2017新款環(huán)境試驗箱溫度均勻性的有關(guān)問題

2017新款環(huán)境試驗箱溫度均勻性的有關(guān)問題

在我們2017與用戶交流的過程中，或是用戶在申請購買試驗箱時提指標(biāo)時，也有在試驗箱計量過程中會經(jīng)常遇到的溫度均勻性，溫度偏差，溫度波動度的疑問，到底這幾個參數(shù)所代表的物理含義以及它們之間的相互關(guān)系是怎樣，下面的文章或許能幫您得到答案…

2017新款環(huán)境試驗箱溫度均勻性的有關(guān)問題

試驗箱（室）工作空間的試驗溫度是否均勻是一個非常重要的問題，因為如果溫度不均勻超過了允許偏差，則受試樣品的試驗條件達(dá)不到一致，有的樣品或樣品某一部分，試驗溫度偏高，有的偏低，從而產(chǎn)生過試驗或欠試驗的問題，使試驗的再現(xiàn)性差，試驗得出的數(shù)據(jù)不可靠，最終使試驗歸于失敗。本文擬對氣候環(huán)境試驗箱（室）的溫度均勻性有關(guān)問題提出一些看法。

一、各種標(biāo)準(zhǔn)表述試驗箱（室）溫度均勻性的指標(biāo)及其計算方法

1、均勻度：以溫度均勻度指標(biāo)來表示試驗箱的溫度均勻性，例如有以下一些標(biāo)準(zhǔn)：

英國標(biāo)準(zhǔn)BS389-1965《實驗室濕熱箱技術(shù)條件》：規(guī)定為在第一次達(dá)到設(shè)定溫度兩小后，用溫差熱電偶連續(xù)測試兩小時，分別計算每一測試點與中心點的溫差平均值，其中最大者即為溫度均勻度，其大小不得超過規(guī)定指標(biāo)±0.5℃。

日本試驗機工業(yè)會，溫度的性能試驗方法：測溫元件置于上、下四角及中心點，上下四角測溫元件距箱壁距離為各自邊長的1/6且不小于50mm處。當(dāng)溫度達(dá)到恒定狀態(tài)后，對各測試點每隔一分鐘測試一次，共測十次以上，計算每一測試點與中心點的溫差的平均值，其中最大者即為溫度均勻度。（ESPEC亦采用此指標(biāo)）。

美國ASTMD2436-68《電氣絕緣用強制對流實驗室烘箱技術(shù)條件》：用9只熱電偶，一只在距工作室?guī)缀沃行?/span>25mm內(nèi)，其余8只在上下四角且距箱壁50mm處。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度并穩(wěn)定16小時后，盡快記錄9支熱電偶的溫度數(shù)據(jù)，然后，每隔5分鐘記錄一次，共記錄得到45個數(shù)據(jù)。計算45個數(shù)據(jù)的平均值作為箱溫。從45個數(shù)據(jù)中選出兩個最大數(shù)和兩個最小數(shù)分別各自減去平均數(shù)，然后從四個差值中選出兩個最大差值并求其平均值，此值就表述箱內(nèi)溫度均勻度。

中國JB/T5520—91《干燥箱技術(shù)條件》：對各測試點連續(xù)測試四次，時間≤20min，計算各測試點四次測得的平均值與中心點四次測試的平均值之差，其中最大值與最高工作溫度之比即干燥箱的溫度均勻度，以百分比表示。

中國GB10586-89《濕熱試驗箱技術(shù)條件》。各測試點除中心點外，其余各點距箱壁為各自邊長的1/10。當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定值并穩(wěn)定2h后，每隔2min測試各測試點溫度一次，在30min內(nèi)共測15次，再隔30min再測一次，以后每隔1h測一次。利用30min內(nèi)15次的測試數(shù)據(jù)，分別算出每次數(shù)據(jù)中最高與最低溫度之差再求其平均值，即為溫度均勻度。

2、溫度偏差：以溫度偏差指標(biāo)來要求試驗箱工作空間的溫度均勻性，如以下一些標(biāo)準(zhǔn)：

在美軍標(biāo)MIL-STD-810D，4.4.1試驗條件允差中規(guī)定“試樣完全被空氣包圍（必要的支承點除外），試驗區(qū)測區(qū)測理系統(tǒng)的溫度和包圍試件各處的溫度梯度應(yīng)分別在試驗溫度的±2℃以內(nèi)和不超過每米1℃或總的最大值為2.2℃（試件不工作”此標(biāo)準(zhǔn)中用±2℃的溫度偏差和1℃/M的溫度梯度來要求箱內(nèi)工作空間的溫度均勻性。

在美軍標(biāo)MIL-STD-202F，2.2.1及MIL-STD-883C，4.5.8中要求工作區(qū)空間內(nèi)任一點的溫度，在給定時間內(nèi)偏離基準(zhǔn)點不超過±3℃（即為容許偏差）。

