溫濕度試驗(yàn)箱【恒溫恒濕箱】的選型及安置場(chǎng)所選用原則

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一、恒溫恒濕箱溫濕度箱的選擇

    1.1、恒溫恒濕箱容積的選擇

    將被試產(chǎn)品(元器件、組件、部件或整機(jī))置入氣候環(huán)境箱進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)條件，氣候箱工作尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)規(guī)定：

    a)被試產(chǎn)品的體積(W×D×H)不得超過試驗(yàn)箱有效工作空間的(20～35)%(推薦選用20%)。對(duì)于在試驗(yàn)中發(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于10%。

    b)被試產(chǎn)品的迎風(fēng)斷面積與該斷面上試驗(yàn)箱工作室總面積之比不大于(35～50)%(推薦選用35%)。

    c)被試產(chǎn)品外廓表面距試驗(yàn)箱壁的距離至少保持100～150mm，(推薦選用150mm)。

    上述三點(diǎn)規(guī)定實(shí)際上是相互依存和統(tǒng)一的。以1立方米正方體箱子為例，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(diǎn)規(guī)定，氣候環(huán)境試驗(yàn)箱的工作腔容積至少應(yīng)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(diǎn)：

    1〕被試驗(yàn)件置入箱體后擠占了流暢的通道，通道變窄將導(dǎo)致氣流流速的增加。加速氣流與被試驗(yàn)件之間的熱交換。這與環(huán)境條件的再現(xiàn)不符，因?yàn)樵谟嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)涉及溫度環(huán)境試驗(yàn)都規(guī)定試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)樣件周圍的空氣流速不應(yīng)超過1.7m/s，以防止試驗(yàn)樣件和周圍氣氛產(chǎn)生不符合實(shí)際的熱傳導(dǎo)。在空載時(shí)試驗(yàn)箱內(nèi)平均風(fēng)速為0.6～0.8m/s，不超過1m/s，滿足a)、b)兩點(diǎn)要求所規(guī)定的空間及面積比時(shí)，流場(chǎng)的風(fēng)速可能增大(50～100)%，平均zui高風(fēng)速為(1～1.7)m/s。滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。如果在試驗(yàn)中不加限制地加大試驗(yàn)件的體積或迎風(fēng)斷面積，則實(shí)際試驗(yàn)時(shí)氣流風(fēng)速將增大到超出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的zui高風(fēng)速，其試驗(yàn)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(cè)的結(jié)果，一旦置入被試驗(yàn)件后，對(duì)試驗(yàn)箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)生影響，試驗(yàn)件占有的空間越大，這種影響也就越嚴(yán)重。實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，流場(chǎng)中迎風(fēng)面與背風(fēng)面的溫差可達(dá)到3～8℃，嚴(yán)重時(shí)可大到10℃以上。因此，必須盡量滿足a〕、b〕兩項(xiàng)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(chǎng)中心溫度相差2～3℃，在高低溫的上下*，還可能達(dá)到5℃。箱壁的溫度與箱壁附近流場(chǎng)的溫度又相差2～3℃(視箱壁的結(jié)構(gòu)和材料而定)試驗(yàn)溫度與外界大氣環(huán)境相差越大，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。

    1.2、恒溫恒濕箱控制方式的選擇

    溫度、濕度試驗(yàn)箱有恒定試驗(yàn)箱、交變?cè)囼?yàn)箱兩種情況。

    普通的高低溫試驗(yàn)箱一般指的是恒定高低溫試驗(yàn)箱，其控制方式為：設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度，試驗(yàn)箱具有自動(dòng)恒溫到目標(biāo)溫度點(diǎn)的能力。

