應（yīng）用於可靠性測試的溫度（dù）循環試驗箱及其工作原理
作者：
salmon範
編輯：
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來源：
www.tuyatang.com
發（fā）布日（rì）期： 2021.09.27
一、前言
近幾年，國內模擬環境可靠性測試廣受重視，並得到（dào）了廣泛的應用。模擬環境可靠性測試不僅可以進行更真實的電子產品的實際環境的模擬試驗；而且還可以進行環境應力篩選試驗，盡早激發出（chū）因元器件和工藝缺陷造成（chéng）的故障，以保證電子產品在使用中的可靠（kào）性，實踐證明，後（hòu）者比前者的（de）意義更大。
環境應力篩選（xuǎn）的根本（běn）目的在於使產品交付外場前，消除（chú）其潛在的缺陷隱患。在產品研製、鑒定和生產的不同階段采用環境應力篩選，可以獲益匪淺。在研製階段采用應力篩選，能夠（gòu）查出缺陷 - 故障原因，找出設計上的問題，采取有（yǒu）效的糾正措施，這樣不僅能大大節省以後的試驗（yàn）時間和費用，還能提高產品的（de）固有可靠性；在可靠性鑒定試驗（yàn）前采取應（yīng）力篩選，可消除（chú）製（zhì）造工藝和元件方麵的缺陷（xiàn），使鑒定試驗的結果有效、正確；在產品生產前增加篩選這一工序，由於消除了產品中的潛（qián）在缺陷，大大提高了產品（pǐn）的使（shǐ）用可靠性，並可減（jiǎn）少外場維修費用。
我司前幾（jǐ）年就研製成功了一款應用於綜合環境可靠性試驗的（de）溫度循（xún）環試驗箱。這種溫度循（xún）環試驗箱適用（yòng）於航天航空、電子電工（gōng）行業及科研單（dān）位等部門，對電子產品，在高溫或低溫環境下，能（néng）同時與（yǔ）振動台配會，進行綜合環境（jìng）可靠性試驗，並且還可以（yǐ）以大變溫速率對電子元器件，零部件（jiàn）進行環境應力篩選試驗。
二、草莓视频网站溫（wēn）度循環試驗箱技術指標
作室容積：1 m³
工作（zuò）室內（nèi）部尺（長*寬（kuān）*高）：1000*1000*1000mm
溫度範圍：-60℃ ～ 150℃
變溫速（sù）率：降溫 5℃/min，升溫
10℃/min
工作室風速：（0.5~2）m/s連（lián）續可調
允許試件發熱量：0.5KW
設備總功（gōng）率54.9 KW
壓縮機（jī）功（gōng）率4*7.5 KW
加熱（rè）器功率：2*12 KW
照明燈功率：40 W
油溫加熱器功率：120 W
風機功率：750 W
冷（lěng）凝器冷卻方式：水冷式
製冷工質：高溫部分R-22，低溫部分R-13
設備耗水量：4.8噸/小時
三、結構設計和工作原理（lǐ）
1、草莓视频网站溫度循環試驗箱結構
箱體璧麵保溫結構見圖（tú）1。箱體內壁的不鏽鋼板（bǎn）為1.5毫米。外（wài）壁是1毫米厚（hòu）的A3鋼板，固定在角鋼上。內外壁之間為絕（jué）熱（rè）層，以阻斷冷熱傳遞。絕熱材料（liào）為超細玻璃棉，厚度150毫米。
箱（xiāng）體的底板是活動式的，溫箱準（zhǔn）備有（yǒu）兩塊底板，一塊是無（wú）孔（kǒng）的，用以（yǐ）僅有溫（wēn）度循環的試驗（yàn）；另一塊是中間開孔的可以與振動台相連接，以滿足其有振（zhèn）動項目的綜合環境可靠性試驗需要。底板結構為圖2所（suǒ）示。底板的絕熱材（cái）料用的是硬質聚氨酯泡沫。
箱體（tǐ）門的絕熱材料用的也是（shì）硬質聚氨酯泡沫，門上裝有加個用鋼化玻璃組成的觀察窗，門的結構如圖3所（suǒ）示。箱（xiāng）壁留有引線孔100mm一個，並裝有20個接線柱。
2、製冷和（hé）加熱係統
溫度可調範（fàn）圍為-60℃ ～ 150℃。
若要（yào）將箱內空氣溫度降至-60℃，可以采用兩種製冷循（xún）環方式，一種是雙級壓縮製冷循環，另一種是複疊式製冷循環。那麽如何決擇呢？從理論循環分（fèn）析，複疊式由於冷凝蒸發器（qì）存在傳熱溫差，使經濟（jì）性有所降低。同時（shí），複疊式係（xì）統比較複雜，溫度調節範圍也比較小。但是，複疊式製（zhì）冷係統每台（tái）壓縮機工作（zuò）壓力範圍較適中，使低溫部分壓縮機的輸氣量減少，輸氣係數及指示效率都（dōu）有所提高，特別是摩（mó）擦功率大大減小，因而實際循環的製冷（lěng）係數比雙級壓縮製冷循環還要高。因此，一般說來以采用複疊式為宜。本溫度循環試驗箱采用了複（fù）疊式製冷設備，製冷設備是兩套複（fù）疊式製冷機組。
在溫箱風道內安裝了三個液氮噴咀（jǔ）並配置了相應的電（diàn）磁閥。這樣，隻要再配置一個小液氮罐（guàn），即可用液氮製冷的方法進行大（dà）於（yú）5℃/分降溫速率的低溫試驗或溫度循環試驗。可以據不同的降溫速率要求，來決定相應液氮噴咀的個數。
加熱設備用的是電加熱器，加熱功率可以從0至100%無級連續可調。
3、草莓视频网站（kǎi）溫度循環試驗箱工作原理
溫（wēn）度循環試驗箱（xiāng）的係統構成簡圖見圖4。
3.1 空氣循環係統
空氣循環係統配有兩個蒸發器，兩台風機和兩組電（diàn）加熱器。試驗箱內的空氣經過頂部兩側的回風口，然後流向加熱器和蒸發器。後經頂部中（zhōng）間的兩個送風口又（yòu）被風機送入試驗箱內，如此不（bú）斷循環。空氣循（xún）環係統圖見圖5.
