高低溫試驗箱／恒溫恒濕試驗箱 基本技術(shù)參數

高低溫試驗箱／恒溫恒濕試驗箱 基本技術(shù)參數

　　3.1.1高低溫試驗箱/恒溫恒濕試驗箱?基本技術(shù)參數

　　衡量一個(gè)溫度試驗箱的工作能力及其滿(mǎn)足試驗規范要求狀況的技術(shù)指標如下:

　　1.內部空間容積V

　　簡(jiǎn)稱(chēng)為內部容積，是指試驗箱內部六個(gè)壁面限定的空間，在數值上是內部長(cháng)、寬、高尺寸的乘積，有時(shí)候也將內部容積約定成俗地稱(chēng)為試驗箱工作空間，實(shí)際上這兩者不是同一概念。任何一個(gè)溫度試驗箱內部容積中靠近上、下及周邊壁面(1/10~1/8)?邊長(cháng)對應的邊緣空間是不可使用的空間，因為這一部分空間貼近壁面，受附面層熱傳導及拐角處渦流的影響，其溫度值與試驗箱中心部分相差3℃?~8℃,而且均勻性差，故不適宜于放置被試驗樣品，因此，一個(gè)試驗箱內真正有效的工作容積只占試驗箱內部容積的0.442~0.512。換句話(huà)說(shuō)，試驗箱內真正的可工作空間是指試驗箱內部容積中能把規定的環(huán)境試驗條件維持在規定的誤差范圍之內的那部分空間，例如一個(gè)使用很長(cháng)時(shí)間的試驗箱，其內部容積是不變的，但其有效工作容積可能因密封件老化、保溫材料沉積等等原因而變小，甚至龜縮到某一窄小的空間內，因此試驗箱的內部容積(長(cháng)x寬x高)不能簡(jiǎn)稱(chēng)為工作容積，只是由于長(cháng)期以來(lái)約定成俗的習慣，心照不宣，沒(méi)有深究而已。

　　2.溫度范圍(th，t１)

　　溫度范圍是指一個(gè)溫度試驗箱可以提供的*高工作溫度(th)和*低工作溫度（t１）所組成的溫度區間。

　　關(guān)于溫度范圍有兩種不同的觀(guān)點(diǎn)，第一種解釋是溫度范圍和試驗箱工作空間溫度場(chǎng)的技術(shù)指標(如溫度波動(dòng)度、溫度均勻度、溫度變化速率等)不完全包容，溫度范圍只是表明該試驗箱可能達到的*高(低)的工作溫度。其*高工作溫度主要取決于試驗箱其箱壁夾層中保溫材料(如玻璃棉等)的特性和箱體結構，采用玻璃棉為隔熱材料的試驗箱其*高上限溫度不超過(guò)200C，壁板拼裝組成的步入式試驗箱*高上限溫度不超過(guò)85℃-9５℃。*低工作溫度主要取決于制冷的方式，采用機械制冷時(shí)，配置單級制冷系統的試驗箱*低工作溫度為-35℃～-40℃，配置復疊式制冷系統的試驗箱*低工作溫度為-65℃～－75℃，要實(shí)現更低的工作溫度需要采用液氮(ＬN２)制冷或三級深度制冷才能實(shí)現。

　　另一種解釋認為試驗箱的溫度范圍是指在該溫度條件下試驗箱有效工作空間內的溫度場(chǎng)應能滿(mǎn)足試驗規范中允許誤差值的要求。例如滿(mǎn)足國軍標GJB150A系列標準的溫度條件下，“試驗樣品附近測量系統的溫度應在試驗溫度的+2C以?xún)?，其溫度梯度不超過(guò)1℃/m,或總的*大值為2.2℃”。