恒定溫濕度試驗(yàn)箱的控制控制方式也類似，設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度、濕度點(diǎn)，試驗(yàn)箱具有自動(dòng)恒溫到目標(biāo)溫度、濕度點(diǎn)的能力。高、低溫交變?cè)囼?yàn)箱具有設(shè)定一條或者多條高低溫變化、循環(huán)的程序，試驗(yàn)箱有能力根據(jù)預(yù)置的曲線完成試驗(yàn)過程，并且可以在zui大升溫、降溫速率能力的范圍內(nèi)，控制升溫、降溫的速率，即可以根據(jù)設(shè)定的曲線的斜率控制升溫、降溫速率。同樣，高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱也具有預(yù)置溫度、濕度曲線，并且根據(jù)預(yù)置進(jìn)行控制的能力。當(dāng)然，交變?cè)囼?yàn)箱都具有恒定試驗(yàn)箱的功能，但交變?cè)囼?yàn)箱的制造成本較高，因?yàn)榻蛔冊(cè)囼?yàn)箱需配置有曲線自動(dòng)記錄裝置、程序控制儀，還須解決試驗(yàn)箱在工作室內(nèi)溫度較高的情況下開啟制冷機(jī)等問題，因此，交變?cè)囼?yàn)箱的價(jià)格比恒定試驗(yàn)箱的價(jià)格一般要高20%以上。因此，我們應(yīng)當(dāng)實(shí)事求是的以試驗(yàn)方法的需要為出發(fā)點(diǎn)，選用恒定試驗(yàn)箱或者是交變?cè)囼?yàn)箱。

    1.3、恒溫恒濕箱溫度范圍的選擇

    目前，國(guó)外溫度試驗(yàn)箱的范圍大體上為-73～177℃，或-70～150℃。國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家一般為-80～130℃，-60～130℃，-40～130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通常可以滿足國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)軍用、民用產(chǎn)品溫度試驗(yàn)的需要，除非確有特殊需要，如安裝位置靠近發(fā)動(dòng)機(jī)等熱源的產(chǎn)品外，不可盲目提高溫度上限。因?yàn)樯舷逌囟仍礁撸潴w內(nèi)外的溫差越大，箱體內(nèi)部流場(chǎng)的均勻性也越差?？衫玫墓ぷ魇殷w積也就越小。另一方面，上限溫度值越高，對(duì)箱壁夾層中保溫材料(如玻璃棉等)的耐熱性要求越高。箱體密封性的要求也越高，使箱體的制作成本增加。

    1.4、恒溫恒濕箱濕度范圍的選擇

    國(guó)內(nèi)外環(huán)境試驗(yàn)箱給出的濕度指標(biāo)大都是20～98%RH或30～98%RH，如果濕熱試驗(yàn)箱沒有除濕系統(tǒng)，則濕度范圍為60～98%，這一類試驗(yàn)箱只能做高濕試驗(yàn)，但它的價(jià)格低得多。值得注意的是在濕度指標(biāo)后面應(yīng)該注明相應(yīng)的溫度范圍，或給出zui低露點(diǎn)溫度。因?yàn)橄鄬?duì)濕度是與溫度直接相關(guān)的，對(duì)于同樣的含濕量，溫度越高，相對(duì)濕度就越小，如含濕量為5g/Kg(指1公斤干空氣中含有5克的水蒸汽)，當(dāng)溫度為29℃時(shí)，相對(duì)濕度為20%RH，溫度為6℃時(shí)，相對(duì)濕度為90%RH，當(dāng)溫度降至4℃以下，相對(duì)濕度超過100%，在箱體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

