高低溫交變?cè)囼?yàn)箱均勻度超差的原因
高低溫交變?cè)囼?yàn)箱，主要用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行高低溫試驗(yàn)，濕熱試驗(yàn)。主要為航空、航天、汽車、摩托車、、石油、化工、船舶、電子、通信等科研及生產(chǎn)單位提供恒定溫度或恒定濕熱的氣候環(huán)境，供用戶對(duì)整機(jī)(或部件)、電器、儀器、材料、涂層、鍍層等作相應(yīng)的高低溫漸變?cè)囼?yàn)、濕熱試驗(yàn)、耐寒性試驗(yàn)、濕熱儲(chǔ)存等，以便對(duì)試樣在擬定環(huán)境條件下的性能、適應(yīng)性作出分析及評(píng)價(jià)。更能真實(shí)地反映電工、電子產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中對(duì)高低溫、濕熱環(huán)境變化的適應(yīng)性，暴露產(chǎn)品的缺陷，是新產(chǎn)品研制、樣機(jī)試驗(yàn)、產(chǎn)品合格鑒定試驗(yàn)全過程*的重要試驗(yàn)手段。
高低溫環(huán)境試驗(yàn)箱
高低溫環(huán)境試驗(yàn)箱一般由試驗(yàn)室箱體、控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱/加濕系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)等部分組成。試驗(yàn)室內(nèi)溫度狀態(tài)由風(fēng)道中的蒸發(fā)器、加熱器、加濕器、除濕器等以及風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)決定。其工作空間的試驗(yàn)溫度是否均勻是一個(gè)非常重要的問題，因?yàn)槿绻麥囟炔痪鶆虺^了允許偏差，則受試樣品的試驗(yàn)條件達(dá)不到一致，有的樣品或樣品某一部分，試驗(yàn)溫度偏高，有的偏低，從而產(chǎn)生過試驗(yàn)或欠試驗(yàn)的問題，使試驗(yàn)的再現(xiàn)性差，試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)不可靠，zui終使試驗(yàn)歸于失敗。
1.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)溫度均勻性的要求和測(cè)量方法
JJF1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》中溫度均勻度定義:試驗(yàn)箱在穩(wěn)定狀態(tài)下，工作空間在某一瞬時(shí)各測(cè)試點(diǎn)溫度之間的差值。
校準(zhǔn)方法:校準(zhǔn)溫、濕度點(diǎn)一般應(yīng)選擇設(shè)備使用范圍的下限、上限及中間點(diǎn)，也可根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的溫、濕度點(diǎn)。測(cè)試點(diǎn)的位置應(yīng)布放在設(shè)備工作室內(nèi)的三個(gè)校準(zhǔn)面上，簡(jiǎn)稱上、中、下三層，中層。為通過工作室?guī)缀沃行牡钠叫杏诘酌娴男?zhǔn)工作面，測(cè)試點(diǎn)與工作室內(nèi)壁的距離不小于各邊長(zhǎng)的1/10，遇風(fēng)道時(shí)，此距離可加大，但不能大于500mm。如果設(shè)備帶有樣品架或樣品車時(shí)，下層測(cè)試點(diǎn)可布放在樣品架或樣品車上方10mm處。測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量:(1)當(dāng)設(shè)備容積小于2 m3時(shí)，溫度測(cè)試點(diǎn)為9個(gè)，濕度測(cè)試點(diǎn)為3個(gè)，0點(diǎn)位于中層幾何中心。(2)當(dāng)容積大于2 m3時(shí)，溫度測(cè)試點(diǎn)為15個(gè)，濕度測(cè)試點(diǎn)為4個(gè)，E,O,N分別位于上、中、下層的幾何中心。
(3)當(dāng)工作容積大于50m3時(shí)，測(cè)試點(diǎn)可適當(dāng)增加。
其溫度均勻度計(jì)算:環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備在穩(wěn)定狀態(tài)下，在30min內(nèi)(每2min測(cè)試一次)每次測(cè)試中實(shí)測(cè)zui高溫度與zui低溫度之差的算術(shù)平均值。
2.溫度不均勻產(chǎn)生的原因
(1)高低溫交變?cè)囼?yàn)箱的結(jié)構(gòu)在很大程度上影響工作空間的溫度均勻性，由于結(jié)構(gòu)很難做到*對(duì)稱，從而對(duì)溫度均勻造成不利影響。常用的結(jié)構(gòu)是大門在前，空調(diào)室在箱后部，上送風(fēng)下回風(fēng)。這種結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱性好，可較易達(dá)到左、右溫度均勻，但結(jié)構(gòu)上、下不對(duì)稱，前后也*不同，對(duì)工作空間溫度產(chǎn)生了不均勻影響。
(2)由于箱壁的熱傳導(dǎo)效應(yīng)而產(chǎn)生漏熱(高溫箱)或漏冷(低溫箱)等存在熱損失，為了補(bǔ)償熱損失必然會(huì)有送風(fēng)溫差，高溫箱的送風(fēng)溫度高于箱內(nèi)工作溫度，低溫箱的送風(fēng)溫度則低于箱內(nèi)工作溫度。因此存在的送風(fēng)溫差也會(huì)使工作室內(nèi)產(chǎn)生了溫度不均勻。
