技術探討：延長（zhǎng）冷（lěng）熱衝擊試驗箱溫（wēn）度轉換時間的方法
作者：
salmon範（fàn）
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來源：
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發布日期： 2020.04.25
近日，東莞市草莓视频网站環境檢測儀器有限公司受理一項高低溫快速溫度循環試驗箱定製任務，要求試驗的溫度平均變化為速率為10℃/min左右。當時僅有（yǒu）的兩台利用液氮（dàn）的快速溫度變（biàn）化箱正在做24小時連續10天的試驗。而委托方要求通過試驗盡早（zǎo）確定試品的材料工藝性（xìng）能，在滿足試（shì）品的試（shì）驗（yàn）條件的要求下，經過分析，我們設法在冷熱衝擊試驗箱的吊籃內除存放試品外，再加上有一定熱容（róng）量的負（fù）載，運用熱交（jiāo）換的定律，延長冷（lěng）熱衝（chōng）擊試驗箱的高、低溫工作區極限溫度值的轉（zhuǎn）換時間來達（dá）到試驗要求。而冷熱衝擊試驗箱由於本身的結構特點和國軍標對（duì）有關試（shì）驗設備的要求，冷熱衝擊試驗（yàn）箱的高低溫工作區（qū）要有足夠（gòu）的熱容量，以便使試品在放入試驗箱後，在5
min之內高低（dī）溫工作區（qū）的極限溫度就能回複到規定值。換句話說，就是高低（dī）溫工作區的極限溫度轉換時間必須要在5 min之內完成。
現在一般常見的冷熱（rè）衝擊試驗箱從（cóng）箱體結構上分主要有兩種（zhǒng）。一種是一箱法，即箱體的中間（jiān）是存（cún）放試品的工作（zuò）區，箱體的（de）兩（liǎng）邊分別是高溫室和低溫室，並且高低溫室與（yǔ）存（cún）放試品的工（gōng）作區分別由風門相通，打（dǎ）開（kāi）或者關閉相應的風門就可讓高溫室（shì）或低溫室的空氣通過送風電（diàn）機（jī）快速強迫進人存放試品的（de）工作區，從而使存放試（shì）品的工作（zuò）區實現了快（kuài）速溫度變化的操作。另一種是兩（liǎng）箱式（shì）上下（xià）結構（gòu），上（shàng）半部分為高溫工（gōng）作區（qū），下半部分為低溫工作區，中間由試品吊籃（lán）連接，試品吊（diào）籃由升降機構在高低溫工作區（qū）內上下移動（dòng）。當吊籃移至箱體的上半部分，試品就暴露在高溫工（gōng）作區，當吊籃移至箱（xiāng）體的下半部分，試品就暴露在低溫（wēn）工作區。而極限溫度轉換時間是不能設置的。但溫度循環試驗的溫度變化的速（sù）率是可以根據試品的具體要（yào）求和設備（bèi）的性能進行設置（zhì）的（de），延（yán）長冷熱衝擊試驗箱的高低溫（wēn）極限溫度值的（de）轉換時間也就近似於減（jiǎn）緩了溫度變化的速率。為此我們（men）根據不同質量和（hé）不同金屬材料所具有的熱容量及熱交換的定律作了模（mó）擬試驗，結果證明可以適當延長（zhǎng）冷熱衝擊試驗箱高低溫極限溫度值的溫度轉換時間（jiān）。
我們知道，物（wù）質的熱容量是材料比熱係數和材料的質量乘積：即
在同樣的質量下，材質不同，熱容量也不同。經查找有關資料，鋁材和其它金屬材料（liào）相比，比熱係數（shù）較高，同質量下熱容量較大。鋁材自然（rán）就作為首選。當存放有鋁材的吊籃上（shàng）移至（zhì）高溫工作（zuò）區時，所吸收的熱量為
當存（cún）放有鋁材的吊籃下移至低溫工作區時就要釋放熱量Q放，由（yóu）熱交換定律可知：
由試驗可知，在不考慮其它熱（rè）量損耗的情況下，由（yóu）於鋁（lǚ）材熱量的釋放將低溫（wēn）工作區的極限溫度升高△t1，當低（dī）溫區的工作空間一定（dìng）時，Q吸越大，△t1也越大。並隨著（zhe）鋁材（cái）的熱量不斷（duàn）釋放，低溫（wēn）工（gōng）作區（qū）的溫度也在逐（zhú）步上升，但此時由於冷熱衝（chōng）擊試驗箱的低（dī）溫（wēn）工作區在繼續製冷及風扇（shàn）電機的（de）空氣（qì）強迫對流，終使冷熱衝擊試驗箱的低溫工作區的溫（wēn）度逐漸趨向平衡而達到極限值。在這個溫度（dù）變化過程中由於鋁材的熱量不斷釋放，使得低溫工作區（qū）的（de）極限（xiàn）溫（wēn）度值的下降速率有所減緩，而不像溫度衝擊那樣，吊籃的溫度瞬間就下（xià）降到低溫的溫度極限值。反（fǎn）之，當吊籃上升至高溫工作區時，也（yě）由於鋁材在不斷地吸（xī）收熱量，將高溫工作區的極限溫度下降△t1，同樣也由於高溫（wēn）工作區的繼續加熱及風扇電機的空氣強迫對流，終使冷熱（rè）衝擊試驗箱的高溫工作區的溫度逐漸趨向平衡而達到（dào）極限值。根（gēn）據以上的試驗，我們在不影響冷熱衝擊試驗箱吊籃的承重力情況下通過多次（cì）適當的調整（zhěng）鋁材的質量，並按國（guó）家有關《電（diàn）工電子（zǐ）產品環境試驗的設備基本參數檢（jiǎn）定方法》標準，在吊籃內有關的位置布設相應的溫度傳感（gǎn）器進行了測量，溫度偏差均在規定值內，總的溫度平均速（sù）率也均在10℃/min左右。這樣在試品對溫度變化沒有線性度要求的情況下，基本上滿足（zú）了試品的試驗條件要求，使試品成功地通過了試驗。後來，我們根據同樣的方法又做了一次摸底試驗（yàn）。兩（liǎng）次試驗不僅均滿足（zú）檢測需求，又節（jiē）約了試驗材料費（fèi）用4萬（wàn）餘元(按（àn）每天一瓶液氮（dàn）450元計，共（gòng）需90瓶)。
圖1、圖2是用冷熱衝擊試驗箱延長溫度轉換時（shí）間得到的溫度升降曲線。
從圖中可看出，高（gāo）溫工作區的極限溫度與低溫工作區（qū）的極限溫度的轉換時（shí）間約在10~ 15 min之間，而且在溫度（dù）上升或下（xià）降區域的溫（wēn）度變（biàn）化速率（lǜ）較快。運用（yòng）熱交換定律，用冷熱衝擊試（shì）驗箱做快速溫度循環試驗，每次做（zuò）試驗，都要根據試品的質量和具體試驗（yàn）條件的要求（qiú），需反複進（jìn）行測算和調（diào）整鋁材的質（zhì）量的模擬（nǐ）試驗。據了解，現國內有兩種高低溫快速溫變試驗箱。一（yī）種是升降溫度速率沒有線性度要求的試驗箱，另一種是升降溫速率有線性（xìng）度要求的試驗箱。經試驗比較，從（cóng）用熱交（jiāo）換定律和模擬（nǐ）試驗後的升降溫曲線來看，使用效果近似（sì）於沒有線性度要求的快速升降溫試驗（yàn）箱。
