如何選擇高低溫濕熱試驗箱

簡介:用來考核或確定產(chǎn)品在溫度循環(huán)變化、產(chǎn)品表面產(chǎn)生凝露的濕熱條件下儲存和（或）使用的適應性。

相關標準：gb/t2423.4iec60068-2-30gjb150.9等

1）濕熱對產(chǎn)品的影響

潮濕環(huán)境可以引起材料的機械性能和化學性能的變化，如體膨脹、機械強度降低等。

由于吸潮，使密封產(chǎn)品的密封性能降低或遭破壞、產(chǎn)品表面涂敷層剝落、產(chǎn)品標記模糊不清等。

由于凝露和吸附作用，使絕緣材料的表面絕緣電阻下降。

由于水分的吸收和擴散作用，使絕緣材料的體積電阻下降，從而產(chǎn)生漏電流。

對于整機設備，將會導致靈敏度降低、頻率漂移等。

濕熱的腐蝕作用是由于空氣中含有少量的酸、堿性雜質(zhì)，或由于產(chǎn)品表面附著如焊渣、汗?jié)n等污染物質(zhì)而引起間接的化學和電化學腐蝕作用。

對于不同的金屬材料、金屬和非金屬材料之間，即使在沒有污染物質(zhì)存在的條件下，只要有適宜的濕度條件或有凝露，由于化學或電化學作用的結(jié)果，也會引起不同程度的腐蝕。

2)濕度環(huán)境效應

1.材料的膨脹。

2.物理強度的喪失。

3.化學性能的改變。

4.絕緣材料性能的退化。

5.電性短路。

6.活動機件由于腐蝕及潤滑劑污濁造成卡死。

7.金屬材料的氧化腐蝕。

8.可塑性的喪失。

9.加速化學反應。

10.電子元件的退化。

3)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)境試驗條件，氣候箱工作尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應遵循以下幾點規(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10%。

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

c）被試產(chǎn)品外廓表面距試驗箱壁的距離至少保持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立方米正方體箱子為例，面積比為1：(0.35～0.5）相當于體積之比為1：（0.207～0.354）。距箱壁100～150mm相當于體積之比為1：（0.343～0.512）�？偫ㄉ鲜鋈�點規(guī)定，氣候環(huán)境試驗箱的工作腔容積至少應是被試產(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暢的通道，通道變窄將導致氣流流速的增加。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)不符，因為在有關標準中對涉及溫度環(huán)境試驗都規(guī)定試驗箱內(nèi)試驗樣件周圍的空氣流速不應超過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。在空載時試驗箱內(nèi)平均風速為0.6~0.8m/s，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,流場的風速可能增大(50~100)%，平均最高風速為(1~1.7)米/秒.滿足標準規(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斷面積,則實際試驗時氣流風速將增大到超出試驗標準所規(guī)定的最高風速,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，這種影響也就越嚴重。實測試驗數(shù)據(jù)表明，流場中迎風面與背風面的溫差可達到3～8℃，嚴重時可大到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。

4)溫度范圍的選擇

目前，國外溫度試驗箱的范圍大體上為－73～+177℃，或－70～+180℃。國內(nèi)多數(shù)廠家一般為－70～+130℃，－60～+130℃，－40～+130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通�？梢詽M足國內(nèi)絕大多數(shù)軍用、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，不可盲目提高溫度上限。因為上限溫度越高，箱體內(nèi)外的溫差越大，箱體內(nèi)部流場的均勻性也越差。可利用的工作室體積也就越小。另一方面，上限溫度值越高，對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。

5)濕度范圍的選擇

國內(nèi)外環(huán)境試驗箱給出的濕度指標大都是20～98%rh或30～98%rh，如果濕熱試驗箱沒有除濕系統(tǒng)，則濕度范圍為60～98%，這一類試驗箱只能做高濕試驗，但它的價格低得多。值得注意的是在濕度指標后面應該注明相應的溫度范圍，或給出最低露點溫度。因為相對濕度是與溫度直接相關的，對于同樣的絕對含濕量，溫度越高，相對濕度就越小，如絕對含濕量為5g/kg（指1公斤干空氣中含有5克的水蒸汽），當溫度為29℃時，相對濕度為20%rh，溫度為6℃時，相對濕度為90%rh，當溫度降至4℃以下，相對濕度超過100%，在箱體內(nèi)會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

實現(xiàn)高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠，進行加濕。低溫低濕則相對難于控制，因為此時的絕對含濕量很低，有時比大氣中的絕對含濕量低很多，需要對箱體內(nèi)流動的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管。當濕空氣經(jīng)過冷管時，其相對濕度會達到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到零度以下的露點溫度，但是當冷點表面溫度到達0℃時，光管表面結(jié)露的水滴會結(jié)冰，從而影響光管表面的熱交換，使除濕能力下降。又因為箱體不可能絕對密封，大氣中的濕空氣會滲入到箱體內(nèi)，使露點溫度回升。另一方面，在光管間流動的濕空氣只是在和光管（冷點）接觸的瞬間達到飽和狀態(tài)而析出水蒸汽，因此這種除濕方法很難使箱體內(nèi)的露點溫度在到0℃以下。實際所達到的最低露點溫度為5～7℃。露點溫度5℃相當于絕對含濕量為0.0055g/kg，對應相對濕度20%rh的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進相對濕度達到20%rh，此時的露點溫度為－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)才能實現(xiàn)。