(3)由于箱壁六面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的不*相等，特別是有的面有穿線孔等局部傳熱，造成箱壁溫度不均勻，從而使箱壁幅射對(duì)流傳熱也不均勻，從而影響溫場(chǎng)均勻性。
(4)箱體的密封性能不好，比如大門或有穿線孔部位漏氣，從而影響工作空間的溫場(chǎng)均勻性。
(5)工作空間放置試驗(yàn)樣品時(shí)，如試驗(yàn)樣品體積過大，或放置的方式或位置不恰當(dāng)，使空氣對(duì)流受阻，也將產(chǎn)生較大的溫度偏差，從而造成溫場(chǎng)的不均勻。
3.提高試驗(yàn)箱(室)溫度均勻性減小溫度偏差的解決方法
(1)減小送風(fēng)溫差和加大送風(fēng)量
送風(fēng)溫差和送風(fēng)量的大小取決于冷負(fù)荷(對(duì)低溫試驗(yàn)箱)或熱負(fù)荷(對(duì)高溫試驗(yàn)箱)的大小。在一定的恒溫狀態(tài)下，干空氣的密度和空氣的定壓比熱為常數(shù)，送風(fēng)量與送風(fēng)溫差成反比，為了提高箱內(nèi)溫度均勻性和減小溫度波動(dòng)，就需減小送風(fēng)溫差，從而增加送風(fēng)量，但是，送風(fēng)溫差過小則送風(fēng)量會(huì)太大，從而增加運(yùn)行費(fèi)?；蚴瓜鋬?nèi)的風(fēng)速過高，當(dāng)檢測(cè)方法對(duì)風(fēng)速有要求時(shí)就不符合試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的要求。一般送風(fēng)溫差可取△t=1一～3℃為宜。
(2)提高試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。做到結(jié)構(gòu)對(duì)稱，如設(shè)計(jì)左右、上下風(fēng)道;如用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，采用一臺(tái)左旋一臺(tái)右旋，使出風(fēng)均勻。必要時(shí)在出風(fēng)口安裝調(diào)風(fēng)板，調(diào)節(jié)風(fēng)向，使箱內(nèi)溫度均勻;做好箱體的密封性，防止局部漏氣;選擇優(yōu)良性能的保溫隔熱材料，保證足夠的保溫層厚度以減少熱損失;箱體內(nèi)膽與外殼之間的連接件采用熱隔離措施以減少局部漏熱現(xiàn)象。
(3)在試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)允許條件下盡可能選用大口徑離心風(fēng)葉風(fēng)機(jī)提高風(fēng)速，以增強(qiáng)空氣在箱內(nèi)的流動(dòng)，消除死區(qū)，從而使箱內(nèi)的溫度較為均勻。
(4)在設(shè)計(jì)試驗(yàn)箱盡可能考慮常規(guī)試驗(yàn)樣品的種類、體積、重量、是否有加負(fù)荷要求、加負(fù)荷功率是多少以及試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)箱工作空間的擺放位置。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)樣品總體積應(yīng)小于工作室的1/5，以留出足夠的通風(fēng)空間;試驗(yàn)樣品的總重量為50～80kg/m3，在各迎風(fēng)面上試驗(yàn)樣品的面積小于迎風(fēng)截面積的1/3，以利于風(fēng)的流動(dòng)。當(dāng)加負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，應(yīng)增加風(fēng)量，去除這些熱量，從而減少影響量。
(5)溫度傳感器的位置對(duì)控制精度有較大影響。為了使其感溫反應(yīng)靈敏，一般將傳感器置于出風(fēng)口附近，從而可提高控制精度，減小溫度波動(dòng)度，zui終減小溫度偏差。
(6)合理布局溫度的測(cè)量點(diǎn)，其測(cè)量點(diǎn)放置對(duì)試驗(yàn)室各項(xiàng)指標(biāo)要求也非常重要，按技術(shù)要求和試驗(yàn)方法的要求，將試驗(yàn)設(shè)備的工作空間分為上、中、下三層，將一定數(shù)量的溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速傳感器布放在其中規(guī)定的位置上，傳感器應(yīng)避免冷熱源的直接輻射。
(7)提高試驗(yàn)箱的控制精度，減小溫度波動(dòng)度，從而可減小溫度偏差和均勻度。對(duì)于高溫交變?cè)囼?yàn)箱，對(duì)加熱功率進(jìn)行PID連續(xù)調(diào)節(jié)可以減小溫度波動(dòng)。對(duì)于低溫試驗(yàn)箱，為了減小溫度波動(dòng)，通常采用熱平衡方法控溫，即達(dá)到設(shè)定溫度后，制冷機(jī)仍常開，用受控的加熱功率來平衡多余的制冷量。為了避免過大的冷熱沖擊，浪費(fèi)太多能源，常采用調(diào)節(jié)制冷量的措施，減小恒溫時(shí)的制冷量，從而所需平衡的加熱量就會(huì)減少，這樣就節(jié)省了能量，又提高了控制精度。
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