一、前言

    高低（dī）溫試驗（yàn）箱主要是電子行業對元器件、組件及整機進行高溫低溫或高低溫交變試驗不可缺少的一種環境試（shì）驗（yàn）設備。液氮高低溫試驗箱通過液氮獲得低溫，用電熱紅外（wài）陶瓷片獲得高溫。溫度的測量與控製采（cǎi）用數字式溫度調節儀實現自動控（kòng）製（zhì）。箱內溫度可在土90°C之間任意調控。

    二、工作（zuò）原理

    當試驗箱需要高溫時，設定溫度必須（xū）高於室溫（wēn），由內箱體（tǐ）上的紅外陶瓷片加熱升溫，箱內溫度（dù）達到設定溫度時，便自動切斷加熱電源，停止加熱，箱內溫度隨著試驗箱的漏熱而慢慢降低,低於設定溫度時，又接通電源加（jiā）熱而升溫。當試驗箱需要低溫時,設定溫度低於室溫，利用液氮（dàn）的潛熱和顯熱吸熱降溫。箱內溫度高於設定溫度,機械泵啟動,將液氮從杜瓦瓶中抽入內箱體的蛇形管內，由於箱內溫度高於液氮的沸（fèi）點（diǎn），液（yè）氮（dàn）在蛇形管內急劇蒸發而吸熱（rè），然（rán）後，冷的氮蒸汽沿管（guǎn）內繼續向前流動（dòng），也要吸收箱內的熱量，從而獲得低溫。箱內溫度低到設定溫（wēn）度時，便自動斷開機械泵電源，液（yè）氮停止流入蛇（shé）形管內，箱內（nèi）溫度隨試（shì）驗箱（xiāng）的漏熱（rè）慢慢升高，高於設定溫度時，又接通機械泵電源降溫。這樣，周而複始便可以獲得所（suǒ）需（xū）要的溫度。

    三、設（shè）計計算

    1、絕熱層的 設計
    絕熱層直接影響試驗箱的絕熱性能。首先，絕熱材料要具有很小（xiǎo）的熱導率,吸水（shuǐ）性小，性（xìng）能穩定，便於成型加工，同時，必須具有一定的耐高（gāo）溫和低溫性能。為此，我們選（xuǎn）用聚氨酯泡（pào）沫塑料作絕熱材料,采用整體澆注成型。絕熱層的厚度-般以絕熱結構的外（wài）表麵不結露（lù）為基本條件，即外表麵的溫度要高於露點。試驗箱為長方體，是平（píng）壁形絕熱（rè）結構。
    2、試驗（yàn）箱的熱導
    試驗箱的熱傳遞分（fèn）兩種情況（kuàng），當箱內溫度高於室溫時（shí），箱內熱量通過絕熱層傳至箱外，當箱內溫（wēn）度低於室溫時，箱外的（de）熱量通過絕熱層傳到（dào）箱內。由於絕（jué）熱層（céng）采（cǎi）用整體澆注發泡，箱體口采（cǎi）用兩道密封，因（yīn）此，試驗箱的熱損主要是絕熱層（céng）及箱口（kǒu）麵的固體導熱。
    3、加熱（rè）功率
    (1)平衡時的加熱功率
    試驗箱平（píng）衡時的（de）加熱功率應大於（yú）或至少等於其漏熱，漏熱與箱體內外的溫差有關。
    (2)起始加（jiā）熱功率
    設在起始加熱過程中，環境溫（wēn）度不（bú）變。起（qǐ）始加熱功率決定了試驗的溫度（dù）上升特性。采用通斷式控溫時,起始（shǐ）加熱功率大，箱內溫度的超（chāo）調量（liàng）大，所（suǒ）控溫度的波動增大。在滿足升溫時間的條件下，盡可能減小起始加熱功率。為了兼顧，開始采（cǎi）用（yòng）大功率加熱,待溫度快接近（jìn）設定溫（wēn）度時（shí），改用小功率加（jiā）熱。
    4、液氮耗量（liàng）
     液氮高（gāo）低溫試驗箱平衡時所需要的冷量（liàng）至少等於其箱體的漏熱，溫差為△T時的漏熱（rè）為:
    Q= K△T
    由上式可（kě）知，不同的溫差所需要的冷量不同，這就要求（qiú）液氮的流量應隨（suí）△T的（de）變化而變。為了簡（jiǎn）化結構及控製，我們采用恒定（dìng）的液（yè）氮流量（liàng），以液氮通流的時間長短來（lái）獲得不同的低（dī）溫（wēn）溫度（dù），箱內溫度到-90℃時（shí）所（suǒ）需冷量為Q=58. 4W。
    5、蛇形換熱 器的設（shè）計
    繞在（zài）內箱體（tǐ）上的蛇形紫銅管，用於液氮和內箱體進（jìn）行熱交換。試（shì）驗箱（xiāng）製冷時,液氮在蛇形管內總是產生兩相流動。當液氮初進（jìn）入銅管（guǎn）時，噴到熱的管壁上，便急速（sù）沸騰,產生強烈的（de）壓力振蕩,然（rán）後冷蒸汽（qì）繼續流動（dòng）使銅管得到冷（lěng）卻，由於銅管與內箱體采用錫焊，具有良好的傳熱，使內箱體也迅速被冷卻（què）。為充（chōng）分利用液氮冷量，必須合理（lǐ）選（xuǎn）擇蛇管直徑和長度,管徑較小較長，流動阻力增加，影響降溫（wēn）時間和製冷量。根據液氮耗量和流動（dòng）阻力估算,據實驗（yàn）結果，蛇形（xíng）管換熱（rè）器設計為（wéi）∅8X0.5mm，長度為11米較佳。