　　上面兩種解釋都有一定的道理，?也都有一點(diǎn)片面性，如果在一個(gè)試驗箱給定的溫度范圍內，其溫度場(chǎng)不能滿(mǎn)足某個(gè)試驗規范溫度允許誤差的要求，則不能使用該試驗箱進(jìn)行這個(gè)試驗規范的相應試驗，這是試驗箱的使用者必須遵守的基本規則。但是，任何一臺通用型的溫度式驗箱不僅僅是為某一個(gè)試驗標準(規范)服務(wù)，不同的試驗標準(規范)有不同的允許誤差值。另一方面現有的試驗標準也是在不斷更新和發(fā)展中，如國軍標GJB150?(與美軍標MIL-STD-810D的要求相同)，2009年更新為國軍標GJB150A?(與MIL-STD-810F相對應)，其溫度的允許誤差值放寬了大容積，高溫下的溫度場(chǎng)均勻性的要求，由原來(lái)不論體積大小和溫度的高低，一律要求試驗溫度與標稱(chēng)溫度之差在±2℃之內，修改為體積大于5m３試驗箱的溫度允許誤差為±3℃;當試驗溫度高于100℃時(shí)，溫度允許誤差是±5℃。這說(shuō)明對于一臺通用型溫度試驗箱，可以分割為不同的溫度區間以適應不同的試驗標準對溫度允許誤差的要求，不必對整個(gè)溫度范圍追求統一性的允許誤差值，使其既能滿(mǎn)足試驗標準的要求，又易于生產(chǎn)制造，減少存量資源的浪費。

　　當然，如果你購買(mǎi)一臺?新的環(huán)境試驗設備，顯然希望該試驗箱給定的溫度范圍和其工作空間溫度場(chǎng)的技術(shù)指標(如溫度波動(dòng)度、溫度均勻度、溫度變化速率等)完全包容，只是在服役若干年之后，試驗箱的性能指標下降了，再分區使用而已。

　　3.溫度波動(dòng)度ΔTｆ

　　試驗箱工作空間內任意一點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化量稱(chēng)為溫度波動(dòng)度。溫度波動(dòng)度的大小主要取決于試驗箱的控制方式及控制模型，試驗箱加熱/制冷的方式、試驗箱結構及試驗箱內氣流調制的方式等對溫度波動(dòng)度也有一定的影響。

　　溫度波動(dòng)度與一定的溫度范圍相對應，也與該點(diǎn)在工作空間內的位置有關(guān)。

　　4.溫度均勻度ΔTｕ

　　作試驗箱工作空間內在某一-瞬時(shí)各點(diǎn)溫度之間的差值稱(chēng)為溫度均勻度(℃)。?溫度均勻度是衡量工作空間內溫度分布均勻性的指標，其數值的大小取決于工作空間內循環(huán)氣流的流場(chǎng)模型、風(fēng)速的高低、試驗箱結構設計與夾壁層保溫材料等因素。

　　溫度場(chǎng)的均勻性也可以用溫度梯度的概念進(jìn)行描述，定義某一瞬時(shí)任意兩點(diǎn)間的溫度差除以這兩點(diǎn)間的距離為溫度梯度，以每米多少度(℃/m)表示。

　　5.溫度示值誤差ΔTs

　　在實(shí)際測量中，任何一個(gè)量的測量結果與被測量的真值之間都存在誤差，單純的溫度測量示值誤差”是指溫度測量裝置顯示的數值與傳感器安裝點(diǎn)的溫度真值(實(shí)際測其中是約定真值)之差值，是一個(gè)衡量溫度測量裝置測量不確定度的基礎參數。該誤差值與試驗箱的結構設計及溫度場(chǎng)的狀況無(wú)關(guān)，只與溫度傳感器、二次儀表及顯示器的測量與轉換精度相關(guān)。這個(gè)誤差包含兩個(gè)部分，即可以修正的“系統誤差”和不可以修正的“隨機誤差”，系統誤差是在重復的條件下，通過(guò)多次測量求得的算術(shù)平均值(*可信賴(lài)值)與被測對象的約定真值之差，?系統誤差中的符號與**值能夠確定的部分，允許利用“示值修正值”成“示值修正表”?進(jìn)行修正。也就是說(shuō):一套溫度測量裝置能否準確顯示溫度傳感器安裝點(diǎn)的溫度真值(約定真值)是可以通過(guò)對“系統誤差”?的修正，他其“示值”更接近于“約定真值”。隨機誤著(zhù)也稱(chēng)為或然誤差，在環(huán)境試驗中，大部分環(huán)境參數的測量結果服從高斯正態(tài)分布規律，在數值上隨機誤差是約定真值與算術(shù)平均值之差，隨機誤差通常是不可修正的。

