[科普中国]-温度变化试验箱

温度变化试验箱适用于航空航天产品、信息电子仪器仪表、材料、电工、电子产品、各种电子元气件在高低温或湿热环境下、检验其各项性能指标。

国内外现状目前，国内外试验箱的生产标准、试验箱检验方法或试验方法中，对于试验箱技术指标的考核均在设备达到稳定后一定时间再进行测量记录。对于变温过程中试验箱的参数指标只测量控制点的温度变化率，其他位置和均匀度均无考核和要求，并且当前试验室所有环境试验箱的校准证书均依此为前提进行出具。目前，国内外使用的常见标准也未对该项指标提出要求。

BS 389—1965《实验室湿热箱技术条件》和日本试验机工业会提出的恒温恒湿箱的性能试验方法中对温箱均匀度进行了规定，两者在测点位置、测试间隔、测试次数要求不同，但都规定计算测试点与中心点的温差平均值，并以最大者即为温度均匀度。美国 ASTMD2436-68《电气绝缘用强制对流实验室烘箱技术条件》：用 9 只热电偶，在规定的位置布点，当达到设定温度并稳定 16h后，记录数据以 5min为测试间隔，共记录 45组数据，计算 45个数据的平均值，从 45 个数据中选出 2最大数和 2个最小数，分别各自减去平均数，然后从 4个差值中选出 2个最大差值，并求其平均值，以此表述箱内温度均匀度。GB 10586—2006《湿热试验箱技术条件》：

各测试点除中心点外，其余各点距箱壁为各自边长的 1/10。当温度达到规定值并稳定 2h后，每隔 2min 测试各测试点温度 1次，在 30min内共测 15次，隔 30min 再测 1次，以后每隔 1h 测 1次。利用 30min 内 15次的测试数据，分别算出每次数据中最高与最低温度之差再求其平均值，即为温度均匀度。GB/T 5170.2—2008《电工电子产品环境试验设备检验方法——温度试验设备》中 8.2.1.3 中规定：使试验设备降温或升温，设备进入控温状态后稳定 30min（稳定时间最长不超过 2h），开始记录各测量点的温度和设备指示温度，每隔 1min 记录1次，在 30min 内共记录 30次。GB/T 2423.1—2008/IEC60068-2-1：2007《电工电子产品环境试验第 2 部分：试验方法 试验 A：低温》中 6.2节规定：稳定状态时，流向试验样品的空气温度应处于试验严酷等级温度的±2℃范围内。当前，国内外均对试验箱稳态过程参数指标的测量作了详细规定。在变温过程方面，国内仅 GB/T5170.2—2008《电工电子产品环境试验设备检验方法——温度试验设备》中对试验箱的变温速率给出两种提法：一种是全程平均升降温速度，一种是线形升降温速度（即每 5 min 平均速度）。1

箱体结构箱体采用数控机床加工成型，造型美观大方，并采用无反作用把手，操作简便。

箱体内胆采用进口高级不锈钢（SUS304）镜面板，箱体外胆采用A3钢板喷塑，增加了外观质感和洁净度。

补水箱置于控制箱体右下部，并有缺水自动保护，更便利操作者补充水源。大型观测视窗附照明灯保持箱内明亮，且利用发热体内嵌式钢化玻璃，随时清晰的观测箱内状况。

加湿系统管路与控制线路板分开，可避免因加湿管路漏水发生故障，提高安全性。

水路系统管路电路系统方便维护和检修。

箱体保温采用超细玻璃纤维保温棉，可避免不必要的能量损失。

箱体左侧配一直径50mm的测试孔，可供外接测试电源线或信号线使用。1

可程式控制器1）温湿度控制仪表采用（触摸屏）全进口超大屏幕画面，荧幕操作简单，程式编辑容易。

2）控制器操作界面设中英文可供选择，实时运转曲线图可由屏幕显示。

3）具有120组程式12000段999循环步骤的容量，每段时间设定最大值为99小时59分。

4）资料及试验条件输入后，控制器具有荧屏锁定功能，避免人为触摸而停机。

5）具有RS-232或RS-485通讯界面，可在电脑上设计程式，监视试验过程并执行自动开关机等功能。

6）具有自动演算的功能，可将温湿度变化条件立即修正，使温湿度控制更为精确稳定。

冷冻及风路循环系统制冷机采用法国原装“泰康”全封闭压缩机。

冷冻系统采用单元或二元式低温回路系统设计。

采用多翼式送风机强力送风循环，避免任何死角，可使测试区域内温湿度分布均匀。

风路循环出风回风设计，风压、风速均符合测试标准，并可使开门瞬间温湿度回稳时间快。

升温、降温、加湿系统完全独立可提高效率，降低测试成本，增长寿命，减低故障率。1

温湿度运行控制系统

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使用材料

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参数列表列表一

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列表二

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变温过程温场特性特点1）试验箱在降温过程中，不同降温速率条件下，温场特性规律一致，即试验箱在同一使用状态下特性固化。

