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如何选择温/湿度试验箱

大西洋仪器网  2016-08-31 14:50   点击 660

●试验箱容积的选择

按被试产品(元器件、组件、部件或整机)置入试验箱进行试验时,为了保证被试产品周围气氛能满足试验规范所规定的环境试验条件,试验箱工作尺寸与被试产品外廓尺寸之间应遵循一下几点规定:

被测试产品的体积(W x D x H)不得超过试验箱工作空间的(2035)%(推荐选用20%),对于在试验中发热的产品推荐选用不大于10%

被试产品的迎风断面积与该断面上试验箱工作室总面积之比不大于(3550%(推荐选用35%)。

被试产品外廓表面距试验箱壁的距离至少保持100150mm(推荐选用150mm)。

上述三点规定实际上是相互依存和统一的,环境试验箱的工作腔容积至少应该是被试产品外廓体积的35倍。

温度范围的选择

目前,国外温度试验箱的范围大体上为-73℃~+177℃或-70℃~+180℃,国内多数厂家一般为-80℃~+130℃、-60℃~+130℃、-40℃~+130℃,也有高达150℃。这些温度范围通常可以满足国内绝大多数军用、民用产品温度试验的需要,除非有特殊需要,如安装位置靠近发动机等热源的产品外,不可盲目提高温度上限。因为上限温度越高,箱体内外的温差越大,箱体内部流场的均匀性也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面,上限温度值越高,对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的耐热性要求越高,箱体密封性的要求也越高,使箱体的制作成本增加。

湿度范围的选择

国内外环境试验箱给出的湿度指标大都是2098%RH3098%RH,如果湿热试验箱没有除湿系统,则湿度范围为6098%,这一类试验箱只能做高湿试验,但它的价格低得多。值得注意的是在湿度指标后面应该注明相应的温度范围,或给出最低露点温度。因为相对湿度是与温度直接相关的,对于同样的绝对含湿量,温度越高,相对湿度就越小。例如,绝对含湿量为5g/kg(指1公斤干空气中含有5克的水蒸气),当温度29℃时,相对湿度为20%RH,温度为6℃时,相对湿度为90%RH,当温度降至4℃以下时,相对湿度超过100%,在箱内会出现结露现象。

实现高温、高湿只需要往箱体空气中喷水蒸气或雾化的水珠,进行加湿。低温低湿则相对难以控制,因为此时的绝对含湿量很低,有时比大气中的绝对含湿量低很多,需要对箱体内流动的空气除湿,使空气变得干燥。目前国内外绝大多数的温湿度箱都采用制冷除湿的原理,是在箱体的空气预调室内加一组制冷光管。当湿空气经过冷管时,其相对湿度会达到100RH%  因空气饱和在光管上结露,使空气变得更干燥。这种除湿方式理论上可以达到零度以下的露点温度,但是当冷点表面温度达到零度时,光管表面结露的水滴会结冰,从而影响光管表面的热交换,使除湿能力下降,由因为箱体不可能绝对密封,大气中的湿空气会渗入到箱体内,使露点温度回升,另一方面,在光管间流动的湿空气只是在和光管(冷点)接触的瞬间达到饱和状态而析出水蒸气,因此这种除湿方法很难使箱体内的露点温度在到零度以下。实际上所能达到的最低露点温度57℃。露点温度5℃相当于绝对含湿量为0.0055g/kg,对应相对湿度20%RH的温度为30℃。如果要求温度20℃时相对湿度达到20%RH,此时的露点温度为-3℃,采用制冷方式除湿是很困难的,必须使用空气干燥系统才能实现。

控制方式的选择

温度、湿度试验箱有恒定试验箱和交变试验箱两种情况。普通的高低温试验箱一般指的是恒定高低温试验箱,其控制方式为:设定一个目标温度,试验箱具有自动恒温到目标温度点的能力。恒定温湿度试验箱的控制方式也类似,设定一个温度、湿度点,试验箱具有自动恒温到目标温度、湿度点的能力。

