溫度變化試驗箱適用於航空航天產品、信息電子儀器儀表、材料、電工、電子產品、各種電子元氣件在高低溫或濕熱環境下、檢驗其各項性能指標。
基本介紹
- 中文名：溫度變化試驗箱
- 外文名：temperature variation test chamber
- 套用：溫度試驗
國內外現狀,箱體結構,可程式控制器,冷凍及風路循環系統,溫濕度運行控制系統,使用材料,參數列表,變溫過程溫場特性,特點,試驗原因分析,試驗注意事項,
國內外現狀
目前，國內外試驗箱的生產標準、試驗箱檢驗方法或試驗方法中，對於試驗箱技術指標的考核均在設備達到穩定後一定時間再進行測量記錄。對於變溫過程中試驗箱的參數指標只測量控制點的溫度變化率，其他位置和均勻度均無考核和要求，並且當前試驗室所有環境試驗箱的校準證書均依此為前提進行出具。目前，國內外使用的常見標準也未對該項指標提出要求。
BS 389—1965《實驗室濕熱箱技術條件》和日本試驗機工業會提出的恆溫恆濕箱的性能試驗方法中對溫箱均勻度進行了規定，兩者在測點位置、測試間隔、測試次數要求不同，但都規定計算測試點與中心點的溫差平均值，並以最大者即為溫度均勻度。美國 ASTMD2436-68《電氣絕緣用強制對流實驗室烘箱技術條件》：用 9 只熱電偶，在規定的位置布點，當達到設定溫度並穩定 16h後，記錄數據以 5min為測試間隔，共記錄 45組數據，計算 45個數據的平均值，從 45 個數據中選出 2最大數和 2個最小數，分別各自減去平均數，然後從 4個差值中選出 2個最大差值，並求其平均值，以此表述箱內溫度均勻度。GB 10586—2006《濕熱試驗箱技術條件》：
各測試點除中心點外，其餘各點距箱壁為各自邊長的 1/10。當溫度達到規定值並穩定 2h後，每隔 2min 測試各測試點溫度 1次，在 30min內共測 15次，隔 30min 再測 1次，以後每隔 1h 測 1次。利用 30min 內 15次的測試數據，分別算出每次數據中最高與最低溫度之差再求其平均值，即為溫度均勻度。GB/T 5170.2—2008《電工電子產品環境試驗設備檢驗方法——溫度試驗設備》中 8.2.1.3 中規定：使試驗設備降溫或升溫，設備進入控溫狀態後穩定 30min（穩定時間最長不超過 2h），開始記錄各測量點的溫度和設備指示溫度，每隔 1min 記錄1次，在 30min 內共記錄 30次。GB/T 2423.1—2008/IEC60068-2-1：2007《電工電子產品環境試驗第 2 部分：試驗方法 試驗 A：低溫》中 6.2節規定：穩定狀態時，流向試驗樣品的空氣溫度應處於試驗嚴酷等級溫度的±2℃範圍內。當前，國內外均對試驗箱穩態過程參數指標的測量作了詳細規定。在變溫過程方面，國內僅 GB/T5170.2—2008《電工電子產品環境試驗設備檢驗方法——溫度試驗設備》中對試驗箱的變溫速率給出兩種提法：一種是全程平均升降溫速度，一種是線形升降溫速度（即每 5 min 平均速度）。
箱體結構
箱體採用數控工具機加工成型，造型美觀大方，並採用無反作用把手，操作簡便。
箱體內膽採用進口高級不鏽鋼（SUS304）鏡面板，箱體外膽採用A3鋼板噴塑，增加了外觀質感和潔淨度。
補水箱置於控制箱體右下部，並有缺水自動保護，更便利操作者補充水源。大型觀測視窗附照明燈保持箱內明亮，且利用發熱體內嵌式鋼化玻璃，隨時清晰的觀測箱內狀況。
加濕系統管路與控制線路板分開，可避免因加濕管路漏水發生故障，提高安全性。
水路系統管路電路系統方便維護和檢修。
箱體保溫採用超細玻璃纖維保溫棉，可避免不必要的能量損失。
箱體左側配一直徑50mm的測試孔，可供外接測試電源線或信號線使用。
可程式控制器
1）溫濕度控制儀表採用（觸控螢幕）全進口超大螢幕畫面，熒幕操作簡單，程式編輯容易。
2）控制器操作界面設中英文可供選擇，實時運轉曲線圖可由螢幕顯示。
