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技術(shù)文章

溫濕度環(huán)境試驗箱選型指南
一、 設(shè)備選擇依據(jù)
　　存在于地球表面及大氣層空間中的自然環(huán)境因素和誘發(fā)環(huán)境因素的種類，目前還無法統(tǒng)計出個確切的數(shù)目。其中對工程產(chǎn)品（設(shè)備）的使用及壽命影響較大的因素不下幾十種。從事工程產(chǎn)品環(huán)境條件研究的工程師們將自然界存在以及人類活動所誘發(fā)的環(huán)境條件整理歸納為一系列的試驗標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，用以指導(dǎo)工程產(chǎn)品的環(huán)境及可靠性試驗。如指導(dǎo)**產(chǎn)品進行環(huán)境試驗的GJB150—中華人民共和國國家**標(biāo)準(zhǔn)《**設(shè)備環(huán)境試驗方法》,指導(dǎo)電工電子產(chǎn)品進行環(huán)境試驗的GB2423—中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗方法指南》等。因此，我們選擇環(huán)境及可靠性試驗設(shè)備時主要的依據(jù)是工程產(chǎn)品的試驗規(guī)范和試驗標(biāo)準(zhǔn)。
　　其次，為了規(guī)范試驗設(shè)備中環(huán)境試驗條件的容差，保證環(huán)境參數(shù)的控制精度，國家技術(shù)監(jiān)督機構(gòu)及各工業(yè)部門還制訂了一系列的環(huán)境試驗設(shè)備及檢測儀器儀表的檢定規(guī)程。如中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5170《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備基本參數(shù)檢定方法》,又如國家技術(shù)監(jiān)督局頒布實施的JJG190-89《電動振動試驗臺系統(tǒng)試行檢定規(guī)程》等。這些檢定規(guī)程也是選擇環(huán)境及可靠性試驗設(shè)備的重要依據(jù),不符合這些檢定規(guī)程要求的試驗設(shè)備是不允許投入使用的。
二、 設(shè)備選擇基本原則
環(huán)境及可靠性試驗設(shè)備的選擇應(yīng)遵循以下五條基本原則：
1．環(huán)境條件的再現(xiàn)性
　　在試驗室內(nèi)完整而地再現(xiàn)自然界存在的環(huán)境條件是可望而不可及的事情。但是，在一定的容差范圍之內(nèi)，人們完全可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存、運輸?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件，這段話用工程的語言概括，就是“試驗設(shè)備所創(chuàng)造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的環(huán)境條件（含平臺環(huán)境）應(yīng)該滿足產(chǎn)品試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件及其容差的要求”。如用于**產(chǎn)品試驗的溫度箱不僅要滿足國軍標(biāo)GJB150.3-86、GJB150.4-86中根據(jù)不同類型產(chǎn)品所規(guī)定的高溫、低溫的試驗量值、試驗時間，同時也應(yīng)滿足試驗規(guī)范中對溫度場的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣，才能保證在環(huán)境試驗中環(huán)境條件的再現(xiàn)性。
2．環(huán)境條件的可重復(fù)性
　　一臺環(huán)境試驗設(shè)備可能用于同一類型產(chǎn)品的多次試驗，而一臺被試的工程產(chǎn)品也可能在不同的環(huán)境試驗設(shè)備中進行試驗，為了保證同一臺產(chǎn)品在同一試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗條件下所得試驗結(jié)果的可比較性，必然要求環(huán)境試驗設(shè)備所的環(huán)境條件具有可重復(fù)性。這也就是說，環(huán)境試驗設(shè)備施用于被試驗產(chǎn)品的應(yīng)力水平（如熱應(yīng)力、振動應(yīng)力、電應(yīng)力等）對于同一試驗規(guī)范的要**一致的。
　　環(huán)境試驗設(shè)備所環(huán)境條件的可重復(fù)性是由國家計量檢定部門依據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督機構(gòu)所制定的檢定規(guī)程檢定合格后保證。為此，必須要求環(huán)境試驗設(shè)備能滿足檢定規(guī)程中的各項技術(shù)指標(biāo)及精度指標(biāo)的要求，并且在使用時間上不超過檢定周期所規(guī)定的時限。如使用非常普遍的電動振動臺除滿足激振力、頻率范圍、負(fù)載能力等技術(shù)指標(biāo)外，還必須滿足檢定規(guī)程中規(guī)定的橫向振動比、臺面加速度均勻性、諧波失真度等到精度指標(biāo)的要求，而且每次檢定后的使用周期為二年，超過二年必須重新檢定合格后才能投入使用。
3．環(huán)境條件參數(shù)的可測控性
任何一臺環(huán)境試驗設(shè)備所的環(huán)境條件必須是可觀測的和可控制的，這不僅是為了使環(huán)境參數(shù)限制在一定的容差范圍之內(nèi)，保證試驗條件的再現(xiàn)性和重復(fù)性要求，而且從產(chǎn)品試驗的**出發(fā)也是必須的，以便防止因環(huán)境條件失控導(dǎo)致被試產(chǎn)品的損壞，帶來不必要的損失。目前各種試驗規(guī)范中大體要求參數(shù)測試的精度不應(yīng)低于試驗條件允許誤差的三分之一。
