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温湿度环境试验箱选型指南

2021年08月19日

  温湿度环境试验箱选型指南

  装备选择根据

  存在于地球表面及大气层空间中的自然环境因素和引发环境因素的种类,目前还没法统计出个确切的数目。其中对工程产品(装备)的使用及寿命影响较大的因素不下几10种。从事工程产品环境条件研究的工程师们将自然界存在和人类活动所引发的环境条件整理归纳为1系列的实验标准和规范,用以指点工程产品的环境及可靠性实验。如指点兵工产品进行环境实验的GJB150—中华人民共和国国家军用标准《军用装备环境实验方法》,指点电工电子产品进行环境实验的GB2423—中华人民共和国国家标准《电工电子产品环境实验方法指南》等。因此,我们选择环境及可靠性实验装备时主要的根据是工程产品的实验规范和实验标准。

  其次,为了规范实验装备中环境实验条件的容差,保证环境参数的控制精度,国家技术监督机构及各工业部门还制定了1系列的环境实验装备及检测仪器仪表的检定规程。如中华人民共和国国家标准GB5170《电工电子产品环境实验装备基本参数检定方法》,又如国家技术监督局颁布实行的JJG190⑻9《电动振动实验台系统试行检定规程》等。这些检定规程也是选择环境及可靠性实验装备的重要根据,不符合这些检定规程要求的实验装备是不允许投入使用的。

  2、 装备选择基本原则

  环境及可靠性实验装备的选择应遵守以下5条基本原则:

  1. 环境条件的再现性

  在实验室内完全而地再现自然界存在的环境条件是可望而不可及的事情。但是,在1定的容差范围以内,人们完全可以正确而近似地摹拟工程产品在使用、储存、运输等进程中所承受的外界环境条件,这段话用工程的语言概括,就是“实验装备所创造的围绕被试产品周边的环境条件(含平台环境)应当满足产品实验规范所规定的环境条件及其容差的要求”。如用于兵工产品实验的温度箱不但要满足国军标GJB150.3⑻6、GJB150.4⑻6中根据不同类型产品所规定的高温、低温的实验量值、实验时间,同时也应满足实验规范中对温度场的均匀性和温度控制精度的要求。只有这样,才能保证在环境实验中环境条件的再现性。

  2. 环境条件的可重复性

  1台环境实验装备可能用于同1类型产品的屡次实验,而1台被试的工程产品也可能在不同的环境实验装备中进行实验,为了保证同1台产品在同1实验规范所规定的环境实验条件下所得实验结果的可比较性,必定要求环境实验装备所提供的环境条件具有可重复性。这也就是说,环境实验装备施用于被实验产品的应力水平(如热应力、振动应力、电应力等)对同1实验规范的要求是1致的。

  环境实验装备所提供环境条件的可重复性是由国家计量检定部门根据国家技术监督机构所制定的检定规程检定合格后提供保证。为此,必须要求环境实验装备能满足检定规程中的各项技术指标及精度指标的要求,并且在使用时间上不超过检定周期所规定的时限。如使用非常普遍的电动振动台除满足激振力、频率范围、负载能力等技术指标外,还必须满足检定规程中规定的横向振动比、台面加速度均匀性、谐波失真度等到精度指标的要求,而且每次检定后的使用周期为2年,超过2年必须重新检定合格后才能投入使用。

  3. 环境条件参数的可测控性

  任何1台环境实验装备所提供的环境条件必须是可观测的和可控制的,这不但是为了使环境参数限制在1定的容差范围以内,保证实验条件的再现性和重复性要求,而且从产品实验的安全动身也是必须的,以便避免因环境条件失控致使被试产品的破坏,带来没必要要的损失。目前各种实验规范中大体要求参数测试的精度不应低于实验条件允许误差的3分之1。

  4. 环境实验条件的排它性

  每次进行的环境或可靠性实验,对环境因素的种别、量值及容差都有严格的规定,并排除非实验所需的环境因素渗透其中,以便在实验中或实验结束后判断和分析产品失效与故障模式时,提供确切的根据,故要求环境实验装备除提供所规定的环境条件外,不允许对被试产品附加其它的环境应力干扰。如电动振动台检定规程中所限定的台面漏磁,加速度信噪比、带内带外加速度总均方根值比。随机信号的检验、谐波失真度等精度指标都是为了保证环境实验条件的性而制定的检定项目。

  5. 实验装备的安全可靠性

  环境实验,特别是可靠性实验,实验周期长,实验的对象有时是价值很高的兵工产品,实验进程中,实验人员常常要在现场周围进行操作或测试工作,因此要求环境实验装备必须具有运行安全、操作方便、使用可靠、工作寿命长等特点,以确保实验本身的正常进行。实验装备的各种保护、告警措施及安全联锁装置应当完善可靠,以保证实验人员、被试产品和实验装备本身的安全可靠性。

