تحليل عدم جدوى اختبار GB 9706/IEC 60601 في اختبار السوق

تحليل عدم جدوى اختبار GB 9706/IEC 60601 في اختبار السوق

مقدمة

سلسلة المعايير GB 9706/IEC 60601 توجيهات السلامة والأداء من الأجهزة الكهربائية الطبية،بما في ذلك العديد من متطلبات الاختبار الصارمة لضمان سلامة الجهاز في ظل ظروف مختلفةمن بين هذه الاختبارات ، يتم استخدام اختبار الشرارة المخصبة بالأكسجين المحدد في IEC 60601-1-11 لتقييم خطر الحريق للأجهزة الطبية في البيئات المخصبة بالأكسجين.هذا الاختبار يحاكي إمكانية الإشتعال من شرارة كهربائية في بيئة عالية الأكسجين وهو مهم بشكل خاص للأجهزة مثل أجهزة التهوية أو تركيزات الأكسجينومع ذلك، فإن تنفيذ هذا الاختبار أثناء اختبار السوق يواجه تحديات عملية كبيرة، وخاصة عند استخدام دبوس النحاس المستمدة من اللامينات المطلية بالنحاس من لوحات الدوائر المطبوعة (PCB).هذه المقالة سوف تستكشف لماذا اختبار شرارة المخصب بالأكسجين غير عملي لاختبار السوق بسبب تعقيد إعداد عينة دبوس النحاس، وخاصة عدم قدرة المختبرات على تحضير أقواس النحاس بشكل موثوق من المصفوفات الملطخة بالنحاس PCB.

الخلفية: اختبار الشرارة المخصبة بالأكسجين في IEC 60601

يقيّم اختبار الشرارة المخصّصة بالأكسجين خطر إشعال الأجهزة الطبية في البيئات ذات تركيزات الأكسجين أعلى من 25٪.يخلق الاختبار شرارة خاضعة للسيطرة بين اثنين من الأقطاب الكهربائية (عادة ما تكون أقواس النحاس) في الغلاف الجوي المخصب بالأكسجين لتحديد ما إذا كان يشعل المواد المحيطةيحدد المعيار متطلبات صارمة لإعداد الاختبار، بما في ذلك مادة الأقطاب الكهربائية، فجوة الشرارة، وظروف البيئة.

غالبًا ما يتم تعيين أقواس النحاس كإلكترودات بسبب موهبتها الممتازة والخصائص الموحدة. في اختبارات السوق ، حيث يتم تقييم الأجهزة للامتثال بعد الإنتاج ،يفترض الاختبار أنه يمكن بسهولة تحضير واختبار عينات تمثيلية (مثل أقلام النحاس التي تحاكي المصفوفة بالنحاس من PCB)ومع ذلك ، فإن هذا الافتراض يقلل من التحديات العملية لإعداد العينات ، خاصة عندما يتم الحصول على أقواس النحاس من المصفوفة بالنحاس من PCB.

التحديات في إعداد العينات

1تعقيدات تحضير أقلام النحاس من المصفوفات المصفوفة بالنحاس

عادة ما يتم بناء PCBs من ورق النحاس الرقيق (عادة 17.5 ′′ 70 μm سميكة) المصفوف على رصيف مثل FR-4.إن استخراج أو تصنيع أقلام النحاس من مثل هذه الألواح المطلية بالنحاس لاختبار الشرارة يقدم العديد من الصعوبات العملية:

سمك المواد و سلامة الهيكل: المصفوفات المصفوفة بالنحاس PCB رقيقة للغاية ، مما يجعل من الصعب تشكيل دبوس النحاس القوية المستقلة. تتطلب المعايير أبعاد الكترود الدقيقة (على سبيل المثال ، قطر 1 مم ± 0.1 مم) ،ولكن قطع أو تشكيل الدبابيس من ورق النحاس الرقيق لا يمكن أن يضمن سلامة الهيكلورق النحاس يمكن أن ينحني بسهولة، تمزق، أو تشوه أثناء التعامل، مما يجعل من المستحيل تلبية متطلبات اختبار شرارة ثابتة.

