高低溫試驗箱／恒溫恒濕試驗箱 基本技術(shù)參數(shù)

　　3.1.1高低溫試驗箱/恒溫恒濕試驗箱?基本技術(shù)參數(shù)

　　衡量一個溫度試驗箱的工作能力及其滿足試驗規(guī)范要求狀況的技術(shù)指標(biāo)如下:

　　1.內(nèi)部空間容積V

　　簡稱為內(nèi)部容積，是指試驗箱內(nèi)部六個壁面限定的空間，在數(shù)值上是內(nèi)部長、寬、高尺寸的乘積，有時候也將內(nèi)部容積約定成俗地稱為試驗箱工作空間，實際上這兩者不是同一概念。任何一個溫度試驗箱內(nèi)部容積中靠近上、下及周邊壁面(1/10~1/8)?邊長對應(yīng)的邊緣空間是不可使用的空間，因為這一部分空間貼近壁面，受附面層熱傳導(dǎo)及拐角處渦流的影響，其溫度值與試驗箱中心部分相差3℃?~8℃,而且均勻性差，故不適宜于放置被試驗樣品，因此，一個試驗箱內(nèi)真正有效的工作容積只占試驗箱內(nèi)部容積的0.442~0.512。換句話說，試驗箱內(nèi)真正的可工作空間是指試驗箱內(nèi)部容積中能把規(guī)定的環(huán)境試驗條件維持在規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)的那部分空間，例如一個使用很長時間的試驗箱，其內(nèi)部容積是不變的，但其有效工作容積可能因密封件老化、保溫材料沉積等等原因而變小，甚至龜縮到某一窄小的空間內(nèi)，因此試驗箱的內(nèi)部容積(長x寬x高)不能簡稱為工作容積，只是由于長期以來約定成俗的習(xí)慣，心照不宣，沒有深究而已。

　　2.溫度范圍(th，t１)

　　溫度范圍是指一個溫度試驗箱可以提供的*高工作溫度(th)和*低工作溫度（t１）所組成的溫度區(qū)間。

　　關(guān)于溫度范圍有兩種不同的觀點，第一種解釋是溫度范圍和試驗箱工作空間溫度場的技術(shù)指標(biāo)(如溫度波動度、溫度均勻度、溫度變化速率等)不完全包容，溫度范圍只是表明該試驗箱可能達(dá)到的*高(低)的工作溫度。其*高工作溫度主要取決于試驗箱其箱壁夾層中保溫材料(如玻璃棉等)的特性和箱體結(jié)構(gòu)，采用玻璃棉為隔熱材料的試驗箱其*高上限溫度不超過200C，壁板拼裝組成的步入式試驗箱*高上限溫度不超過85℃-9５℃。*低工作溫度主要取決于制冷的方式，采用機(jī)械制冷時，配置單級制冷系統(tǒng)的試驗箱*低工作溫度為-35℃～-40℃，配置復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的試驗箱*低工作溫度為-65℃～－75℃，要實現(xiàn)更低的工作溫度需要采用液氮(ＬN２)制冷或三級深度制冷才能實現(xiàn)。

　　另一種解釋認(rèn)為試驗箱的溫度范圍是指在該溫度條件下試驗箱有效工作空間內(nèi)的溫度場應(yīng)能滿足試驗規(guī)范中允許誤差值的要求。例如滿足國軍標(biāo)GJB150A系列標(biāo)準(zhǔn)的溫度條件下，“試驗樣品附近測量系統(tǒng)的溫度應(yīng)在試驗溫度的+2C以內(nèi)，其溫度梯度不超過1℃/m,或總的*大值為2.2℃”。

