Чем отличаются испытательные камеры от климатических. Разновидности и сферы применения.
Испытательные и климатические камеры – незаменимое оборудование в производственных лабораториях, ОТК и пр. Они могут различаться по исполнению, назначению, контролируемым параметрам, точности поддержания заданных условий. Их используют в самых различных отраслях промышленности для испытания продукции в условиях, близких к эксплуатационным или даже экстремальным, а также для хранения препаратов, требующих специального климата. В ряде случаев названия «испытательная» или «климатическая» используются как синонимы, однако это не совсем так, и путаница в терминах, можно сказать, сложилась исторически.
История создания экологических камер
Необходимость в разработке специализированного оборудования, которое бы воссоздавало необходимые погодные условия, появилась в 1940 г. в сфере военных технологий, когда стало понятно, что неисправности разрабатываемых изделий могут привести к масштабным катастрофам. Особенно это касалось авиации, автомобилестроения и электронных устройств. Возникла необходимость установить базовый уровень производительности, научиться тестировать и определять предельно допустимые условия эксплуатации, оценивать долговечность, безопасность и надежность техники, а в дальнейшем и любой продукции. Поскольку первые подобные испытания касались военной техники и оборудования, а также возможности их эксплуатации в реальных, природных условиях, первые установки называли экологическими.
Рис. 1. Тестирование кабельной продукции
Продемонстрировав практические результаты, экологические установки вскоре нашли свое применение и в других отраслях промышленности. Они стали востребованы и для производства фармакологических препаратов, медицинских изделий и приборов, компьютеров, батареек, выращивания растений и многого другого.
Разработка и создание разнообразных моделей экологических испытательных и климатических камер с различным спектром возможностей привела к необходимости разделения понятий.
Термин испытательная камера представляет собой более широкое понятие, предполагает тестирование образцов на устойчивость к тем или иным условиям, среди которых могут быть как климатические/экологические (температура, влажность, давление), так и механические, вибрационные, радиационные и многие другие. Тогда как «климатические» в большинстве случаев имитируют только параметры окружающей среды.
Эти устройства представляют собой специализированное оборудование с герметичным, теплоизолированным пространством внутри, предназначенное для создания контролируемых условий (климатических, механических, химических) с целью оценки надежности, долговечности и соответствия стандартам качества различных материалов, продуктов, изделий, упаковки и пр.
В производственных циклах такие установки позволяют выявлять скрытые дефекты до выхода продукции на рынок, контролировать качество. При валидации новых материалов и разработке новых технологий испытательные устройства используются для прогнозирования сроков службы/годности и подтверждения соответствия продукции международным стандартам.
Многие лекарственные препараты способны разрушаться и менять химический состав под воздействием прямых солнечных лучей. Испытательная камера для тестирования фотостабильности позволяет оценить их устойчивость к солнечной радиации, что позволяет оценить срок годности и выяснить требования к хранению фармакологической продукции. Данная модель не является климатической и не предназначена для хранения, ее функция заключается в проведении тестирования в соответствии с международными методиками испытаний.
Оборудование, предназначенное для тестирования или проведения экспериментов, может различаться между собой по режимам работы. Статический режим предполагает поддержание постоянных заданных параметров, используется для определения стабильности фармацевтических субстанций в определенных условиях. Результат фиксируется в часах, например, +85 °C, 85 % RH 1000 ч. Циклический режим включает в себя автоматическую смену запрограммированных условий, в результате исследования устанавливают количество циклов, которое продукция способна перенести без разрушения или потери качества. Этот режим также подходит в ряде случаев для ускоренного старения, как и ускоренный режим работы, при котором задаются экстремальные параметры для тестирования, например, при определении срока службы пластиковых изделий или срока годности косметических средств.
В зависимости от типа тестирования и воздействующего фактора испытательные камеры бывают:
- климатические (заданные параметры – температура и влажность);
- термические без контроля влажности (глубокая заморозка или высокий нагрев);
- коррозионной активности (с различными коррозионными средами);
- термоударные (резкие перепады температур);
- радиационные (воздействие радиационного излучения);
- УФ-камеры (камеры светового старения);
- электрические (устойчивость к перенапряжениям и коротким замыканиям);
- электромагнитные (воздействие электромагнитных помех);
- магнитные (статические и переменные магнитные поля для испытаний чувствительности приборов);
- биологические (создание условий для роста микроорганизмов или стерилизации);
- вакуумные/барокамеры
- (моделирование высотных условий, низкое давление);
- механические (испытания на удар, падение, статическую нагрузку, истирание);
- виброкамеры (синусоидальная/случайная вибрация для проверки надежности сборки и контактов);
- стенды для имитации падения и ударных нагрузок;
- камеры песка/пыли (воздействие абразивных частиц для проверки степени защиты корпусов/оболочек);
- камеры дождя (испытания на брызгозащищенность).