高低温交变试验箱具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程序,试验箱有能力根据预置的曲线完成试验过程,并且可以在最大升温、降温速率能力的范围内,精确控制升温、降温的速率,即可以根据设定的曲线斜率控制升温、降温速率。同样,高低温交变湿热试验箱也具有预置温度、湿度曲线,并且根据预置进行控制的能力。当然,交变试验箱都具有恒定试验箱的功能,但交变试验箱的制造成本较高,因为交变试验箱需配置有曲线自动记录装置、程序控制仪,还需解决试验箱在工作室内温度较高的情况下开启制冷机等问题,因此,交变试验箱的价格比恒定试验箱的价格一般要高20%以上。因此,我们应当实事求是的以试验方法的需要为出发点,选用恒定试验箱或者是交变试验箱。

变温速率的选择

普通的高低温试验箱没有降温速度的指标,从环境温度降温到标称的最低温度的时间一般为90120min。高低温交变试验箱、高低温交变湿热试验箱都有变温速度的要求,其变温速率一般要求在1℃/min,在此速率的范围内速度可调。而快速温度变化试验箱的变温速率较快,升温、降温速率可以达到3℃/min~15℃/min,在某些温度段升温、降温速率甚至可以达到30℃/min以上。

各种规格、速度的快速温度变化试验箱的温度范围一般都是相同的,即-60℃~+130℃,但考核降温速度的变温范围却不尽相同,根据试验不同的试验要求,快速温度变化试验箱变温范围有的是-55~+80℃,而有的是-40℃~+80℃。

关于快速温度变化试验箱的变温速率有两种提法,一种是全程平均升降温速度,一种是线性升降温速度(实际上是每5min平均速度)。全程平均速度是指在试验箱的变温范围内,最高温度与最低温度之差值与时间之比。目前国外各环境试验设备生产厂家提供的变温速率的技术参数都是指的全程平均速率。线性升降温速度指在任意的每5min时间段内,能够保证的变温速率。而实际上对于快速温度变化试验箱来说,保证线性升降温的难度最大,最关键的一段是,在降温段最后的一个5min的时间段内,试验箱可以达到的降温速率。从某种角度讲,线性升降温速度(每5min平均速度)更科学。因此试验设备最好具有全程平均升降温速度和线性升降温速度(每5min平均速度)这两个参数。一般来说,线性升降温速度(每5min平均速度)是全程平均升降温速度的1/2

风速

有关标准规定,进行环境试验时温湿度箱内的风速应小于1.7m/s,对于试验本身来说,风速越小越好,风速过大会加速试验件表面与箱体内流动气流的交换,于试验的真实性不利。但为了保证试验箱工作室内的均匀性,试验箱内具有循环风是必须的。但是快速温度变化试验箱以及温度、湿度、振动等多因素综合环境试验箱,为追求变温速度,必须加快箱体内循环气流的流速,风速通常在23m/s,因此,对于不同的使用目的,风速的限制是不一样的。

温度波动度

温度波动度是一个比较容易实现的参数,所有环境试验设备厂家生产的多数的试验箱实际的温度波动度都可以控制在±0.3℃的范围以内。

温度场均匀度

为了更正确地模拟产品在自然界所遭受的实际环境状况,在环境试验中必须保证被试产品的周边处在同一温度环境条件下,为此,必须对试验箱内的温度梯度和温度的波动度加以限制。如国军标GJB150.1.86军用设备环境试验方法总则中明确规定“试验样品附近测量系统的温度应在试验温度的±2℃以内,其温度梯度不超过1℃/m或总的最大值为2.2℃(试验样品不工作)”。

●湿度的精度控制

环境试验中测量湿度多数是采用干湿球法,环境试验设备的制造标准GB10586要求,相对湿度偏差应在±23%RH。为满足湿度控制精度的要求,湿度试验箱的温度控制精度较高,温度波动度一般小于±0.2℃.否则很难达到湿度控制精度的要求。

●冷却方式选择

试验箱如果带有制冷系统,制冷系统需要进行冷却,试验箱有风冷、水冷两种形式。

来源:大西洋仪器网    编辑:韦文臻
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