恒溫恒濕箱工作室尺寸的選擇

　　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(guò)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100～120mm，(推薦選用120mm)。

　　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)被測(cè)試件置入箱體后會(huì)擠占了循環(huán)風(fēng)通道，通道變窄將導(dǎo)致循環(huán)風(fēng)風(fēng)速的增加。加速了氣流與被測(cè)試件之間的熱交換。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(guò)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(guò)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)%，平均最高風(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)定的最高風(fēng)速，其試驗(yàn)結(jié)果的有效性將受到懷疑。

　　(2)氣候箱工作室內(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，一旦置入被測(cè)試件后，對(duì)試驗(yàn)箱工作室內(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(100～120mm)距離內(nèi)的空間是不可利用空間。

　　2、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～+180℃。國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家一般為-70～+120℃，-60～+120℃，-40～+120℃，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)jun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?，箱體內(nèi)外的溫差越大，箱體內(nèi)部流場(chǎng)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(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；而低溫則涉及產(chǎn)品成本部分，低溫越低，則制冷系統(tǒng)功率及制冷量則越大，相應(yīng)的設(shè)備成本也增加，且低溫系統(tǒng)成本占據(jù)了設(shè)備整體成本的1/3左右，對(duì)此如實(shí)際試驗(yàn)溫度為-20度，選購(gòu)設(shè)備時(shí)zui低溫在-30度即可，不宜過(guò)低，否則對(duì)于能源消耗也越大。

　　3、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)于同樣的絕對(duì)含濕量，溫度越高，相對(duì)濕度就越小，如絕對(duì)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(guò)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)的絕對(duì)含濕量很低，有時(shí)比大氣中的絕對(duì)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)加一組除濕制冷光管。當(dāng)濕空氣經(jīng)過(guò)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不可能絕對(duì)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)于絕對(duì)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)。

　　由于低溫低濕的特殊性，且不同廠家在此方面的指標(biāo)也不盡相同，故在選用設(shè)備濕度范圍時(shí)，不宜只參照技術(shù)規(guī)格書中標(biāo)注的20～98%RH或多少，而是根據(jù)其低溫值時(shí)的濕度能力范圍。此點(diǎn)尤其重要，很多客戶發(fā)生過(guò)此類現(xiàn)象。

　　4、控制方式的選擇

　　溫度、濕度試驗(yàn)箱的控制方法有定值（恒定）FIX試驗(yàn)、程式（交變）PROG試驗(yàn)兩種情況。

　　普通的高低溫試驗(yàn)箱一般指的是定值高低溫試驗(yàn)箱，其控制方式為：設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度SP/SV，如是高溫試驗(yàn)，儀表會(huì)根據(jù)設(shè)定值SV與傳感器的實(shí)測(cè)值PV來(lái)進(jìn)行比較，如PV值低于SV值，儀表OUT輸出3~12V直流電壓，驅(qū)動(dòng)SSR固態(tài)繼電器，控制加熱器加熱，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制，而低溫時(shí)，一般需要先人工打開冷機(jī)按鈕，工作室制冷降溫，直至實(shí)商量溫度PV快接近目標(biāo)值SV時(shí)，儀表OUT輸出，開始控制加熱來(lái)平衡溫度，完成控制，控制動(dòng)作為逆動(dòng)作。而程式試驗(yàn)的控制方式與定值控制方法類似，只不過(guò)其設(shè)定值（無(wú)論是溫度還是濕度）會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程式變化，由于設(shè)定值變化，設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的差值也在不斷的改變，儀表根據(jù)其數(shù)值不斷修改控制OUT的模擬量來(lái)達(dá)到試驗(yàn)控制，與定值最大的不同就是，程式試驗(yàn)可通過(guò)不同階段設(shè)置不同的開關(guān)信號(hào)來(lái)達(dá)到如壓縮機(jī)的開啟和關(guān)閉，電磁閥開或關(guān)等節(jié)點(diǎn)控制能力。具有自動(dòng)恒溫到目標(biāo)溫度、濕度點(diǎn)的能力和設(shè)置升降溫濕度的速率等功能；因此，程式試驗(yàn)箱的價(jià)格比定值試驗(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)，選用定值試驗(yàn)箱或者是程式試驗(yàn)箱。

　　5、變溫速率的選擇

　　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)，最高溫度與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(lái)說(shuō)，保證線形升降溫速度的難度最大、最關(guān)鍵的一段是，在降溫段最后的一個(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(gè)參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，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。

　　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(lái)說(shuō)，風(fēng)速越小越好，風(fēng)速過(guò)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。

　　7、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)。

　　8、溫度場(chǎng)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)jun標(biāo)GJB150.1-86jun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(guò)1℃/m或總的最大值為2.2℃(試驗(yàn)樣品不工作)”。

　　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+2-3%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。

　　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。

　　風(fēng)冷　　　　　　　　水冷

　　使用條件設(shè)備安裝簡(jiǎn)便，只需要接通電源即可使用。環(huán)境溫度應(yīng)低于28℃，如果環(huán)境溫度高于28℃對(duì)制冷效果有一定的影響(最好配備空調(diào))需配置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

　　換熱效果 相對(duì)于水冷方式而言是較差 穩(wěn)定、良好

　　對(duì)使用環(huán)境的影響 會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)箱周圍的空氣溫度上升。不影響試驗(yàn)箱周圍的溫度。

　　噪聲 較大(相對(duì)于水冷方式) 較小

　　結(jié)論選擇何種冷卻方式，應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)室的實(shí)際情況而定。在條件允許的情況下，優(yōu)先考慮選擇水冷方式。但如果選用的試驗(yàn)箱的制冷系統(tǒng)很小，也可以優(yōu)先考慮選擇水冷方式。