Области применения испытательных камер
Производство электротехники/приборов
Для проверки коррозионной стойкости контактных групп, разъемов и корпусов электроники используют камеры соляного тумана (постоянное распыление раствора хлорида натрия при заданной температуре). Результаты испытаний позволяют оценивать и контролировать защиту оборудования от коррозии и старения.
Автомобильная промышленность
В автомобильной отрасли такое оборудование используется для тестирования кузовных панелей с лакокрасочным покрытием, крепежей, элементов выхлопной системы. Так, например, болты крепления колес тестируют в циклическом режиме солевой туман/сушка/влага для имитации эксплуатации на дорогах в зимний период, когда асфальт активно посыпают химическими реагентами, чтобы избежать гололеда.
Медицина и фармацевтика
На фармацевтических производствах камеры температуры и влажности необходимы для проведения тестов на стабильность и оценки сроков годности лекарственных препаратов. Чтобы испытать фотостабильность субстанции или готовой продукции, потребуются дополнительные УФ-лампы.
Строительные материалы
Фасадные панели, композитные материалы, ПВХ-изделия тестируют на устойчивость к воздействию высоких и/или низких температур, солнечного света, вибраций. Для этих целей могут быть применены комбинированные условия испытаний.
Военная и аэрокосмическая техника
Камеры низкого давления могут имитировать условия космического вакуума, что позволяет тестировать герметичность сварных швов.
Упаковка и логистика
Стенды падения и ударных нагрузок имитируют условия транспортировки, что позволяет оценить качество упаковки для сохранности содержимого, а также оценить допустимую дальность транспортировки.
Оборудование данного типа предназначено для создания контролируемых условий окружающей среды с заданными параметрами.
По функциональному назначению можно выделить камеры:
- тепла и холода;
- тепла, холода и влажности;
- климатические для хранения;
- климатические для выращивания с регулируемым освещением.
Области применения климатических установок
Медицина и фармацевтика
Климатические боксы являются обязательным оборудованием для фармацевтических производств, медицинских учреждений и лабораторий. Они могут использоваться и как камеры стабильности/хранения термолабильных препаратов и образцов, и как испытательное оборудование.
Косметическая промышленность
Поскольку лечебные или косметические крема представляют собой прямые или обратные эмульсии, в косметической промышленности установки тепла и влаги применяются для испытания стабильности эмульсионного состава, оценки срока годности и риска расслоения компонентов.
Биотехнологии
Культивирование клеточных линий или проведение ферментативных синтезов требует точно заданных и контролируемых климатических условий.
Сельское хозяйство
В аграрном секторе их используют для проращивания семян и выращивания растений. Шкафы с климат-контролем и системой фенотипирования позволяют собирать данные о морфологических и других изменениях в процессе роста.
Пищевая промышленность
При производстве продуктов питания контроль климата может потребоваться для хранения и транспортировки как сырьевых, так и готовых продуктов. Такие системы будут полезны для стабилизации пробиотических культур или разработки новых рецептур, а для сухих и сыпучих продуктов помогут оценить вероятность слеживания.
Строительные материалы
В строительной сфере они применяются для оценки долговечности материалов, таких как гипсокартон, плиточный клей, штукатурка и т. д., в условиях переменной влажности и температуры.
Камеры хранения (постоянных условий)
Это оборудование можно отнести к подкатегории климатических устройств с акцентом на стабильность условий, они не предназначены для испытаний. Их используют с целью длительного сохранения свойств материалов, субстанций, продуктов и полупродуктов. Работают в стабильном климатическом режиме и не рассчитаны на резкие перепады температур или циклических изменений.
Настольная камера с функцией контроля влажности и тепла, дополнительно позволяет проводить тестирование на конденсацию и замерзание во влажной среде, что имеет большое значение для электронных изделий. При использовании только функции заданной температуры и влажности данное устройство может быть использовано для хранения образцов, т. е. представленная компактная модель одновременно может являться и климатической, и испытательной, и оборудованием для хранения.