空（kōng）氣循環（huán）係統以空氣為介（jiè）質（zhì），蒸發（fā）器為冷源，加熱器為熱源（yuán）。實現升溫、降溫和恒（héng）溫控製。
3.2 製冷及加熱工作原理
製冷係統示意圖見圖6。複疊式製冷機組成，分別為（wéi）高（gāo）溫部分及低溫部分。高溫部分使用中溫製冷劑。低溫部分使用低溫製冷劑。這兩個部分各自成分一個使用單一製冷劑的製冷係統。其中高溫部分係統中製冷劑的蒸發（fā）用來（lái）使低溫部分係統中的製冷（lěng）劑冷凝，用一（yī）個冷（lěng）凝蒸發器將兩部分聯係起來，它既是低溫部分的冷凝器，也是高溫部分的蒸發器。這樣低溫部分製（zhì）冷劑吸取的熱量（即冷量（liàng））就可傳給高溫部分的製冷劑，而高溫部分的（de）製冷劑再將熱量（liàng）傳給環境介質（空（kōng）氣（qì）或水）
高溫部分（fèn）中的製冷劑R-22在壓縮機內由於飽和蒸汽壓（yā）縮成高壓氣體通過油分離器，將油氣分離，冷凍機油回到壓縮機內，高壓氣體進入冷凝器被冷卻水冷凝成高壓液（yè）體；然後經過幹燥過濾器，再經過熱力膨脹閥節（jiē）流降壓為低壓低溫的（de）R-22液體，後經過冷凝蒸發器進行汽化。吸（xī）收熱量，冷凝R-13高溫高壓氣體，從而變成了低溫低壓汽體。同（tóng）樣，從試驗箱中的蒸發器來的低溫（wēn）部分中的製冷劑R-13也通過壓縮機壓（yā）縮（suō）變成高壓氣體，再經過油分離器，進入冷（lěng）凝蒸發器被R-22冷凝成高壓液體，接著經過幹燥過濾器，並經過熱力膨脹閥節流成低壓（yā）汽液兩相流體，進入蒸發器吸（xī）熱製（zhì）冷。
為了有效地實現快速降溫，在熱力膨脹（zhàng）閥和（hé）起控製作用的電磁閥。
壓縮機組的冷卻水是由冷卻水係統供給。冷卻水（shuǐ）係統由（yóu）水泵、水箱、冷卻塔組成。冷卻水經（jīng）過冷凝器吸（xī）收高溫高壓（yā）的R-22氣體的熱量，然後（hòu）進（jìn）入冷卻塔受風冷冷卻降溫，再流到水箱裏，由水泵繼續抽入冷凝器進（jìn）行冷卻循環。
電加熱器可分為兩（liǎng）組，均由（yóu）可控矽控（kòng）製電加（jiā）熱器，熱（rè）功率為（wéi）24k W.
根據不同的升降溫速率的試驗要（yào）求，開啟不同數量的製冷機組和加（jiā）熱器。升溫時，可開一組或兩組加熱器；降溫時，也可開一套或兩套製冷機組。在小（xiǎo）降溫速率情況下，可用電加熱器加熱進行冷熱對抗，在保溫過程中，也可采用冷熱（rè）對抗的方法，來（lái）控製溫（wēn）度精度。
3.3 控製方式
控製係統是個雙工係統。它既可實現以z80為核心的可編程的數字調節器的微機控製，又可實現由模擬儀表組成的（de）PID調節器的模擬控製。在特殊情況下，還可以切換成人工控製。它的原理圖如圖7所示。
由於（yú）製冷壓縮機不宜頻繁啟動，所以在降（jiàng）溫和低溫（wēn）階段，製冷機常（cháng）開（kāi）（根據（jù）需要開一套或兩套製冷機組），靠控製加熱量來保證溫度精度。
這個（gè）係（xì）統具有溫度（dù）檢（jiǎn）測，控製操作（zuò），超限報警，屏幕顯示（shì）和事故處理等功能。
作為感溫元件用的鉑電阻放置在試驗箱（xiāng）內，測溫電橋將溫度循環試（shì）驗箱內溫度變（biàn）化（huà）轉化成電位是輸出。電位是經放大器放（fàng）大，通過微機係統或模擬PID調節器，或手動調節器（qì）控（kòng）製執行機構動作，使試驗箱內溫度保持在所需的控製溫度值。
升溫時，通過控製（zhì）係統中可控矽導通角的調節（jiē）作用來提供合適的加熱功率，以保證試驗所需的升溫速率。降溫時，先控（kòng）製啟（qǐ）動（dòng）高（gāo）溫部分R-22的（de）機組。三分鍾後（hòu）自動延時啟動低溫部分R-13的機組。可以通過電熱自動補償來減小降溫速率。保（bǎo）溫（wēn）時，同時控製啟動壓縮機和導通加熱器（qì），進（jìn）行冷熱對抗來保證控溫（wēn）精度。 
