高低温试验箱／恒温恒湿试验箱 基本技术参数

高低温试验箱／恒温恒湿试验箱 基本技术参数

　　3.1.1高低温试验箱/恒温恒湿试验箱?基本技术参数

　　衡量一个温度试验箱的工作能力及其满足试验规范要求状况的技术指标如下:

　　1.内部空间容积V

　　简称为内部容积，是指试验箱内部六个壁面限定的空间，在数值上是内部长、宽、高尺寸的乘积，有时候也将内部容积约定成俗地称为试验箱工作空间，实际上这两者不是同一概念。任何一个温度试验箱内部容积中靠近上、下及周边壁面(1/10~1/8)?边长对应的边缘空间是不可使用的空间，因为这一部分空间贴近壁面，受附面层热传导及拐角处涡流的影响，其温度值与试验箱中心部分相差3℃?~8℃,而且均匀性差，故不适宜于放置被试验样品，因此，一个试验箱内真正有效的工作容积只占试验箱内部容积的0.442~0.512。换句话说，试验箱内真正的可工作空间是指试验箱内部容积中能把规定的环境试验条件维持在规定的误差范围之内的那部分空间，例如一个使用很长时间的试验箱，其内部容积是不变的，但其有效工作容积可能因密封件老化、保温材料沉积等等原因而变小，甚至龟缩到某一窄小的空间内，因此试验箱的内部容积(长x宽x高)不能简称为工作容积，只是由于长期以来约定成俗的习惯，心照不宣，没有深究而已。

　　2.温度范围(th，t１)

　　温度范围是指一个温度试验箱可以提供的*高工作温度(th)和*低工作温度（t１）所组成的温度区间。

　　关于温度范围有两种不同的观点，第一种解释是温度范围和试验箱工作空间温度场的技术指标(如温度波动度、温度均匀度、温度变化速率等)不完全包容，温度范围只是表明该试验箱可能达到的*高(低)的工作温度。其*高工作温度主要取决于试验箱其箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的特性和箱体结构，采用玻璃棉为隔热材料的试验箱其*高上限温度不超过200C，壁板拼装组成的步入式试验箱*高上限温度不超过85℃-9５℃。*低工作温度主要取决于制冷的方式，采用机械制冷时，配置单级制冷系统的试验箱*低工作温度为-35℃～-40℃，配置复叠式制冷系统的试验箱*低工作温度为-65℃～－75℃，要实现更低的工作温度需要采用液氮(ＬN２)制冷或三级深度制冷才能实现。

　　另一种解释认为试验箱的温度范围是指在该温度条件下试验箱有效工作空间内的温度场应能满足试验规范中允许误差值的要求。例如满足国军标GJB150A系列标准的温度条件下，“试验样品附近测量系统的温度应在试验温度的+2C以内，其温度梯度不超过1℃/m,或总的*大值为2.2℃”。

　　上面两种解释都有一定的道理，?也都有一点片面性，如果在一个试验箱给定的温度范围内，其温度场不能满足某个试验规范温度允许误差的要求，则不能使用该试验箱进行这个试验规范的相应试验，这是试验箱的使用者必须遵守的基本规则。但是，任何一台通用型的温度式验箱不仅仅是为某一个试验标准(规范)服务，不同的试验标准(规范)有不同的允许误差值。另一方面现有的试验标准也是在不断更新和发展中，如国军标GJB150?(与美军标MIL-STD-810D的要求相同)，2009年更新为国军标GJB150A?(与MIL-STD-810F相对应)，其温度的允许误差值放宽了大容积，高温下的温度场均匀性的要求，由原来不论体积大小和温度的高低，一律要求试验温度与标称温度之差在±2℃之内，修改为体积大于5m３试验箱的温度允许误差为±3℃;当试验温度高于100℃时，温度允许误差是±5℃。这说明对于一台通用型温度试验箱，可以分割为不同的温度区间以适应不同的试验标准对温度允许误差的要求，不必对整个温度范围追求统一性的允许误差值，使其既能满足试验标准的要求，又易于生产制造，减少存量资源的浪费。

　　当然，如果你购买一台?新的环境，显然希望该试验箱给定的温度范围和其工作空间温度场的技术指标(如温度波动度、温度均匀度、温度变化速率等)完全包容，只是在服役若干年之后，试验箱的性能指标下降了，再分区使用而已。