3）具有120組程式12000段999循環步驟的容量，每段時間設定最大值為99小時59分。
4）資料及試驗條件輸入後，控制器具有螢屏鎖定功能，避免人為觸摸而停機。
5）具有RS-232或RS-485通訊界面，可在電腦上設計程式，監視試驗過程並執行自動開關機等功能。
6）具有自動演算的功能，可將溫濕度變化條件立即修正，使溫濕度控制更為精確穩定。
冷凍及風路循環系統
制冷機採用法國原裝“泰康”全封閉壓縮機。
冷凍系統採用單元或二元式低溫迴路系統設計。
採用多翼式送風機強力送風循環，避免任何死角，可使測試區域內溫濕度分布均勻。
風路循環出風迴風設計，風壓、風速均符合測試標準，並可使開門瞬間溫濕度回穩時間快。
升溫、降溫、加濕系統完全獨立可提高效率，降低測試成本，增長壽命，減低故障率。
溫濕度運行控制系統
控制器 | 進口微電腦溫濕度集成控制器（溫度直接顯示百分數） |
精度範圍 | 設定精度：溫度±0.1℃、濕度±0.1%R·H，指示精度：溫度± 0.1℃、溫度±0.1 %R·H |
溫濕度感測器 | 鉑金電阻·PT100Ω |
加熱系統 | 完全獨立系統，鎳鉻合金電加熱式加熱器 |
加濕系 | 外置隔離式，全不鏽鋼鍋爐式淺表面蒸髮式加濕器 |
除濕系統 | 採用蒸發器盤管露點溫度層流接觸式加濕器 |
供水系統 | 加濕供水採用自動控制且可回收余水，節水降耗 |
製冷系統 | 全封閉風冷單級壓縮製冷方式/原裝“泰康”/全封閉風冷複選壓縮製冷方式 |
循環系統 | 耐溫低噪音空調型電機，多葉式離心風輪 |
使用材料
外箱材質 | 優質碳素鋼板，表面磷化靜電噴塑處理 |
內箱材質 | SUS304不鏽鋼優質鏡面光板 |
保溫材質 | 超細玻璃纖維棉 |
門框隔熱 | 雙層耐高低溫老化矽橡膠門密封條 |
參數列表
列表一
型號 | YSL-KWB-100 | YSL-KWB-225 | YSL-KWB-500 | YSL-KWB-800 | YSL-KWB-010 | |
工作室尺寸 D×W×H | 450×450×500 | 500×600×750 | 800×700×900 | 800×1000×1000 | 1000×1000×1000 | |
列表二
型號 | CLM-GD(J)S-100 | CLM-GD(J)S-225 | CLM-GD(J)S -500 | CLM-GD(J)S -800 | CLM-GD(J)S -010 |
工作室尺寸 D×W×H | 450×450×500 | 500×600×750 | 700×800×900 | 1000×800×1000 | 1000×1000×1000 |
外形尺寸 D×W×H | 1020×800×1580 | 1070×10301825 | 1370×1130×1975 | 1570×1230×2125 | 1570× 1430×2125 |
總功率 | A:4.5KW B:4.7KW C/D;5.5KW | A:5KW B:6KW C/D:7KW | A:6KW B:7KW C/D:8.5KW | A:8KW B:11KW C/D;12KW | A:11KW B:12KW C/D:16KW |
淨重 | A:190kg B:260kg C/D:290kg | A:260kg B:290kg C/D:330kg | A:320kg B:390kg C/D:430kg | A:460kg B:520kg C/D:560kg | A:560kg B:610kg C/D:690kg |
變溫過程溫場特性
特點
1）試驗箱在降溫過程中，不同降溫速率條件下，溫場特性規律一致，即試驗箱在同一使用狀態下特性固化。
2）試驗箱內部設定的 10 個溫度點，變溫過程中溫度特性重合性差，個別位置的溫度差可以達到3~5 ℃。
