技術探討：延長冷（lěng）熱衝擊試驗箱溫度轉換時間的方（fāng）法
作者：
salmon範
編（biān）輯（jí）：
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來源：
www.tuyatang.com
發布日期： 2020.04.25
近日（rì），東莞市瑞（ruì）凱環境檢測儀器有限公司受（shòu）理一項高低溫快速溫度循環（huán）試驗箱定製任務，要求（qiú）試（shì）驗的溫度平均變化為速率為10℃/min左右（yòu）。當時僅有（yǒu）的兩台利用液氮的快速溫（wēn）度變化箱正在做（zuò）24小時連續（xù）10天的試驗。而委托方要求通過試驗盡早確定試品的（de）材料工藝性（xìng）能，在滿足試品的（de）試驗條件的要求下（xià），經過分析，我們設法在冷熱衝擊試驗箱的吊籃內除存放試品（pǐn）外，再加上有一定熱容量的負載，運用熱交換的（de）定律，延長冷熱衝擊（jī）試驗箱（xiāng）的高、低溫工作區極限溫度值的轉換時間來達到試驗要求。而冷熱衝擊試驗箱由於本身的結構特點和國軍標（biāo）對（duì）有關試驗設備的要求，冷（lěng）熱衝（chōng）擊試驗箱的高低溫工作區要有足夠的熱容量（liàng），以便使試（shì）品在放入試（shì）驗（yàn）箱後，在5
min之內高低（dī）溫工作區的極限溫度就能回複到規定值。換句話說，就（jiù）是高低溫工作區的極限溫度轉換時間必須要（yào）在5 min之內完成（chéng）。
現（xiàn）在一般（bān）常見的冷熱衝擊試驗箱從箱（xiāng）體（tǐ）結構上分主要有（yǒu）兩種。一種是一箱法，即箱體的中間是存放試品的工作區，箱體的兩邊分別（bié）是高（gāo）溫室和低溫室，並且高低溫室與（yǔ）存放（fàng）試品的工作區分別由風門相（xiàng）通，打開或（huò）者關（guān）閉相應的風門就可讓高溫（wēn）室或（huò）低溫室的空氣（qì）通過送風（fēng）電機快速強迫進人存放試品的工作區，從（cóng）而使存（cún）放試品的工作區實現了快速溫度變化（huà）的操作（zuò）。另一種是兩箱式（shì）上下結構，上半部分為高（gāo）溫工作區，下半部分為低溫工作區，中間由試品吊籃連接（jiē），試品吊籃由升降機構（gòu）在高低溫工作（zuò）區內上下（xià）移動。當吊籃移至箱體的上半部分，試品（pǐn）就暴露在（zài）高溫工（gōng）作區，當吊籃移至箱體的下（xià）半部（bù）分，試品就暴露在低溫工作區。而極限溫度轉換時間是不（bú）能設置（zhì）的。但溫度循環試驗的溫度變化的速率是可以根據試品的具體要求和設（shè）備的性能進（jìn）行設置（zhì）的，延長（zhǎng）冷（lěng）熱衝擊試（shì）驗箱的高（gāo）低溫極限溫度值的（de）轉換時間也（yě）就（jiù）近似於減（jiǎn）緩了溫度變化的速率。為（wéi）此我們根據不同質量和不同金（jīn）屬材（cái）料所（suǒ）具有的熱容量及熱交換的定律作了模擬試驗，結果證明可以適當（dāng）延長冷熱衝擊試驗箱高低溫極限溫度值的溫度轉換時間。
我們知道（dào），物質的（de）熱容量是材料比熱係數和材料的質量乘積（jī）：即
在同樣（yàng）的質量下（xià），材質不同，熱容量也不同。經查找有關（guān）資（zī）料，鋁材和其它金屬材料（liào）相比，比熱係數較高，同質量下熱容量較大。鋁材（cái）自然就作為首選。當存放有鋁材的吊籃上移至高溫工作區時，所吸收的熱量為
當存放有鋁材的吊籃下移至低溫工作區時就要釋放熱量Q放，由（yóu）熱交換定律可（kě）知：
由試驗可知，在不考慮其它熱量損耗（hào）的情（qíng）況下，由於鋁（lǚ）材熱量的釋放將低溫工作區的極限溫度升高△t1，當（dāng）低溫區的工作空間一定時，Q吸越大，△t1也越大。並隨著鋁材的熱量不斷釋放（fàng），低溫工作區的溫度也在逐步上升（shēng），但此時由於冷熱衝擊試驗箱的低溫工作區在繼續製冷及風扇（shàn）電機的空氣強迫對流，終使冷熱（rè）衝（chōng）擊試驗箱的低（dī）溫工作區的溫度逐漸趨向平衡而達到極限值。在（zài）這個溫度變化（huà）過程中由於鋁材的熱量不斷釋放，使得低溫工作區的（de）極限（xiàn）溫度值的（de）下降（jiàng）速率（lǜ）有所減緩，而不像溫度衝（chōng）擊那樣，吊籃的溫度瞬間就下降到低溫（wēn）的溫度（dù）極限值。反之，當吊籃上升至高（gāo）溫工作（zuò）區時，也由於鋁材在不（bú）斷地吸收熱量，將高溫工作區（qū）的極限溫度下降△t1，同（tóng）樣也由於高溫工作區的繼（jì）續加（jiā）熱（rè）及風扇電機的空（kōng）氣強迫對流，終使冷熱衝（chōng）擊試驗箱的高溫工作區（qū）的溫度逐漸趨向平衡而達到極限值。根（gēn）據以上的試驗，我們在不影響冷熱衝擊試驗箱吊籃的承重（chóng）力情況下通過多次適當的調整鋁材的質量，並按國家有關《電工電子產品環（huán）境試驗的設備基本參數檢定方法》標準，在吊籃內有關的位置布設相應的（de）溫（wēn）度傳感器進行了測（cè）量，溫度偏差均在規定值內，總的溫度平均速率也均在10℃/min左右。這樣在試（shì）品（pǐn）對溫度變化沒有線性度要求的情況下，基本上滿（mǎn）足了試品的試驗條件（jiàn）要求（qiú），使試品成功地通過了試驗。後來，我們根據同（tóng）樣的方法又做了一次（cì）摸底（dǐ）試驗。兩次試驗不僅（jǐn）均滿足檢測（cè）需求，又節約了試驗材料費用4萬餘元（yuán）(按每天一瓶液氮（dàn）450元計，共需90瓶)。
圖（tú）1、圖2是（shì）用冷熱衝擊試驗（yàn）箱延長溫度轉換時（shí）間得到的溫度升降曲線。
從圖中可看出，高（gāo）溫工作區的極限溫（wēn）度與低溫工作區的（de）極（jí）限溫（wēn）度的轉換時間約在10~ 15 min之（zhī）間，而且在溫（wēn）度上升或下降區（qū）域的溫度變化速率較快（kuài）。運用熱交換定律，用冷熱衝擊（jī）試驗箱做快速溫度循環試驗，每次做試驗（yàn），都要根據試品的質量和具體試驗條件的要求，需反複進行測算（suàn）和調整鋁材的質量的（de）模擬試驗。據了解，現國（guó）內（nèi）有兩種高低溫快速（sù）溫變試驗箱。一種是升降（jiàng）溫度速率沒有線性度要求的試驗箱，另一種是升降（jiàng）溫速率有線性度要求的試驗箱。經試驗比較，從用熱交換定律和（hé）模（mó）擬試驗後的升降溫曲線來看，使（shǐ）用效果近（jìn）似於沒有線性度（dù）要求的快速升降溫試驗箱。
