: 0.5–1.0 ม./วิ เพื่อไม่ให้เกิดชั้นตัน
ตรวจกลาง: 168, 500, 1000 h; พัก 2 ชม. 25 °C/50 %RH ก่อนวัดค่าฉนวน
6.2 CDH
อัตราร่อน: 0.5–1 °C/นาที เพื่อสร้างแรงดันต่าง
ควบคุมควบแน่น: เพิ่มความชื้นสัมบูรณ์หรือสเปรย์หมอก; หยดบนผนังใน ≥ 2 มม.
ดวลลต่ำ: ขยายถึง −10 °C หรือ −40 °C 1 ชม. หากอ้างอุณหภูมิต่ำ
จำนวนวงจร: รถยนต์ 10, ราง/ทหาร 21
กับดักทั่วไป
กับดัก 1: “CDH รุนแรงกว่าเสมอ แทน SSDH ได้”
แก้: CDH เหมาะกับระบบซีล; กับฉนวนแข็งอาจเพิ่มความเมื่อยล้าจากวงจรอุณหภูมิ → ทดสอบเกิน
กับดัก 2: “RH 98 %RH จะสั้นลง”
แก้: RH > 95 %RH ทำให้หยดน้ำอิสระหล่นใส่ตัวอย่าง เกิดการกัดกร่อนส่วนเกิน ไม่สอดคล้องสนามและคำนวณไม่ได้
กับดัก 3: “เห็นหยดน้ำ = ผ่าน”
แก้: หยดบนผนังตู้ ≠ หายใจ; ยืนยันด้วยหน้าต่างใสหรือเอ็นโดสโคปว่าเกิดบนตัวอย่าง/ภายใน
ข้อสรุป
การทดสอบความชื้นใช้โมเลกุลน้ำเป็นตัวเร่งเพื่อจำลองการกัดกร่อน การแก่ตัว และการเคลื่อนคลาดทางไฟฟ้าในช่วงเวลาสั้น SSDH และ CDH ไม่ใช่ “อันไหนรุนแรงกว่า” แต่เป็นเส้นทางการถ่ายเทและชำรุดต่างกัน ควรนำโครงสร้างตัวอย่าง ระดับการซีล ลักษณะวัสดุ และสภาพสนาม มาประกอบกับโมเดลเร่งเพื่อเลือกวิธีที่ถูกต้อง แนะนำให้ทีม DFR ร่วมพิจารณาแผนทดสอบเพื่อจำลองโครงสร้างการซีล เส้นโค้งดูดซับความชื้น และโหมดชำรุดสำคัญ ช่วยลดรอบทดสอบและต้นทุน หากต้องการช่วยปรับโปรไฟล์ ประมาณอายุ หรือวิเคราะห์การชำรุด ควรร่วมมือกับผู้ผลิตตู้หรือห้องปฏิบัติการความน่าเชื่อถือภายนอกเพื่อให้ข้อมูลทดสอบสอดคล้องกับการชำรุดในสนามมากที่สุด