　　上面兩種解釋都有一定的道理，?也都有一點片面性，如果在一個試驗箱給定的溫度范圍內(nèi)，其溫度場不能滿足某個試驗規(guī)范溫度允許誤差的要求，則不能使用該試驗箱進(jìn)行這個試驗規(guī)范的相應(yīng)試驗，這是試驗箱的使用者必須遵守的基本規(guī)則。但是，任何一臺通用型的溫度式驗箱不僅僅是為某一個試驗標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范)服務(wù)，不同的試驗標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范)有不同的允許誤差值。另一方面現(xiàn)有的試驗標(biāo)準(zhǔn)也是在不斷更新和發(fā)展中，如國軍標(biāo)GJB150?(與美軍標(biāo)MIL-STD-810D的要求相同)，2009年更新為國軍標(biāo)GJB150A?(與MIL-STD-810F相對應(yīng))，其溫度的允許誤差值放寬了大容積，高溫下的溫度場均勻性的要求，由原來不論體積大小和溫度的高低，一律要求試驗溫度與標(biāo)稱溫度之差在±2℃之內(nèi)，修改為體積大于5m３試驗箱的溫度允許誤差為±3℃;當(dāng)試驗溫度高于100℃時，溫度允許誤差是±5℃。這說明對于一臺通用型溫度試驗箱，可以分割為不同的溫度區(qū)間以適應(yīng)不同的試驗標(biāo)準(zhǔn)對溫度允許誤差的要求，不必對整個溫度范圍追求統(tǒng)一性的允許誤差值，使其既能滿足試驗標(biāo)準(zhǔn)的要求，又易于生產(chǎn)制造，減少存量資源的浪費。

　　當(dāng)然，如果你購買一臺?新的環(huán)境試驗設(shè)備，顯然希望該試驗箱給定的溫度范圍和其工作空間溫度場的技術(shù)指標(biāo)(如溫度波動度、溫度均勻度、溫度變化速率等)完全包容，只是在服役若干年之后，試驗箱的性能指標(biāo)下降了，再分區(qū)使用而已。

　　3.溫度波動度ΔTｆ

　　試驗箱工作空間內(nèi)任意一點的溫度隨時間的變化量稱為溫度波動度。溫度波動度的大小主要取決于試驗箱的控制方式及控制模型，試驗箱加熱/制冷的方式、試驗箱結(jié)構(gòu)及試驗箱內(nèi)氣流調(diào)制的方式等對溫度波動度也有一定的影響。

　　溫度波動度與一定的溫度范圍相對應(yīng)，也與該點在工作空間內(nèi)的位置有關(guān)。

　　4.溫度均勻度ΔTｕ

　　作試驗箱工作空間內(nèi)在某一-瞬時各點溫度之間的差值稱為溫度均勻度(℃)。?溫度均勻度是衡量工作空間內(nèi)溫度分布均勻性的指標(biāo)，其數(shù)值的大小取決于工作空間內(nèi)循環(huán)氣流的流場模型、風(fēng)速的高低、試驗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計與夾壁層保溫材料等因素。

　　溫度場的均勻性也可以用溫度梯度的概念進(jìn)行描述，定義某一瞬時任意兩點間的溫度差除以這兩點間的距離為溫度梯度，以每米多少度(℃/m)表示。

　　5.溫度示值誤差ΔTs

　　在實際測量中，任何一個量的測量結(jié)果與被測量的真值之間都存在誤差，單純的溫度測量示值誤差”是指溫度測量裝置顯示的數(shù)值與傳感器安裝點的溫度真值(實際測其中是約定真值)之差值，是一個衡量溫度測量裝置測量不確定度的基礎(chǔ)參數(shù)。該誤差值與試驗箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計及溫度場的狀況無關(guān)，只與溫度傳感器、二次儀表及顯示器的測量與轉(zhuǎn)換精度相關(guān)。這個誤差包含兩個部分，即可以修正的“系統(tǒng)誤差”和不可以修正的“隨機(jī)誤差”，系統(tǒng)誤差是在重復(fù)的條件下，通過多次測量求得的算術(shù)平均值(*可信賴值)與被測對象的約定真值之差，?系統(tǒng)誤差中的符號與**值能夠確定的部分，允許利用“示值修正值”成“示值修正表”?進(jìn)行修正。也就是說:一套溫度測量裝置能否準(zhǔn)確顯示溫度傳感器安裝點的溫度真值(約定真值)是可以通過對“系統(tǒng)誤差”?的修正，他其“示值”更接近于“約定真值”。隨機(jī)誤著也稱為或然誤差，在環(huán)境試驗中，大部分環(huán)境參數(shù)的測量結(jié)果服從高斯正態(tài)分布規(guī)律，在數(shù)值上隨機(jī)誤差是約定真值與算術(shù)平均值之差，隨機(jī)誤差通常是不可修正的。