  3、 温湿度箱的选择

  1. 温湿度箱容积的选择

  将被试产品(元器件、组件、部件或整机)置入气候环境箱进行实验时,为了保证被试产品周围气氛能满足实验规范所规定的环境条件,气候箱工作空间尺寸与被试产品外廓尺寸之间应遵守以下几点规定:

  a) 被试产品的体积(W×D×H)不得超过实验箱有效工作空间的(20⑶5)(推荐选用20)。对在实验中发热的产品推荐选用不大于30 。

  b) 被试产品的迎风断面积与该断面上实验箱工作腔总面积之比不大

  于(35⑸0)(推荐选用35)。

  c) 被试产品外廓表面距实验箱壁的距离最少应保持100⑴50mm,

  (推荐选用150mm)。

  上述3点规定实际上是相互依存和统1的。以1立方米正立方体箱子为例,面积比为1:(~0.5)相当于体积之比为1:(~4)。距箱壁100⑴50mm 相当于体积之比为1:(~)。

  总括上述3点规定,气候环境实验箱的工作腔容积最少就是被试产品外廓体积的3~5倍,作出这类规定的理由有以下几点:

  1) 被实验件置入箱体后挤占了流场中气流的通道,通道变窄将致使气流流速的啬。加速气流与被实验件之间的热交换,这与环境条件的再现性不符,由于在有关标准中对触及温度环境实验都规定实验箱内实验样周围的空气流速不应超过 / 2) 气候箱工作腔内环境参数(如温度、湿度、盐雾沉降率等)的精度指标都是在空载状态下检测的结果,1旦置入被实验件后,对实验箱工作腔内环境参数的均匀性将产生影响,实验件占有的空间越大,这类影响也就越严重。实测实验数据表明,流场中迎风面与背风面的温差可到达3~8℃,严重时可大到10℃以上。因此,必须尽可能满足a)、b)两项要求,以保证被试产品周围环境参数的均匀性。

  3) 根据热传导的原理,箱壁附近气流的温度通常与流场中心温度相差2~3℃,在高低温的上下限时,还可能到达5℃。箱壁的温度与箱壁附近流场的温度又相差2~3℃(视箱壁的结构和材料而定)。实验温度与外界大气环境温度相差越大,上述温差也越大,因此,距箱壁(100~150mm)距离内的空间是不可利用空间。

  2. 温度范围

  目前,国外温度实验箱的温度范围大体上为(⑺3 ~ +177℃),或(⑺0 ~ +180℃)。国内多数厂家为(⑺0 ~ +120℃),也有高温到150℃。这个温度范围通常可以满足辆绝大多数军用、民用产品温度实验的需要,除非确有特殊需要,如安装位置靠近发动机等热源的产品外,不可盲目利用的工作腔体积也就越小。另外一方面,上限温度越高,对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的耐热性要求也越高。箱体密封性的要求也越高,使箱体的制作本钱增加。

  3. 湿度范围

  国内外环境实验箱给出的温度指标大体上都是20~95RH或20~98RH,其实这两个指标是完全1致的,由于湿度控制精度通常为±(3~5) RH,而大湿度只多是100 RH,值得注意的是在湿度指标后面应当注明相应的温度范围,或给出低露点温度.由于相对湿度是与温度直接相干的,对一样的含湿量,温度越高,相对湿度就越小,如含湿度量d为5g/kg (指1千克干空气中含有5克的水蒸汽),当温度为29℃时,相对湿度为20 RH,温度为6℃时,相对湿度为99 RH,当温度降至4℃以下,相对湿度超过100,在箱体内会出现结露现象。

  实现高温、高湿只需要往箱体空气中喷水蒸汽或雾化的水珠,进行加湿。低温低湿则相对难于控制,由于此时的含湿量很低,有时比大气中的含湿量低很多,需要对箱体内活动空气除湿,使空气变得更干燥。目前国内外绝大多数的温湿度箱都是采取制冷除湿的原理,是在箱体的空气预调室内加1组制冷光管。当湿空气经过冷管时,其相对湿度会到达100 RH,因空气饱和在光管上结露,使空气变得更干燥。这类除湿方式理论上可到达零度以下的露点温度,但是当冷点表面温度到达0℃以下。实际所到达的低露点温度为5~7℃。露点温度5℃相当于含湿量为 ,对应相对湿度20RH 的温度为30℃。如果要求温度20℃时相对湿度到达20 RH ,此时的露点温度为⑶℃,采取致冷方式除湿是很困难的,必须选用空气干燥系统才能实现。