　　3.温度波动度ΔTｆ

　　试验箱工作空间内任意一点的温度随时间的变化量称为温度波动度。温度波动度的大小主要取决于试验箱的控制方式及控制模型，试验箱加热/制冷的方式、试验箱结构及试验箱内气流调制的方式等对温度波动度也有一定的影响。

　　温度波动度与一定的温度范围相对应，也与该点在工作空间内的位置有关。

　　4.温度均匀度ΔTｕ

　　作试验箱工作空间内在某一-瞬时各点温度之间的差值称为温度均匀度(℃)。?温度均匀度是衡量工作空间内温度分布均匀性的指标，其数值的大小取决于工作空间内循环气流的流场模型、风速的高低、试验箱结构设计与夹壁层保温材料等因素。

　　温度场的均匀性也可以用温度梯度的概念进行描述，定义某一瞬时任意两点间的温度差除以这两点间的距离为温度梯度，以每米多少度(℃/m)表示。

　　5.温度示值误差ΔTs

　　在实际测量中，任何一个量的测量结果与被测量的真值之间都存在误差，单纯的温度测量示值误差”是指温度测量装置显示的数值与传感器安装点的温度真值(实际测其中是约定真值)之差值，是一个衡量温度测量装置测量不确定度的基础参数。该误差值与试验箱的结构设计及温度场的状况无关，只与温度传感器、二次仪表及显示器的测量与转换精度相关。这个误差包含两个部分，即可以修正的“系统误差”和不可以修正的“随机误差”，系统误差是在重复的条件下，通过多次测量求得的算术平均值(*可信赖值)与被测对象的约定真值之差，?系统误差中的符号与**值能够确定的部分，允许利用“示值修正值”成“示值修正表”?进行修正。也就是说:一套温度测量装置能否准确显示温度传感器安装点的温度真值(约定真值)是可以通过对“系统误差”?的修正，他其“示值”更接近于“约定真值”。随机误着也称为或然误差，在环境试验中，大部分环境参数的测量结果服从高斯正态分布规律，在数值上随机误差是约定真值与算术平均值之差，随机误差通常是不可修正的。

　　“试验温度示值误差”是一个与温度测量装置示值误差概念不同的技术参数，是表示试验箱施加于被试验产品的实际温度与温度设定值(即标称温度)接近程度的技术参数，这里包含两层意思:第一，试验箱温度测量装置的示值应该是被试产品周边温度环境的实测值;第二，这个显示值与温度设定值(即标称温度)的误差才是“试验温度示值误差”。这个误差值过大，意味着产品经受的实际温度环境条件与试验规范要求的温度环境条件偏离较多，试验的进程可能过严或过宽，试验的可信性及有效性存疑，故“试验温度示值误差”是温度环境试验中个非常重要的技术参数。

　　从上述定义出发，“试验温度示值”应该显示被试验产品在试验箱内占有空间场的温度平均值，而不是某个温度传感器测点(?如进风口处测点或工作空间中心点)的测量结果。在绝大多数温度环境试验中，试验的操作者习惯性认为试验箱配套的温度指示仪表的“温度示值”就是试验过程中产品经受的温度环境条件的实测值，因而也就常常将温度测量装置自身的温度示值误差等同于试验的温度示值误差。

　　实际结构中，温度试验箱配套用温度传感器一般都安装在试验箱的进风口处，无论该点的“温度示值”测得多么准确，也只能说明准确地检测到了试验箱进风口处循环气流的温度。而试验箱进风口处的气流温度和产品周边气氛的平均温度值是有差别的，试验温度的**值越高、试验箱的体积越大、试验箱内循环气流的风速越大或试验箱的变温速率越高，这两者的差值也越大。长期以来，温度试验箱配套用温度传感器实测的温度值能否准确标示试验温度场的平均温度一直是环境试验行业内众说纷纭，莫衷一是的话题。?由于“温度示值”?的不确定性，也就带来“试验温度示值误差”定义和数值计算的不确定性，本书第五章将对此议题进行详细的探讨和论述。

　　请读者高度关注“试验温度示值误差”与“温度测量示值误差”两者的区别，因为这涉及环境与可靠性试验的严酷性与有效性。

　　6.温度偏差ΔT

　　温度偏差是指试验箱在稳定状态下，工作空间内各个工作点在规定的一段时间内实际的*高温度(Tmax)和*低温度(Tmin)与标称温度值(Tn)的上下偏差值。

　　上偏差:?ΔTmax=Tmax-Tn(3-1)