　　“試驗溫度示值誤差”是一個與溫度測量裝置示值誤差概念不同的技術(shù)參數(shù)，是表示試驗箱施加于被試驗產(chǎn)品的實際溫度與溫度設(shè)定值(即標(biāo)稱溫度)接近程度的技術(shù)參數(shù)，這里包含兩層意思:第一，試驗箱溫度測量裝置的示值應(yīng)該是被試產(chǎn)品周邊溫度環(huán)境的實測值;第二，這個顯示值與溫度設(shè)定值(即標(biāo)稱溫度)的誤差才是“試驗溫度示值誤差”。這個誤差值過大，意味著產(chǎn)品經(jīng)受的實際溫度環(huán)境條件與試驗規(guī)范要求的溫度環(huán)境條件偏離較多，試驗的進(jìn)程可能過嚴(yán)或過寬，試驗的可信性及有效性存疑，故“試驗溫度示值誤差”是溫度環(huán)境試驗中個非常重要的技術(shù)參數(shù)。

　　從上述定義出發(fā)，“試驗溫度示值”應(yīng)該顯示被試驗產(chǎn)品在試驗箱內(nèi)占有空間場的溫度平均值，而不是某個溫度傳感器測點(?如進(jìn)風(fēng)口處測點或工作空間中心點)的測量結(jié)果。在絕大多數(shù)溫度環(huán)境試驗中，試驗的操作者習(xí)慣性認(rèn)為試驗箱配套的溫度指示儀表的“溫度示值”就是試驗過程中產(chǎn)品經(jīng)受的溫度環(huán)境條件的實測值，因而也就常常將溫度測量裝置自身的溫度示值誤差等同于試驗的溫度示值誤差。

　　實際結(jié)構(gòu)中，溫度試驗箱配套用溫度傳感器一般都安裝在試驗箱的進(jìn)風(fēng)口處，無論該點的“溫度示值”測得多么準(zhǔn)確，也只能說明準(zhǔn)確地檢測到了試驗箱進(jìn)風(fēng)口處循環(huán)氣流的溫度。而試驗箱進(jìn)風(fēng)口處的氣流溫度和產(chǎn)品周邊氣氛的平均溫度值是有差別的，試驗溫度的**值越高、試驗箱的體積越大、試驗箱內(nèi)循環(huán)氣流的風(fēng)速越大或試驗箱的變溫速率越高，這兩者的差值也越大。長期以來，溫度試驗箱配套用溫度傳感器實測的溫度值能否準(zhǔn)確標(biāo)示試驗溫度場的平均溫度一直是環(huán)境試驗行業(yè)內(nèi)眾說紛紜，莫衷一是的話題。?由于“溫度示值”?的不確定性，也就帶來“試驗溫度示值誤差”定義和數(shù)值計算的不確定性，本書第五章將對此議題進(jìn)行詳細(xì)的探討和論述。

　　請讀者高度關(guān)注“試驗溫度示值誤差”與“溫度測量示值誤差”兩者的區(qū)別，因為這涉及環(huán)境與可靠性試驗的嚴(yán)酷性與有效性。

　　6.溫度偏差ΔT

　　溫度偏差是指試驗箱在穩(wěn)定狀態(tài)下，工作空間內(nèi)各個工作點在規(guī)定的一段時間內(nèi)實際的*高溫度(Tmax)和*低溫度(Tmin)與標(biāo)稱溫度值(Tn)的上下偏差值。

　　上偏差:?ΔTmax=Tmax-Tn(3-1)

　　下偏差:?ΔTmin=Tmin-TN(3-2)

　　溫度偏差是一個綜合性的技術(shù)指標(biāo)，它采集T工作空間內(nèi)各個工作點的數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)指標(biāo)涵蓋了空間域的溫度差異，包含了溫度均勻度的因素。同時又采集了在一段時間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)指標(biāo)也包含了時間域內(nèi)溫度的變化狀態(tài)，?即溫度波動度的因素。另一方面，該技術(shù)指標(biāo)是計量校準(zhǔn)方布置在試驗箱工作空間內(nèi)N個(9個、?15個或更多)溫度校準(zhǔn)點傳感器的實測溫度值與標(biāo)稱值之間相比較的*大差值。因為標(biāo)稱值是試驗規(guī)范要求的溫度值，這表明溫度偏差也包含了前面提到的試驗溫度示值誤差的成分。綜上所述，說明“溫度偏差”是一個包含了溫度均勻度、溫度波動度、試驗溫度示值誤差技術(shù)指標(biāo)為一體的綜合性指標(biāo)。對一個溫度試驗箱，給出了溫度偏差值就包含了溫度度驗箱中溫度場時間干域、空間城、試驗溫度示值誤差等的全部信息。