3）試驗採用不同操作人員實現現場操作，不同現場操作人員實施操作獲得的試驗數據變化趨勢一致，即人員操作造成的影響極小，可以認為是誤差。
4）實驗過程中，變溫率越高，則變溫過程中的非線性越明顯，即溫度波動現象越明顯。實際使用過程中，針對降溫過程中均勻性要求較高的產品，採用低變溫速率可以獲得相對更為準確的試驗結果。同一試驗箱在升溫過程中表現的溫場特性與降溫過程中的特性差異較大，需要獨立分析，不可一概而論。
試驗原因分析
試驗箱內部的溫度場受到試驗箱結構、控制點位置和溫變率等因素的影響，試驗箱完成生產後其特徵已確立，同品牌同型號的試驗箱也可能存在差異，除遇大修或人員操作嚴重異常，否則不會發生改變。
1）試驗箱結構影響。所有的環境試驗箱(室)均存在一定的不均勻性，很大程度上是由試驗箱的結構特點造成的，由於箱（室）結構難於完全對稱，從而對其內部的溫度均勻造成不利影響。目前試驗室常用的試驗箱結構通常為大門在前，空調室在箱後部，上送風下迴風。這種結構左右對稱性好，可較易達到左、右溫度均勻，但結構上、下不對稱，前後也完全不同，對工作空間溫度產生了不均勻影響。這種現象在變溫特別是快速變溫過程中顯現的尤為突出。
2）控制點位置影響。溫度試驗箱控制感測器的位置對控制精度有較大影響。為了使其感溫反應靈敏，一般將感測器置於出風口附近，從而可提高控制精度，減小溫度波動度，最終減小溫度偏差。這是當前國內外主流設計思路，試驗設備變溫率驗收點位置為出風口，即控制點溫度感測器所在位置。由制點位置的設定導致在變溫過程中，因箱體結構、風速大小、出風溫度等造成的溫度差異無法被試驗箱感測器探知，變溫過程持續時間短，試驗箱溫度控制系統便無法及時對各點溫度進行調控。
3）溫變率的計算方法。目前試驗室的試驗箱，全部依據 GB/T 5170.2—2008《電工電子產品環境試驗設備檢驗方法——溫度試驗設備》完成試驗箱驗收及其後的歷年檢定。該標準中規定的全部 11項檢定項目，其中關於試驗箱的變溫速率僅有兩種提法，一種是全程平均升降溫速度，一種是線形升降溫速度（即每 5 min 平均速度）。目前國內外各環境試驗設備生產廠家提供的變溫速率的技術參數都是指全程平均速率。這種設備的驗收方法，根本上忽略了試驗箱變溫過程中的空間變數，而專注於單點的變化。
試驗注意事項
通過對不同試驗箱進行高低溫變溫試驗，深入研究了控制溫度點位於試驗箱不同位置的試驗箱在變溫階段的溫場分布情況，對試驗箱在溫度變化情況下的溫度分布有了更加深入的認識。對於不同試驗箱，中心點溫度變化和控制溫度相比有一定的差異性，並且試驗箱變溫率越快，控制溫度與中心點溫度在變溫過程中的差值會隨之變大。處於試驗箱中的受試產品的不同部位，承受溫度梯度應力，對於產品外表面、安裝在外表面的零部件或裝置靠近外表面的內部零部件，產生物理損壞或性能下降。故在對試驗箱選型和驗收過程中，通過在風口處設定控制點溫度，對於滿足均勻度、波動度等指標是可行的，但無法有效覆蓋試驗箱溫變率特性，應對溫變率指標的制定和檢驗加強重視，提高檢驗手段。在對試驗箱選型和驗收過程中，應對溫變率指標的制定和檢驗進一步加強重視。使用環境試驗箱施加的溫度應力主要包含低溫、高溫和變溫等三種應力形式。使用足夠的保溫時間可以使參試產品達到低溫或高溫的環境應力要求，但是溫度變化應力的實施常常被忽視。現行的GJB 1032—1990《電子產品環境應力篩選方法》中明確規定了試驗箱的溫變率要≥10 ℃/min，在實際操作中甚至有參試產品要求 20 ℃/min 的溫度變化速率。這種高要求的溫度變化應力，工程實踐中作用到參試產品實體上如何量化，影響為多少尚待研究。通過對試驗箱內部變溫過程中的溫場特性研究分析表明，在快速變溫過程中，試驗箱記憶體在較大的不均勻性。試驗箱使用過程中應注意分析這種溫場特性對於參試產品的影響，以保證試驗結果的正確性，降低過應力和欠應力的情況出現。