عدم التجانس في خصائص المواد:تتعرض طبقات PCB المطلية بالنحاس لعمليات مثل الحفر والطلاء واللحام أثناء التصنيع ، مما يؤدي إلى اختلاف في خصائص المواد مثل السماكة والنقاء ،وخصائص السطحهذه التناقضات تجعل من الصعب إنتاج دبوس النحاس الموحدة التي تلبي متطلبات IEC 60601 ، مما يؤثر على إمكانية تكرار الاختبار.

عدم وجود معدات متخصصة:إن تصنيع أقلام النحاس من أقراص PCB المطلية بالنحاس يتطلب تقنيات معالجة دقيقة أو تصنيع صغير غير متوفرة بشكل عام في مختبرات الاختبار القياسية.معظم المختبرات تفتقر إلى الأدوات لاستخراج، شكل، وبرقة دبوس النحاس من ورق النحاس الرقيق لتحقيق دقة الأبعاد المطلوبة والنهاية السطحية، مما يزيد من صعوبة إعداد العينة.

2الاختلافات من ظروف المعدات الفعلية

تم تصميم اختبار شرارة تخصيب الأكسجين لمحاكاة خطر الإشعال للأجهزة الطبية في بيئات العالم الحقيقي.استخدام أقلام النحاس من PCB المطلي بالنحاس يؤدي إلى اختلافات بين إعداد الاختبار وظروف الجهاز الفعلية:

عينات غير ممثلة:المصفوفات المعلبة بالبرق المقوى من النحاس هي جزء من هيكل مركب ولديها خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة عن أقلام النحاس المستقلة.الاختبار مع أقلام النحاس المستخرجة من المصفوفة قد لا يعكس بدقة السلوك الفعلي لـ PCB في الجهاز، مثل خصائص القوس أو التأثيرات الحرارية في سيناريو شرارة العالم الحقيقي.

محدودية تطبيق نتائج الاختبار:حتى لو كانت المختبرات قادرة على التغلب على تحديات إعداد العينات ، فقد لا تكون نتائج اختبار مسبار النحاس المستندة إلى المصفوفات المغطاة بالنحاس قابلة للتطبيق مباشرة على مجموعات PCB في الأجهزة الفعلية.وذلك لأن الطريقة التي يتم بها تثبيت المصفوفة المطلية بالنحاس على الـ PCB، والتفاعل مع المواد الأخرى، والخصائص الكهربائية للاستخدام الفعلي (مثل كثافة التيار أو تبديد الحرارة) لا يمكن إعادة إنتاجه بالكامل في الاختبار.

عدم جدوى إعداد العينات المختبرية

معظم مختبرات اختبار السوق لديها معدات وتصميمات عملية مصممة للكهربادات المعدنية الموحدة (مثل قضبان النحاس النقي أو الإبر) ،بدلاً من المواد الرقيقة مثل المصفوفات المطلية بالنحاسفيما يلي أسباب محددة لمعظم المختبرات التي لا تستطيع إكمال إعداد العينات:

القيود التقنية:غالبًا ما تفتقر المختبرات إلى معدات عالية الدقة اللازمة لمعالجة ورق النحاس الرقيق إلى أقلام النحاس ذات الحجم والشكل القياسيين.أو أدوات تشكيل لا يمكن التعامل مع ورق النحاس على مستوى الميكرون، في حين أن معدات التصنيع الصغيرة المتخصصة (مثل قطع الليزر أو التصنيع الكهروكيماوي) مكلفة وغير متوفرة بسهولة.

كفاءة الوقت والتكلفة:حتى لو كان من الممكن إنتاج دبوس النحاس من خلال عمليات مخصصة، فإن الوقت والتكلفة المطلوبة تتجاوز بكثير الميزانية والجدول الزمني لاختبار السوق.اختبار السوق غالبا ما يتطلب تقييم عدد كبير من الأجهزة في فترة زمنية قصيرة، وتعقيد عملية إعداد العينة سيقلل بشكل كبير من كفاءة الاختبار.

قضايا مراقبة الجودة:بسبب تنوع المواد وصعوبات معالجة المصفوفات المطلية بالنحاس ، قد تكون الدبابيس النحاسية المعدة غير متسقة في الحجم أو جودة السطح أو الخصائص الكهربائية ،مما يؤدي إلى نتائج اختبار غير موثوق بهاهذا لا يؤثر فقط على امتثال الاختبار ولكن قد يؤدي أيضا إلى تقييمات سلامة خاطئة.