　　“試驗溫度示值誤差”是一個(gè)與溫度測量裝置示值誤差概念不同的技術(shù)參數，是表示試驗箱施加于被試驗產(chǎn)品的實(shí)際溫度與溫度設定值(即標稱(chēng)溫度)接近程度的技術(shù)參數，這里包含兩層意思:第一，試驗箱溫度測量裝置的示值應該是被試產(chǎn)品周邊溫度環(huán)境的實(shí)測值;第二，這個(gè)顯示值與溫度設定值(即標稱(chēng)溫度)的誤差才是“試驗溫度示值誤差”。這個(gè)誤差值過(guò)大，意味著(zhù)產(chǎn)品經(jīng)受的實(shí)際溫度環(huán)境條件與試驗規范要求的溫度環(huán)境條件偏離較多，試驗的進(jìn)程可能過(guò)嚴或過(guò)寬，試驗的可信性及有效性存疑，故“試驗溫度示值誤差”是溫度環(huán)境試驗中個(gè)非常重要的技術(shù)參數。

　　從上述定義出發(fā)，“試驗溫度示值”應該顯示被試驗產(chǎn)品在試驗箱內占有空間場(chǎng)的溫度平均值，而不是某個(gè)溫度傳感器測點(diǎn)(?如進(jìn)風(fēng)口處測點(diǎn)或工作空間中心點(diǎn))的測量結果。在絕大多數溫度環(huán)境試驗中，試驗的操作者習慣性認為試驗箱配套的溫度指示儀表的“溫度示值”就是試驗過(guò)程中產(chǎn)品經(jīng)受的溫度環(huán)境條件的實(shí)測值，因而也就常常將溫度測量裝置自身的溫度示值誤差等同于試驗的溫度示值誤差。

　　實(shí)際結構中，溫度試驗箱配套用溫度傳感器一般都安裝在試驗箱的進(jìn)風(fēng)口處，無(wú)論該點(diǎn)的“溫度示值”測得多么準確，也只能說(shuō)明準確地檢測到了試驗箱進(jìn)風(fēng)口處循環(huán)氣流的溫度。而試驗箱進(jìn)風(fēng)口處的氣流溫度和產(chǎn)品周邊氣氛的平均溫度值是有差別的，試驗溫度的**值越高、試驗箱的體積越大、試驗箱內循環(huán)氣流的風(fēng)速越大或試驗箱的變溫速率越高，這兩者的差值也越大。長(cháng)期以來(lái)，溫度試驗箱配套用溫度傳感器實(shí)測的溫度值能否準確標示試驗溫度場(chǎng)的平均溫度一直是環(huán)境試驗行業(yè)內眾說(shuō)紛紜，莫衷一是的話(huà)題。?由于“溫度示值”?的不確定性，也就帶來(lái)“試驗溫度示值誤差”定義和數值計算的不確定性，本書(shū)第五章將對此議題進(jìn)行詳細的探討和論述。

　　請讀者高度關(guān)注“試驗溫度示值誤差”與“溫度測量示值誤差”兩者的區別，因為這涉及環(huán)境與可靠性試驗的嚴酷性與有效性。

　　6.溫度偏差ΔT

　　溫度偏差是指試驗箱在穩定狀態(tài)下，工作空間內各個(gè)工作點(diǎn)在規定的一段時(shí)間內實(shí)際的*高溫度(Tmax)和*低溫度(Tmin)與標稱(chēng)溫度值(Tn)的上下偏差值。

　　上偏差:?ΔTmax=Tmax-Tn(3-1)

　　下偏差:?ΔTmin=Tmin-TN(3-2)

　　溫度偏差是一個(gè)綜合性的技術(shù)指標，它采集T工作空間內各個(gè)工作點(diǎn)的數據，因此該技術(shù)指標涵蓋了空間域的溫度差異，包含了溫度均勻度的因素。同時(shí)又采集了在一段時(shí)間內的所有數據，因此該技術(shù)指標也包含了時(shí)間域內溫度的變化狀態(tài)，?即溫度波動(dòng)度的因素。另一方面，該技術(shù)指標是計量校準方布置在試驗箱工作空間內N個(gè)(9個(gè)、?15個(gè)或更多)溫度校準點(diǎn)傳感器的實(shí)測溫度值與標稱(chēng)值之間相比較的*大差值。因為標稱(chēng)值是試驗規范要求的溫度值，這表明溫度偏差也包含了前面提到的試驗溫度示值誤差的成分。綜上所述，說(shuō)明“溫度偏差”是一個(gè)包含了溫度均勻度、溫度波動(dòng)度、試驗溫度示值誤差技術(shù)指標為一體的綜合性指標。對一個(gè)溫度試驗箱，給出了溫度偏差值就包含了溫度度驗箱中溫度場(chǎng)時(shí)間干域、空間城、試驗溫度示值誤差等的全部信息。