Варианты исполнения
И испытательные, и климатические камеры могут изготавливаться в следующих конструктивных исполнениях:
- Настольные (компактные, для мелких образцов, 20–100 л);
- Напольные (стандартные промышленные, 100–1000 л);
- Walk-in (возможность входа человека в рабочую зону, 1–50 м³);
- Drive-in (въезд транспорта/техники через ворота, 10–200 м³);
- Камеры-шкафы (вертикальная загрузка, смотровое окно, до 500 л).
Рис. 4. Климатические комнаты Walk-in
Климатические комнаты серии FitoClima PH в исполнении Walk-in производят в четырех стандартных типоразмерах: объем рабочего пространства 5000, 12000, 20000, 25000 л, и площадь хранения 10, 19, 29, 32 м2 соответственно. Внутри оборудования располагаются 5-уровневые стеллажи из анодированного алюминия с лотками из пищевого полиэтилена по всему периметру. Максимальная нагрузка каждой полки 150 кг. Количество полок может быть изменено в соответствии с требованиями заказчика. Такие модели оснащены дверью, габариты шкафов позволяют входить сотрудникам внутрь рабочего пространства. Эти специализированные боксы способны поддерживать определенные условия в статическом режиме, они представляют собой климатические устройства для хранения фармацевтической, косметической, пищевой, химической и другой продукции.
Пересечение понятий «испытательная», «климатическая» и «камера хранения»
Любая климатическая камера может быть испытательной, если используется для проведения тестов. Например, камера тепла, холода и влажности применяется для испытаний электроники по стандарту IEC 60068-2-78, таким образом, одновременно является и климатической, и испытательной.
С другой стороны, не всякая испытательная камера является климатической. Так, например, камера соляного тумана, предназначенная для коррозионных испытаний, или вибрационная камера – это испытательное оборудование без климатических функций.
Испытательные камеры всегда предназначены для тестирований, испытаний, экспериментов, тогда как климатические могут иметь назначения, не связанные с испытаниями:
Камеры хранения/стабильности могут использоваться, например, в пищевой, косметической, фармацевтической промышленности, для поддержания постоянных условий влажности и температуры для хранения готовой продукции, а не для циклических или экстримальных испытаний;
Фитотроны для выращивания растений создают оптимальный климат для роста культур, а не для стресс-тестов или изучения влияния климата;
Камеры прорастания семян поддерживают стабильные условия для активации биологических процессов.
Рис. 5. Камеры Тепло-Холод для растений
Камеры роста с контролем температуры напольного исполнения предназначены для культивации растений. Могут использоваться для создания стабильных условий, чтобы поддерживать рост определенного вида агрокультур или как испытательное оборудование, например, если необходимо провести исследования по адаптации растений к непривычным климатическим условиям.
В классификаторе товарной позиции ТН ВЭД ТС не делается различий между климатической и испытательной камерой, предназначенной для тестирования и испытаний. Оба варианта относятся к коду 9031 (измерительные/контрольные приборы для испытаний).
Таким образом, термины «климатический» и «испытательный» могут описывать разные аспекты одного и того же оборудования: климатическое оборудование воспроизводит условия (температура, влажность), а испытательное – используется для тестирования в соответствии с утвержденными методиками.
Климатическая камера становится испытательной в случаях, если ее используют для тестирования, экспериментов, стресс-тестов и т. д. Если же стабильные климатические условия используют для временного размещения сырья, полуфабрикатов или готовой продукции, то ее можно отнести к системам хранения. Испытательные системы могут быть одновременно и климатическими в одном-единственном случае, только если заложенные в ней воздействующие факторы представляют собой климатические параметры. Все остальные варианты предназначены исключительно для испытаний. Понимание этой терминологии поможет сделать правильный выбор оборудования и составить техническое задание для него.
Таким образом, для того чтобы приобрести нужное оборудование, нужно определиться:
- с основным назначением (испытания, хранение, культивирование);
- типом воздействия (только климат-контроль или специализированные испытания);
- с требуемым рабочим объемом и вариантом исполнения;
- нормативными требованиями (например, установка с валидацией IQ/OQ/PQ);
- ключевыми дополнительными опциями (СО₂-контроль, освещение, УФ/ксенон, аварийная сигнализация и т. д.).
Наша компания всегда открыта для поиска оптимальных решений, обеспечивающих надежность испытаний и/или подбора климатического оборудования с необходимой точностью поддержания температуры.