2）试验箱内部设定的 10 个温度点，变温过程中温度特性重合性差，个别位置的温度差可以达到3~5 ℃。

3）试验采用不同操作人员实现现场操作，不同现场操作人员实施操作获得的试验数据变化趋势一致，即人员操作造成的影响极小，可以认为是误差。

4）实验过程中，变温率越高，则变温过程中的非线性越明显，即温度波动现象越明显。实际使用过程中，针对降温过程中均匀性要求较高的产品，采用低变温速率可以获得相对更为准确的试验结果。同一试验箱在升温过程中表现的温场特性与降温过程中的特性差异较大，需要独立分析，不可一概而论。2

试验原因分析试验箱内部的温度场受到试验箱结构、控制点位置和温变率等因素的影响，试验箱完成生产后其特征已确立，同品牌同型号的试验箱也可能存在差异，除遇大修或人员操作严重异常，否则不会发生改变。

1）试验箱结构影响。所有的环境试验箱(室)均存在一定的不均匀性，很大程度上是由试验箱的结构特点造成的，由于箱（室）结构难于完全对称，从而对其内部的温度均匀造成不利影响。目前试验室常用的试验箱结构通常为大门在前，空调室在箱后部，上送风下回风。这种结构左右对称性好，可较易达到左、右温度均匀，但结构上、下不对称，前后也完全不同，对工作空间温度产生了不均匀影响。这种现象在变温特别是快速变温过程中显现的尤为突出。

2）控制点位置影响。温度试验箱控制传感器的位置对控制精度有较大影响。为了使其感温反应灵敏，一般将传感器置于出风口附近，从而可提高控制精度，减小温度波动度，最终减小温度偏差。这是当前国内外主流设计思路，试验设备变温率验收点位置为出风口，即控制点温度传感器所在位置。由制点位置的设置导致在变温过程中，因箱体结构、风速大小、出风温度等造成的温度差异无法被试验箱传感器探知，变温过程持续时间短，试验箱温度控制系统便无法及时对各点温度进行调控。

3）温变率的计算方法。目前试验室的试验箱，全部依据 GB/T 5170.2—2008《电工电子产品环境试验设备检验方法——温度试验设备》完成试验箱验收及其后的历年检定。该标准中规定的全部 11项检定项目，其中关于试验箱的变温速率仅有两种提法，一种是全程平均升降温速度，一种是线形升降温速度（即每 5 min 平均速度）。目前国内外各环境试验设备生产厂家提供的变温速率的技术参数都是指全程平均速率。这种设备的验收方法，根本上忽略了试验箱变温过程中的空间变量，而专注于单点的变化。2

试验注意事项通过对不同试验箱进行高低温变温试验，深入研究了控制温度点位于试验箱不同位置的试验箱在变温阶段的温场分布情况，对试验箱在温度变化情况下的温度分布有了更加深入的认识。对于不同试验箱，中心点温度变化和控制温度相比有一定的差异性，并且试验箱变温率越快，控制温度与中心点温度在变温过程中的差值会随之变大。处于试验箱中的受试产品的不同部位，承受温度梯度应力，对于产品外表面、安装在外表面的零部件或装置靠近外表面的内部零部件，产生物理损坏或性能下降。故在对试验箱选型和验收过程中，通过在风口处设置控制点温度，对于满足均匀度、波动度等指标是可行的，但无法有效覆盖试验箱温变率特性，应对温变率指标的制定和检验加强重视，提高检验手段。在对试验箱选型和验收过程中，应对温变率指标的制定和检验进一步加强重视。使用环境试验箱施加的温度应力主要包含低温、高温和变温等三种应力形式。使用足够的保温时间可以使参试产品达到低温或高温的环境应力要求，但是温度变化应力的实施常常被忽视。现行的GJB 1032—1990《电子产品环境应力筛选方法》中明确规定了试验箱的温变率要≥10 ℃/min，在实际操作中甚至有参试产品要求 20 ℃/min 的温度变化速率。这种高要求的温度变化应力，工程实践中作用到参试产品实体上如何量化，影响为多少尚待研究。通过对试验箱内部变温过程中的温场特性研究分析表明，在快速变温过程中，试验箱内存在较大的不均匀性。试验箱使用过程中应注意分析这种温场特性对于参试产品的影响，以保证试验结果的正确性，降低过应力和欠应力的情况出现。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所