    實(shí)現(xiàn)高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠，進(jìn)行加濕。低溫低濕則相對(duì)難于控制，因?yàn)榇藭r(shí)的含濕量很低，有時(shí)比大氣中的含濕量低很多，需要對(duì)箱體內(nèi)流動(dòng)的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預(yù)調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管。當(dāng)濕空氣經(jīng)過冷管時(shí)，其相對(duì)濕度會(huì)達(dá)到100%RH，因空氣飽和在光管上結(jié)露，使空氣變得更干燥。這種除濕方式理論上可達(dá)到零度以下的露點(diǎn)溫度，但是當(dāng)冷點(diǎn)表面溫度到達(dá)0℃時(shí)，光管表面結(jié)露的水滴會(huì)結(jié)冰，從而影響光管表面的熱交換，使除濕能力下降。又因?yàn)橄潴w不可能密封，大氣中的濕空氣會(huì)滲入到箱體內(nèi)，使露點(diǎn)溫度回升。另一方面，在光管間流動(dòng)的濕空氣只是在和光管(冷點(diǎn))接觸的瞬間達(dá)到飽和狀態(tài)而析出水蒸汽，因此這種除濕方法很難使箱體內(nèi)的露點(diǎn)溫度在到0℃以下。實(shí)際所達(dá)到的zui低露點(diǎn)溫度為5～7℃。露點(diǎn)溫度5℃相當(dāng)于含濕量為0.0055g/Kg，對(duì)應(yīng)相對(duì)濕度20%RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進(jìn)相對(duì)濕度達(dá)到20%RH，此時(shí)的露點(diǎn)溫度為-3℃，采用致冷方式除濕是很困難的，必須選用空氣干燥系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)。

1.5、恒溫恒濕箱溫變速率的選擇

    普通的高低溫試驗(yàn)箱沒有降溫速度的指標(biāo)，從環(huán)境溫度降溫到標(biāo)稱的zui低溫度的時(shí)間一般為90～120min。高低溫交變?cè)囼?yàn)箱、高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱都有變溫速度的要求，其變溫速率一般要求1℃/min，在此速率的范圍內(nèi)速度可調(diào)。而快速溫度變化試驗(yàn)箱的變溫速率較快，升溫、降溫速率可以達(dá)到3℃/min～15℃/min，在某些溫度段升溫、降溫速率甚至可以達(dá)到30℃/min以上。

    各種規(guī)格、速度的快速溫度變化試驗(yàn)箱的溫度范圍一般都是相同的，即-60～130℃，但考核降溫速度的變溫范圍卻不盡相同，根據(jù)試驗(yàn)不同的試驗(yàn)要求，快速溫度變化試驗(yàn)箱變溫范圍有的是-55～80℃，而有的是-40～80℃。

    關(guān)于快速溫度變化試驗(yàn)箱的變溫速率有兩種提法，一種是全程平均升降溫速度，一種是線形升降溫速度(實(shí)際上是每5min平均速度)。全程平均速度是指在試驗(yàn)箱的變溫范圍內(nèi)，zui高溫度與zui低溫度之差值與時(shí)間之比。目前國(guó)外各環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的變溫速率的技術(shù)參數(shù)都是指的全程平均速率。線形升降溫速度指在任意的每5min時(shí)間段內(nèi)，能夠保證的變溫速率。而實(shí)際上對(duì)于快速溫度變化試驗(yàn)箱來說，保證線形升降溫速度的難度zui大、zui關(guān)鍵的一段是，在降溫段zui后的一個(gè)5min的時(shí)間段內(nèi)，試驗(yàn)箱可以達(dá)到的降溫速率。從某種角度講，線形升降溫速度(每5min平均速度)更科學(xué)。因此試驗(yàn)設(shè)備具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度(每5min平均速度)這兩個(gè)參數(shù)。一般來說，線形升降溫速度(每5min平均速度)是全程平均升降溫速度的1/2。

    1.6、風(fēng)速

    有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí)溫濕箱內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)小于1.7m/s，對(duì)于試驗(yàn)本身來說，風(fēng)速越小越好，風(fēng)速過大會(huì)加速試驗(yàn)件表面與箱體內(nèi)流動(dòng)氣流的熱交換，于試驗(yàn)的真實(shí)性不利。但為了保證試驗(yàn)箱工作室內(nèi)的均勻性，試驗(yàn)箱內(nèi)具有循環(huán)風(fēng)是必需的。但是快速溫度變化試驗(yàn)箱以及溫度、濕度、振動(dòng)等多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)箱，為追求變溫速率，必須加快箱體內(nèi)循環(huán)氣流的流速，風(fēng)速通常在2～3m/s。因此，對(duì)于不同的使用目的，風(fēng)速的限制是不一樣的。

