一、前言

    高（gāo）低溫試驗箱主要是電子行業（yè）對元器件、組（zǔ）件及整機進行高（gāo）溫低溫或高低溫交變試驗不可缺少的一種環境試驗設備。液氮（dàn）高低溫（wēn）試驗箱（xiāng）通過液氮獲得低溫，用電熱紅外陶（táo）瓷片獲得高溫。溫度的測量與控製采用數字式溫度調節儀實現自（zì）動控製。箱內溫度可在土90°C之間任意調控。

    二、工作原理

    當試驗箱需要高（gāo）溫時，設（shè）定溫度（dù）必須高於室溫，由內箱體（tǐ）上的紅外陶瓷片加熱升溫，箱內溫度達到設（shè）定溫度時，便（biàn）自動切斷加熱電源，停止（zhǐ）加熱，箱內（nèi）溫度隨著試驗箱的漏熱而慢慢降低,低於設定溫度時，又接通電源（yuán）加熱而（ér）升溫。當試驗箱（xiāng）需（xū）要低溫時,設定溫（wēn）度低於室溫，利用液氮的潛熱和顯熱吸熱降（jiàng）溫。箱內溫度（dù）高於設定溫度,機（jī）械泵啟動,將液氮從（cóng）杜瓦瓶中抽入內箱體的（de）蛇形管內，由於箱內溫（wēn）度高於液（yè）氮的沸（fèi）點，液氮在蛇形管內急劇蒸發而吸熱，然後，冷的氮蒸汽沿管內繼續向前流動，也（yě）要吸（xī）收（shōu）箱內的（de）熱量（liàng），從而（ér）獲得低溫。箱內溫度低到設定溫度時，便自動斷開機械泵電源，液氮（dàn）停止流入蛇形管內，箱內（nèi）溫度隨試驗箱（xiāng）的漏熱慢慢升高，高於設定溫度時，又接通機械泵電源降溫。這樣（yàng），周而複始便可以獲得所需要的溫度。

    三、設計計（jì）算

    1、絕熱層的 設計
    絕熱層直接影（yǐng）響試驗箱的絕熱性能。首先，絕熱材料（liào）要具有很小的熱導率（lǜ）,吸水性小，性能（néng）穩定，便於成型（xíng）加工，同時，必須具有一定（dìng）的耐高溫和低溫（wēn）性能。為此，我們選用聚氨酯泡沫塑料作絕熱材料,采用整體澆注（zhù）成型。絕熱（rè）層的厚度-般以絕熱結構的（de）外表麵不結露為基本條件（jiàn），即外表麵的溫度要高於露點。試驗（yàn）箱為（wéi）長方體，是平壁形（xíng）絕熱結構。
    2、試驗箱的熱導
    試驗箱的熱傳遞分兩種（zhǒng）情況，當（dāng）箱內溫度高於室溫時，箱內（nèi）熱量通過絕熱層傳至箱外，當箱內溫度低於室溫時，箱外的熱量通過絕熱層傳到箱內。由於絕熱層采（cǎi）用整體澆注發泡，箱體口采用兩道密封，因此，試驗箱的（de）熱損主要是絕熱層及箱口麵的固體導熱。
    3、加熱功率
    (1)平衡時（shí）的加熱功率
    試驗（yàn）箱平衡時的加熱功率應大於或至少（shǎo）等於其漏熱，漏熱與箱體內外的溫差有關。
    (2)起始加熱功（gōng）率
    設（shè）在起始（shǐ）加熱過程中，環境溫度不變。起始加熱功率決定了試（shì）驗的溫度（dù）上升特性。采用通斷式控溫時,起始加熱功率（lǜ）大，箱內溫度的超調量大（dà），所控溫度的波動增大。在滿足升溫時間的條件下，盡可能減小起始加熱功率。為（wéi）了（le）兼（jiān）顧，開（kāi）始采用大功率加熱,待溫度快接近設定溫度時（shí），改用小功率加熱。
    4、液（yè）氮耗量
     液氮高低溫試驗箱平（píng）衡時所需要的（de）冷（lěng）量（liàng）至少等於其箱體的漏（lòu）熱，溫（wēn）差為△T時的漏熱為:
    Q= K△T
    由上式（shì）可知，不同的溫（wēn）差所需要的冷量不同，這就要求（qiú）液（yè）氮的流量應隨△T的變化而變。為了簡化結構及控製，我們采用恒定的液氮流量，以液氮通流的時間長短來獲得不同的低溫溫度，箱內溫度到-90℃時所需冷量為Q=58. 4W。
    5、蛇形換熱（rè） 器的設計
    繞在內（nèi）箱體上的蛇形紫銅管，用於液氮和內箱體進行熱交換。試驗箱製冷時,液氮在蛇形管內總是產生兩相流動。當液氮初進入銅管時，噴到（dào）熱的管（guǎn）壁上，便急速沸騰,產生強烈的壓力振蕩,然後冷蒸汽（qì）繼續流動使銅管得到冷卻，由於銅（tóng）管與內（nèi）箱體采用錫焊，具有良好的傳熱，使內箱體也迅速被冷卻（què）。為充分（fèn）利用液氮冷量，必須合理選擇蛇管直徑和長度,管徑較小較長，流動阻力增加，影響（xiǎng）降溫（wēn）時間和製冷量（liàng）。根據液氮耗量和流動阻力估算,據實驗結果，蛇形管換熱器設計為∅8X0.5mm，長度為11米較佳。