　　請注意:溫度偏差的檢測及計算方法與試驗箱配套的溫度測量裝置的測量數(shù)據(jù)無關(guān)，故溫度偏差與試驗箱配套的溫度測量裝置的溫度示值誤差(溫度測量不確定度)沒有關(guān)系。如果要用試驗箱配套的溫度測量裝置的數(shù)據(jù)作為試驗溫度的實測結(jié)果，則應(yīng)該將這個實測結(jié)果與試驗箱工作空間內(nèi)N個溫度校準(zhǔn)點傳感的實測溫度值相比較。這方面的問題將在第五章進(jìn)行詳細(xì)的論述。

　　某些溫度試驗箱的產(chǎn)品廣告中，常常列出該型號產(chǎn)品的溫度控制精度，這是一個定義不太確切的技術(shù)指標(biāo)，常常因理解不一樣產(chǎn)生誤會。這個技術(shù)參數(shù)的定義是指安裝在試驗箱內(nèi)的溫度監(jiān)控傳感器(通常安裝在試驗箱內(nèi)部空間的進(jìn)風(fēng)口或回風(fēng)口處)所顯示的測控結(jié)果與設(shè)定值(標(biāo)稱值)之間的差值，是指控制用溫度傳感器對該點溫度的控制精度。這個值雖然也是一個綜合性指標(biāo)，包含了溫度測量示值誤差和溫度波動度兩項指標(biāo)，但不包含溫度均勻度。如果試驗箱的溫度測量及顯示是準(zhǔn)確的(?正確而又精密)，那么溫度控制精度所反映的就是溫度的波動度，由于我國的相關(guān)計量法規(guī)及技術(shù)文件中，已不采用溫度控制精度這一比較模糊，?容易引起混淆的技術(shù)指標(biāo)，建議在表述溫度試驗箱的技術(shù)指標(biāo)中，不要使用溫度控制精度作為技術(shù)指標(biāo)之一。

　　7.溫度變化速率Vt

　　定義在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，試驗箱溫度指示點的溫度單調(diào)上升或單調(diào)下降時，總的溫度變化值與完成該過程所需時間的比值為試驗箱溫度變化(平均)速率，單位是℃/min。

　　表述公式為:

　　νt=?ΔT/Δt?(3-3)?

　　式中:

　　Vt?─平均溫度變化速率,C/min;

　　ΔT─溫度變化范圍(℃)，從高溫Th下降至低溫T1，則:AT=(Th一T1)，從低溫T1升至高溫Th則:(Th一T1)?;?

　　Δt?從Th，(或T1)降(或升)至T1(或Th)所需總的時間，min

　　如果將公式(3-3)表示為Vt=ΔT÷Δt?.則為變溫過程中某個溫度狀態(tài)時的瞬態(tài)溫度變化速率(℃/min)。

　　公武(3-３中的，Vt是指在某個溫度范用內(nèi)的平均溫度變化速率，在溫度變化的起始段，受制冷(加熱)系統(tǒng)的啟動延遲，溫度變化過程是由小速率逐漸增大到設(shè)定的溫度變化速率。在溫度變化的終止段，為防止出現(xiàn)實際溫度的過度超調(diào)，通常提前關(guān)閉加熱或制冷的輸入通道，但試驗箱內(nèi)蒸發(fā)器和加熱器的殘留作用依然存在，溫度變化速率見逐漸從*大值緩慢變化到零，故在變溫過程的起始段和終止段的溫度變化速率均小于中間段的平均溫度變化速率，以中間段的溫度變化速率為基準(zhǔn)計算的“*大平均溫度變化速率”顯然高“全程平均溫度變化速率”。有關(guān)這兩者定義上的差別及其測試方法，讀者可參考第五章的相關(guān)內(nèi)容。

　　8.風(fēng)速

　　風(fēng)速是指試驗箱工作空間內(nèi)流動氣流的*大平均風(fēng)速，該風(fēng)速值與氣流的方向無關(guān)，是指該測量點主導(dǎo)風(fēng)向上的風(fēng)速。

　　風(fēng)速的大小決定著環(huán)境試驗的嚴(yán)酷度，在各種環(huán)境試驗規(guī)范的多個試驗項目中，都對試驗過程中的風(fēng)速有明確的規(guī)定，讀者可參閱本書第四章的相關(guān)內(nèi)容。