在IEC68號出版物及GB2423中，對試驗箱工作空間的溫度均勻性要求以“容差”即對標(biāo)稱溫度的容許偏差表述。對容差大小，在高溫箱中規(guī)定為±2℃，在低溫箱中規(guī)定為±3℃。

在IEC68-2-3，2.1的注中“溫度±2℃的容差是由于考慮到有測量的絕對誤差，緩慢的溫度變化和工作空間的溫度波動度等”。

GB／T5170·21996《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備基本參數(shù)檢定方法溫度試驗設(shè)備》，規(guī)定“溫度偏差”為試驗箱溫度性能指標(biāo)的唯一檢定項目。溫度偏差的檢定方法是：當(dāng)工作空間指示點溫度第一次達(dá)到標(biāo)稱溫度后穩(wěn)定2h。測量各測試點溫度，每2min記錄一次各點的溫度，在30min內(nèi)共測量15次。工作空間各測試點的實測最高溫度和實測最低溫度與標(biāo)稱溫度的上、下偏差定為設(shè)備在該標(biāo)稱溫度下的溫度偏差。

3、溫度偏差和溫度均勻度兩種表述方法的比較

用溫度均勻度指標(biāo)雖可表示箱內(nèi)工作空間溫度均勻性的好或差，但由于在計算中都采用了多次平均值的方法，從而把各點的溫度波動度因素基本上去掉了。然而對于試驗設(shè)備的溫度性能指標(biāo)只標(biāo)出溫度均勻度是不夠的，還必須有溫度波動度指標(biāo)，即各點溫度隨時間而變化的大小，才能全面描述箱內(nèi)溫度場的變化尤其當(dāng)溫度波動較大的情況下。

溫度偏差不但反映了工作空間各點溫度的位置誤差，同時也包括了各點溫度隨時間而變化的誤差即溫度波動度。因此溫度偏差更能說明箱內(nèi)的溫度均勻性，一般無需再測試驗箱的溫度均勻度和溫度波動度。只有當(dāng)某些試驗設(shè)備對溫度波動度有特殊要求時，如對濕熱箱，才標(biāo)出溫度波動度。因為濕熱箱溫度波動度超過±0.5℃時，會帶來較大的濕度波動，增大濕度誤差，從而超過濕度允許偏差。

GB/T5170.2—1996，溫度試驗設(shè)備的檢定方法中，對溫度性能指標(biāo)只規(guī)定檢定溫度偏差，而對溫度均勻度未作規(guī)定必須檢定，只在附錄B中提示了溫度波動度、溫度均勻度的檢定方法，這樣的規(guī)定是非常正確的。

溫度均勻度指標(biāo)，由于表示各點溫度平均值與中心點溫度平均值的差值，所以有正負(fù)號，只有國標(biāo)的溫度均勻度，因未與中心點比較或與標(biāo)稱溫度比較，故沒有正負(fù)號，所以沒有溫度偏差表示方法清楚準(zhǔn)確。

目前國內(nèi)一些環(huán)境試驗設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)仍要求有溫度波動度、溫度均勻度和溫度偏差三項指標(biāo)，顯然沒有必要。建議在修訂這些標(biāo)準(zhǔn)時采用溫度偏差指標(biāo)，最多加上一個溫度波動度指標(biāo)就很全面了。而且采用溫度偏差符合美軍標(biāo)、國軍標(biāo)，和國際電工委員會相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

二、試驗箱（室）溫度不均勻產(chǎn)生的原因

試驗箱的結(jié)構(gòu)在很大程度上影響工作中間溫度均勻，由于結(jié)構(gòu)難于完全對稱，從而對溫度均勻造成不利影響。大門在前，空調(diào)室在箱后部，上送風(fēng)下回風(fēng)。顯然這種結(jié)構(gòu)左右對稱性好，可較易達(dá)到左、右溫度均勻，但結(jié)構(gòu)上、下不對稱，前后也完全不同，對工作空間溫度產(chǎn)生了不均勻影響。盡管如此，這種單風(fēng)道結(jié)構(gòu)如設(shè)計處理得當(dāng)，實踐證明工作室從0.1～300m3，之間都可使用，其溫度偏差都可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于箱壁的熱傳導(dǎo)，而產(chǎn)生漏熱（高溫箱）或漏冷（低溫箱）等熱損失，為了補償熱損失必然會有送風(fēng)溫差，高溫箱的送風(fēng)溫度高于箱內(nèi)工作溫度，低溫箱的送風(fēng)溫度則低于箱內(nèi)工作溫度。由于必然存在的送風(fēng)溫差使工作室內(nèi)產(chǎn)生了溫度不均勻。

由于箱壁六面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不等，有的有穿線孔等局部傳熱．使箱壁溫度不均勻，從而使箱壁幅射對流傳熱也不均勻，影響溫場均勻。

箱體的密封性不好，比如大門漏氣，從而影響工作空間的溫場均勻。

如果檢測溫度偏差要求工作室內(nèi)放置試品，當(dāng)試品體積過大，或放置的方式或位置不恰當(dāng)，使空氣對流受阻．將產(chǎn)生較大的溫度偏差。