مناقشة البدائل

ونظراً لعدم إمكانية تحضير أقلام النحاس من المصفوفات المعلبة بالنحاس من الـ PCB، فإن اختبار السوق يحتاج إلى النظر في طرق بديلة لتقييم خطر الحريق في البيئات الغنية بالأكسجين.فيما يلي بعض البدائل الممكنة:

بدائل تحليل المواد لاختبار الشرارة:
تحليل التكوين: تستخدم تقنيات التحليل الطيفي (مثل فلوريسانس الأشعة السينية (XRF) أو البلازما المزدوجة بشكل استقراضي (ICP)) لتحليل تكوين PCB المطلي بالنحاس بالتفصيل ،تحديد نقاء ورق النحاس، ومحتواه من الشوائب، وأي مكونات أكسيد أو طبقة.يمكن استخدام هذه المعلومات لتقييم الاستقرار الكيميائي للمادة وميل الاحتراق في البيئات الغنية بالأكسجين دون الحاجة إلى اختبار شرارة إبرة النحاس الفعلية.

اختبار التوصيل:
يمكن قياس موصلة طبقات PCB المطلية بالنحاس باستخدام طريقة أربعة مسبارات أو مقياس موصلة لتقييم سلوكها الكهربائي في بيئات عالية الأكسجين.يمكن مقارنة بيانات التوصيل هذه مع أداء مواد النحاس القياسية لاستنتاج أدائها المحتمل في اختبار الشرارةهذه الاختبارات يمكن أن تقيم بشكل غير مباشر خطر قوس مواد PCB في البيئات الغنية بالأوكسجين دون الحاجة إلى اختبار شرارة معقد.

المزايا: لا تتطلب طريقة تحليل المواد إعداد إبر نحاسية، مما يقلل من القيود التقنية والوقتية للمختبر.المعدات التحليلية أكثر شيوعاً في معظم المختبرات، ونتائج الاختبار أسهل لتوحيد وتكرار.

استخدم دبوس النحاس القياسية:بدلاً من محاولة استخراج المواد من طبقة PCB المطلية بالنحاس ، استخدم دبوس النحاس المعدة مسبقاً التي تتوافق مع معيار IEC 60601.في حين أن هذا قد لا يحاكي خصائص كاملة من PCB، يمكن أن توفر ظروف اختبار متسقة مناسبة لتقييمات المخاطر الأولية.

اختبار المحاكاة والنمذجة:تحليل سلوك القوس والإشعال من PCBs في البيئات الغنية بالأوكسجين من خلال محاكاة الكمبيوتر أو النمذجة الرياضية.هذا النهج يمكن أن يقلل من الاعتماد على إعداد العينة الفعلية مع توفير تقييم للخطر النظري.

تحسين معايير الاختبار:قد تنظر هيئات معايير IEC في مراجعة متطلبات اختبار الشرارة المخصبة بالأكسجين.

في الختام

اختبار الشرارة المخصب بالأكسجين IEC 60601 أمر حاسم لضمان سلامة الأجهزة الطبية في بيئات عالية الأكسجين.تحضير عينات البطاقات النحاسية من الـ PCB المغطاة بالنحاس يشكّل تحديات كبيرة لاختبار السوق- رقيقة ومتغيرات المواد من المصفوفات المطلية بالنحاس، وعدم وجود معدات معالجة متخصصة في المختبرات،والاختلاف بين نتائج الاختبار وظروف المعدات الفعلية يجعل من الصعب تنفيذ هذا الاختبار في الممارسة العملية. Replacing the spark test with material analysis (such as composition analysis and conductivity testing) effectively circumvents sample preparation challenges while providing reliable material performance data for fire risk assessmentهذه البدائل لا تحسن فقط من جدوى الاختبار وكفاءته، بل تضمن أيضا الامتثال لمتطلبات السلامة من IEC 60601، مما يوفر حلا أكثر عملية لاختبار السوق.

أعلاه هو فقط فهمي الشخصي والتفكير، مرحب به للإشارة والمناقشة. وأخيرا، كمصنع لهذه المعدات، في التشغيل الفعلي، وجدنا أن الملخص أعلاه.