6)控制方式的選擇

溫度、濕度試驗箱有恒定試驗箱、交變試驗箱兩種情況。普通的高低溫試驗箱一般指的是恒定高低溫試驗箱，其控制方式為：設定一個目標溫度，試驗箱具有自動恒溫到目標溫度點的能力。恒定溫濕度試驗箱的控制控制方式也類似，設定一個目標溫度、濕度點，試驗箱具有自動恒溫到目標溫度、濕度點的能力。高、低溫交變試驗箱具有設定一條或者多條高低溫變化、循環(huán)的程序，試驗箱有能力根據(jù)預置的曲線完成試驗過程，并且可以在最大升溫、降溫速率能力的范圍內(nèi)，精確控制升溫、降溫的速率，即可以根據(jù)設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箱也具有預置溫度、濕度曲線，并且根據(jù)預置進行控制的能力。當然，交變試驗箱都具有恒定試驗箱的功能，但交變試驗箱的制造成本較高，因為交變試驗箱需配置有曲線自動記錄裝置、程序控制儀，還須解決試驗箱在工作室內(nèi)溫度較高的情況下開啟制冷機等問題，因此，交變試驗箱的價格比恒定試驗箱的價格一般要高20%以上。因此，我們應當實事求是的以試驗方法的需要為出發(fā)點，選用恒定試驗箱或者是交變試驗箱。

7)變溫速率的選擇

普通的高低溫試驗箱沒有降溫速度的指標，從環(huán)境溫度降溫到標稱的最低溫度的時間一般為90～120min。高低溫交變試驗箱、高低溫交變濕熱試驗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箱的變溫速率較快，升溫、降溫速率可以達到3℃/min～15℃/min，在某些溫度段升溫、降溫速率甚至可以達到30℃/min以上。

各種規(guī)格、速度的快速溫度變化試驗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)試驗不同的試驗要求，快速溫度變化試驗箱變溫范圍有的是－55～+80℃，而有的是－40～+80℃。

關于快速溫度變化試驗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（實際上是每5min平均速度）。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內(nèi)，最高溫度與最低溫度之差值與時間之比。目前國外各環(huán)境試驗設備生產(chǎn)廠家提供的變溫速率的技術參數(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時間段內(nèi)，能夠保證的變溫速率。而實際上對于快速溫度變化試驗箱來說，保證線形升降溫速度的難度最大、最關鍵的一段是，在降溫段最后的一個5min的時間段內(nèi)，試驗箱可以達到的降溫速率。從某種角度講，線形升降溫速度（每5min平均速度）更科學。因此試驗設備最好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。

8)風速

有關標準規(guī)定，進行環(huán)境試驗時溫濕箱內(nèi)的風速應小于1.7m/s，對于試驗本身來說，風速越小越好，風速過大會加速試驗件表面與箱體內(nèi)流動氣流的熱交換，于試驗的真實性不利。但為了保證試驗箱工作室內(nèi)的均勻性，試驗箱內(nèi)具有循環(huán)風是必需的。但是快速溫度變化試驗箱以及溫度、濕度、振動等多因素綜合環(huán)境試驗箱，為追求變溫速率，必須加快箱體內(nèi)循環(huán)氣流的流速，風速通常在2～3m/s。因此，對于不同的使用目的，風速的限制是不一樣的。

9)溫度波動度

溫度波動是一個比較容易實現(xiàn)的參數(shù)，所有環(huán)境試驗設備廠家生產(chǎn)的多數(shù)的試驗箱實際的溫度波動都可以控制在±0.3℃的范圍以內(nèi)。

10)溫度場均勻度

為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實際環(huán)境狀況，在環(huán)境試驗中必須保證被試產(chǎn)品的周邊處在同一溫度環(huán)境條件下，為此，必須對試驗箱內(nèi)的溫度梯度和溫度的波動度加以限制。在國軍標gjb150.1－86軍用設備環(huán)境試驗方法總則中明確規(guī)定“試驗樣品附近測量系統(tǒng)的溫度應在試驗溫度的±2℃以內(nèi)，其溫度工不超過1℃/m或總的最大值為2.2℃（試驗樣品不工作）”。

11)濕度的精度控制

環(huán)境試驗箱中測量濕度多數(shù)是采用干濕球法，環(huán)境試驗設備的制造標準gb10586要求，相對濕度偏差應在+2-3%rh。為滿足濕度控制精度的要求，濕度試驗箱的溫度控制精度較高，溫度波動一般小于±0.2℃。否則很難達到濕度控制精度的要求。

12)冷卻方式選擇

試驗箱如果帶有制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)需要進行冷卻。試驗箱有風冷、水冷兩種形式。

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