　　請注意:溫度偏差的檢測及計算方法與試驗箱配套的溫度測量裝置的測量數據無(wú)關(guān)，故溫度偏差與試驗箱配套的溫度測量裝置的溫度示值誤差(溫度測量不確定度)沒(méi)有關(guān)系。如果要用試驗箱配套的溫度測量裝置的數據作為試驗溫度的實(shí)測結果，則應該將這個(gè)實(shí)測結果與試驗箱工作空間內N個(gè)溫度校準點(diǎn)傳感的實(shí)測溫度值相比較。這方面的問(wèn)題將在第五章進(jìn)行詳細的論述。

　　某些溫度試驗箱的產(chǎn)品廣告中，常常列出該型號產(chǎn)品的溫度控制精度，這是一個(gè)定義不太確切的技術(shù)指標，常常因理解不一樣產(chǎn)生誤會(huì )。這個(gè)技術(shù)參數的定義是指安裝在試驗箱內的溫度監控傳感器(通常安裝在試驗箱內部空間的進(jìn)風(fēng)口或回風(fēng)口處)所顯示的測控結果與設定值(標稱(chēng)值)之間的差值，是指控制用溫度傳感器對該點(diǎn)溫度的控制精度。這個(gè)值雖然也是一個(gè)綜合性指標，包含了溫度測量示值誤差和溫度波動(dòng)度兩項指標，但不包含溫度均勻度。如果試驗箱的溫度測量及顯示是準確的(?正確而又精密)，那么溫度控制精度所反映的就是溫度的波動(dòng)度，由于我國的相關(guān)計量法規及技術(shù)文件中，已不采用溫度控制精度這一比較模糊，?容易引起混淆的技術(shù)指標，建議在表述溫度試驗箱的技術(shù)指標中，不要使用溫度控制精度作為技術(shù)指標之一。

　　7.溫度變化速率Vt

　　定義在規定的溫度范圍內，試驗箱溫度指示點(diǎn)的溫度單調上升或單調下降時(shí)，總的溫度變化值與完成該過(guò)程所需時(shí)間的比值為試驗箱溫度變化(平均)速率，單位是℃/min。

　　表述公式為:

　　νt=?ΔT/Δt?(3-3)?

　　式中:

　　Vt?─平均溫度變化速率,C/min;

　　ΔT─溫度變化范圍(℃)，從高溫Th下降至低溫T1，則:AT=(Th一T1)，從低溫T1升至高溫Th則:(Th一T1)?;?

　　Δt?從Th，(或T1)降(或升)至T1(或Th)所需總的時(shí)間，min

　　如果將公式(3-3)表示為Vt=ΔT÷Δt?.則為變溫過(guò)程中某個(gè)溫度狀態(tài)時(shí)的瞬態(tài)溫度變化速率(℃/min)。

　　公武(3-３中的，Vt是指在某個(gè)溫度范用內的平均溫度變化速率，在溫度變化的起始段，受制冷(加熱)系統的啟動(dòng)延遲，溫度變化過(guò)程是由小速率逐漸增大到設定的溫度變化速率。在溫度變化的終止段，為防止出現實(shí)際溫度的過(guò)度超調，通常提前關(guān)閉加熱或制冷的輸入通道，但試驗箱內蒸發(fā)器和加熱器的殘留作用依然存在，溫度變化速率見(jiàn)逐漸從*大值緩慢變化到零，故在變溫過(guò)程的起始段和終止段的溫度變化速率均小于中間段的平均溫度變化速率，以中間段的溫度變化速率為基準計算的“*大平均溫度變化速率”顯然高“全程平均溫度變化速率”。有關(guān)這兩者定義上的差別及其測試方法，讀者可參考第五章的相關(guān)內容。

　　8.風(fēng)速

　　風(fēng)速是指試驗箱工作空間內流動(dòng)氣流的*大平均風(fēng)速，該風(fēng)速值與氣流的方向無(wú)關(guān)，是指該測量點(diǎn)主導風(fēng)向上的風(fēng)速。

　　風(fēng)速的大小決定著(zhù)環(huán)境試驗的嚴酷度，在各種環(huán)境試驗規范的多個(gè)試驗項目中，都對試驗過(guò)程中的風(fēng)速有明確的規定，讀者可參閱本書(shū)第四章的相關(guān)內容。