   1.7、溫度均勻度

  為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實(shí)際環(huán)境狀況，在環(huán)境試驗(yàn)中必須保證被試產(chǎn)品的周邊處在同一溫度環(huán)境條件下，為此，必須對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度梯度和溫度的波動(dòng)度加以限制。在國(guó)軍標(biāo)GJB150.1-86軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法總則中明確規(guī)定“試驗(yàn)樣品附近測(cè)量系統(tǒng)的溫度應(yīng)在試驗(yàn)溫度的±2℃以內(nèi)，其溫度工不超過1℃/m或總的zui大值為2.2℃(試驗(yàn)樣品不工作)”。

    1.8、溫度波動(dòng)度

    溫度波動(dòng)是一個(gè)比較容易實(shí)現(xiàn)的參數(shù)，所有環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備廠家生產(chǎn)的多數(shù)的試驗(yàn)箱實(shí)際的溫度波動(dòng)都可以控制在±0.3℃的范圍以內(nèi)。

     1.9、濕度的精度控制

    環(huán)境試驗(yàn)箱中測(cè)量濕度多數(shù)是采用干濕球法，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的制造標(biāo)準(zhǔn)GB10586要求，相對(duì)濕度偏差應(yīng)在±23%RH。

為滿足濕度控制精度的要求，濕度試驗(yàn)箱的溫度控制精度較高，溫度波動(dòng)一般小于±0.2℃。否則很難達(dá)到濕度控制精度的要求。

    1.10、冷卻方式選擇

    試驗(yàn)箱如果帶有制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)需要進(jìn)行冷卻。試驗(yàn)箱有風(fēng)冷、水冷兩種形式

    二、恒溫恒濕箱*恒溫恒濕試驗(yàn)箱*選擇應(yīng)遵循以下五條基本常見原則：

    2.1、環(huán)境條件的再現(xiàn)性

    在試驗(yàn)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*可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存、運(yùn)輸?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件。

    2.2、環(huán)境條件的可重復(fù)性

    一臺(tái)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備可能用于同一類型產(chǎn)品的多次試驗(yàn)，而一臺(tái)被試的工程產(chǎn)品也可能在不同的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中進(jìn)行試驗(yàn)，為了保證同一臺(tái)產(chǎn)品在同一試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)條件下所得試驗(yàn)結(jié)果的可比較性，必然要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供的環(huán)境條件具有可重復(fù)性。這也就是說，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備施用于被試驗(yàn)產(chǎn)品的應(yīng)力水平(如熱應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力、電應(yīng)力等)對(duì)于同一試驗(yàn)規(guī)范的要求是一致的。

    2.3、環(huán)境條件參數(shù)的可測(cè)控性

    任何一臺(tái)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供的環(huán)境條件必須是可觀測(cè)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(yàn)條件的再現(xiàn)性和重復(fù)性的要求，而且從產(chǎn)品試驗(yàn)的安全出發(fā)也是必須的，以便防止環(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。

    2.4、環(huán)境試驗(yàn)條件的排它性

    每一次進(jìn)行環(huán)境或可靠性試驗(yàn)，對(duì)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(yàn)所需的環(huán)境因素滲透其中，以便在試驗(yàn)中或試驗(yàn)結(jié)束后判斷和分析產(chǎn)品失效與故障模式時(shí)，提供確切的依據(jù)，故要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備除提供所規(guī)定的環(huán)境條件外，不允許對(duì)被試產(chǎn)品附加其它的環(huán)境應(yīng)力干擾。

    2.5、試驗(yàn)設(shè)備的安全可靠性

    環(huán)境試驗(yàn)，特別是可靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，試驗(yàn)的對(duì)象有時(shí)是價(jià)值很高的軍工產(chǎn)品，試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)人員經(jīng)常要在現(xiàn)場(chǎng)周圍操作巡視或測(cè)試工作，因此要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備必須具有運(yùn)行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，以確保試驗(yàn)本身的正常進(jìn)行。

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