4．環(huán)境試驗條件的排它性
　　每一次進行的環(huán)境或可靠性試驗，對環(huán)境因素的類別、量值及容差都有嚴(yán)格的規(guī)定，并排除非試驗所需的環(huán)境因素滲透其中，以便在試驗中或試驗結(jié)束后判斷和分析產(chǎn)品失效與故障模式時，確切的依據(jù)，故要求環(huán)境試驗設(shè)備除所規(guī)定的環(huán)境條件外，不允許對被試產(chǎn)品附加其它的環(huán)境應(yīng)力干擾。如電動振動臺檢定規(guī)程中所限定的臺面漏磁，加速度信噪比、帶內(nèi)帶外加速度總均方根值比。隨機信號的檢驗、諧波失真度等精度指標(biāo)都是為了保證環(huán)境試驗條件的性而制定的檢定項目。
5．試驗設(shè)備的**可靠性
　　環(huán)境試驗，特別是可靠性試驗，試驗周期長，試驗的對象有時是價值很高的**產(chǎn)品，試驗過程中，試驗人員經(jīng)常要在現(xiàn)場周圍進行操作或測試工作，因此要求環(huán)境試驗設(shè)備必須具有運行**、操作方便、使用可靠、工作壽命長等特點，以確保試驗本身的正常進行。試驗設(shè)備的各種保護、告警措施及**聯(lián)鎖裝置應(yīng)該完善可靠，以保證試驗人員、被試產(chǎn)品和試驗設(shè)備本身的**可靠性。
三、 溫濕度箱的選擇
1． 溫濕度箱容積的選擇
　　將被試產(chǎn)品（元器件、組件、部件或整機）置入氣候環(huán)境箱進行試驗時，為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件，氣候箱工作空間尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點規(guī)定：
　　a 被試產(chǎn)品的體積（W×D×H）不得超過試驗箱有效工作空間的（20-35）（推薦選用20）。對于在試驗中發(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于30。
　　b 被試產(chǎn)品的迎風(fēng)斷面積與該斷面上試驗箱工作腔總面積之比不大
于（35-50）（推薦選用35）。
　　c 被試產(chǎn)品外廓表面距試驗箱壁的距離至少應(yīng)保持100 -150mm，
（推薦選用150mm）。

　　上述三點規(guī)定實際上是相互依存和統(tǒng)一的。以1立方米正立方體箱子為例，面積比為1：（0.35~0.5）相當(dāng)于體積之比為1:0.207~0.354。距箱壁100-150mm相當(dāng)于體積之比為1:0.343~0.512。
　　總括上述三點規(guī)定,氣候環(huán)境試驗箱的工作腔容積至少就是被試產(chǎn)品外廓體積的3~5倍,作出這種規(guī)定的理由有以下幾點:
　　1） 被試驗件置入箱體后擠占了流場中氣流的通道，通道變窄將導(dǎo)致氣流流速的嗇。加速氣流與被試驗件之間的熱交換，這與環(huán)境條件的再現(xiàn)性不符，因為在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對涉及溫度環(huán)境試驗都規(guī)定試驗箱內(nèi)試驗樣周圍的空氣流速不應(yīng)超過1.7m/s，以防止試驗樣件和周圍氣氛產(chǎn)生不符合實際的熱傳導(dǎo)，在空載時試驗箱內(nèi)平均風(fēng)速為0.6~0.8m不超過1m/s，滿足a、b）兩點要求所規(guī)定的空間及面積比時，流場的風(fēng)速可能增大（50~100），平均高風(fēng)速為（1.17）m/s，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。如果在試驗中不加限制地加大試驗件的體積或迎風(fēng)斷面積，則實際試驗時氣流風(fēng)速將增大到超出試驗標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的高風(fēng)速，其試驗結(jié)果的有效性將受到懷疑。
　　2） 氣候箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、鹽霧沉降率等）的精度指標(biāo)都是在空載狀態(tài)下檢測的結(jié)果，一旦置入被試驗件后，對試驗箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)生影響，試驗件占有的空間越大，這種影響也就越嚴(yán)重。實測試驗數(shù)據(jù)表明，流場中迎風(fēng)面與背風(fēng)面的溫差可達到3~8℃，嚴(yán)重時可大到10℃以上。因此，必須盡量滿足a、b兩項要求，以保證被試產(chǎn)品周圍環(huán)境參數(shù)的均勻性。
　　3） 根據(jù)熱傳導(dǎo)的原理，箱壁附近氣流的溫度通常與流場中心溫度相差2~3℃，在高低溫的上下限時，還可能達到5℃。箱壁的溫度與箱壁附近流場的溫度又相差2~3℃（視箱壁的結(jié)構(gòu)和材料而定）。試驗溫度與外界大氣環(huán)境溫度相差越大，上述溫差也越大，因此，距箱壁（100~150mm）距離內(nèi)的空間是不可利用空間。
2．溫度范圍
　　目前，國外溫度試驗箱的溫度范圍大體上為（-73 ~ +177℃），或（-70 ~ +180℃）。多數(shù)廠家為（-70 ~ +120℃），也有高溫到150℃。這個溫度范圍通?？梢詽M足輛絕大多數(shù)**、民用產(chǎn)品溫度試驗的需要，除非確有特殊需要，如安裝位置靠近發(fā)動機等熱源的產(chǎn)品外，不可盲目利用的工作腔體積也就越小。另一方面，上限溫度越高，對箱壁夾層中保溫材料（如玻璃棉等）的耐熱性要求也越高。箱體密封性的要求也越高，使箱體的制作成本增