　　下偏差:?ΔTmin=Tmin-TN(3-2)

　　温度偏差是一个综合性的技术指标，它采集T工作空间内各个工作点的数据，因此该技术指标涵盖了空间域的温度差异，包含了温度均匀度的因素。同时又采集了在一段时间内的所有数据，因此该技术指标也包含了时间域内温度的变化状态，?即温度波动度的因素。另一方面，该技术指标是计量校准方布置在试验箱工作空间内N个(9个、?15个或更多)温度校准点传感器的实测温度值与标称值之间相比较的*大差值。因为标称值是试验规范要求的温度值，这表明温度偏差也包含了前面提到的试验温度示值误差的成分。综上所述，说明“温度偏差”是一个包含了温度均匀度、温度波动度、试验温度示值误差技术指标为一体的综合性指标。对一个温度试验箱，给出了温度偏差值就包含了温度度验箱中温度场时间干域、空间城、试验温度示值误差等的全部信息。

　　请注意:温度偏差的检测及计算方法与试验箱配套的温度测量装置的测量数据无关，故温度偏差与试验箱配套的温度测量装置的温度示值误差(温度测量不确定度)没有关系。如果要用试验箱配套的温度测量装置的数据作为试验温度的实测结果，则应该将这个实测结果与试验箱工作空间内N个温度校准点传感的实测温度值相比较。这方面的问题将在第五章进行详细的论述。

　　某些温度试验箱的产品广告中，常常列出该型号产品的温度控制精度，这是一个定义不太确切的技术指标，常常因理解不一样产生误会。这个技术参数的定义是指安装在试验箱内的温度监控传感器(通常安装在试验箱内部空间的进风口或回风口处)所显示的测控结果与设定值(标称值)之间的差值，是指控制用温度传感器对该点温度的控制精度。这个值虽然也是一个综合性指标，包含了温度测量示值误差和温度波动度两项指标，但不包含温度均匀度。如果试验箱的温度测量及显示是准确的(?正确而又精密)，那么温度控制精度所反映的就是温度的波动度，由于我国的相关计量法规及技术文件中，已不采用温度控制精度这一比较模糊，?容易引起混淆的技术指标，建议在表述温度试验箱的技术指标中，不要使用温度控制精度作为技术指标之一。

　　7.温度变化速率Vt

　　定义在规定的温度范围内，试验箱温度指示点的温度单调上升或单调下降时，总的温度变化值与完成该过程所需时间的比值为试验箱温度变化(平均)速率，单位是℃/min。

　　表述公式为:

　　νt=?ΔT/Δt?(3-3)?

　　式中:

　　Vt?─平均温度变化速率,C/min;

　　ΔT─温度变化范围(℃)，从高温Th下降至低温T1，则:AT=(Th一T1)，从低温T1升至高温Th则:(Th一T1)?;?

　　Δt?从Th，(或T1)降(或升)至T1(或Th)所需总的时间，min

　　如果将公式(3-3)表示为Vt=ΔT÷Δt?.则为变温过程中某个温度状态时的瞬态温度变化速率(℃/min)。

　　公武(3-３中的，Vt是指在某个温度范用内的平均温度变化速率，在温度变化的起始段，受制冷(加热)系统的启动延迟，温度变化过程是由小速率逐渐增大到设定的温度变化速率。在温度变化的终止段，为防止出现实际温度的过度超调，通常提前关闭加热或制冷的输入通道，但试验箱内蒸发器和加热器的残留作用依然存在，温度变化速率见逐渐从*大值缓慢变化到零，故在变温过程的起始段和终止段的温度变化速率均小于中间段的平均温度变化速率，以中间段的温度变化速率为基准计算的“*大平均温度变化速率”显然高“全程平均温度变化速率”。有关这两者定义上的差别及其测试方法，读者可参考第五章的相关内容。

　　8.风速

　　风速是指试验箱工作空间内流动气流的*大平均风速，该风速值与气流的方向无关，是指该测量点主导风向上的风速。

　　风速的大小决定着环境试验的严酷度，在各种环境试验规范的多个试验项目中，都对试验过程中的风速有明确的规定，读者可参阅本书第四章的相关内容。