2017新款環境試驗箱溫度均勻性的有關問題

在我們2017與用戶交流(liu)的(de)(de)過(guo)程中，或是(shi)用戶在(zai)(zai)申請購買試驗箱時(shi)提指(zhi)標時(shi)，也有(you)在(zai)(zai)試驗箱計量過(guo)程中會經常遇(yu)到的(de)(de)溫度(du)均勻(yun)性，溫度(du)偏差，溫度(du)波動度(du)的(de)(de)疑問，到底這幾(ji)個參數所(suo)代表的(de)(de)物理含(han)義(yi)以(yi)及它們之間的(de)(de)相(xiang)互關系(xi)是(shi)怎樣(yang)，下(xia)面的(de)(de)文章或許能幫(bang)您得到答(da)案…

2017新款環境試驗箱溫度均勻性的有關問題

試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)箱（室）工(gong)作(zuo)空間的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)溫度(du)(du)(du)是(shi)否均(jun)(jun)勻是(shi)一個非常重要的(de)(de)問題，因(yin)為(wei)如果(guo)溫度(du)(du)(du)不均(jun)(jun)勻超(chao)過(guo)了允(yun)許偏(pian)差，則受試(shi)樣品(pin)(pin)的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)條件達(da)不到(dao)一致，有(you)的(de)(de)樣品(pin)(pin)或樣品(pin)(pin)某(mou)一部分，試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)溫度(du)(du)(du)偏(pian)高，有(you)的(de)(de)偏(pian)低，從而產(chan)生過(guo)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)或欠試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)的(de)(de)問題，使試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)的(de)(de)再現性差，試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)得出的(de)(de)數(shu)據(ju)不可靠，最終使試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)歸于(yu)失敗。本文(wen)擬對氣候環(huan)境試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)箱（室）的(de)(de)溫度(du)(du)(du)均(jun)(jun)勻性有(you)關問題提出一些(xie)看法。

一、各種標準表述試驗箱（室）溫度均勻性的指標及其計算方法

1、均勻度：以溫度均勻度指標來表示試驗箱的溫度均勻性，例如有以下一些標準：

英國標準(zhun)BS389-1965《實(shi)驗室濕熱箱技(ji)術條(tiao)件(jian)》：規(gui)定(ding)為在(zai)第(di)一(yi)次達到設定(ding)溫度兩(liang)小(xiao)后，用溫差熱電偶連續測試兩(liang)小(xiao)時，分別計算每(mei)一(yi)測試點(dian)與中心(xin)點(dian)的溫差平均(jun)值，其中最大者即為溫度均(jun)勻度，其大小(xiao)不得超過(guo)規(gui)定(ding)指標±0.5℃。

日(ri)本試驗機工業會(hui)，溫度(du)的性能試驗方法：測溫元件(jian)置(zhi)于上、下四(si)角及(ji)中(zhong)心(xin)點，上下四(si)角測溫元件(jian)距箱(xiang)壁距離為(wei)各自邊長的1/6且不小于50mm處。當溫(wen)度(du)達到恒定狀態后，對各測(ce)試(shi)點(dian)每隔(ge)一分鐘測(ce)試(shi)一次，共測(ce)十次以(yi)上，計算每一測(ce)試(shi)點(dian)與中(zhong)心點(dian)的溫(wen)差的平均值，其(qi)中(zhong)最大(da)者即為溫(wen)度(du)均勻度(du)。（ESPEC亦采用此指標）。

美國ASTMD2436-68《電氣絕緣用強(qiang)制(zhi)對流(liu)實(shi)驗室烘箱(xiang)技術條件》：用9只熱電偶，一只在(zai)距工作室幾(ji)何中心25mm內(nei)，其余8只在上下四(si)角且距箱壁50mm處。當(dang)達到(dao)設定溫度并穩定16小時后(hou)，盡(jin)快記(ji)錄9支熱電偶的溫度數據，然后，每隔5分鐘記錄(lu)一次(ci)，共記錄(lu)得到45個數據(ju)。計算45個(ge)數(shu)據的平均值作為(wei)箱溫。從45個(ge)(ge)數(shu)(shu)據中選(xuan)出(chu)兩個(ge)(ge)最大(da)數(shu)(shu)和兩個(ge)(ge)最小數(shu)(shu)分別各自(zi)減去(qu)平(ping)均(jun)數(shu)(shu)，然(ran)后從(cong)四個(ge)(ge)差(cha)值(zhi)(zhi)(zhi)中選(xuan)出(chu)兩個(ge)(ge)最大(da)差(cha)值(zhi)(zhi)(zhi)并求其(qi)平(ping)均(jun)值(zhi)(zhi)(zhi)，此值(zhi)(zhi)(zhi)就表(biao)述箱內溫(wen)度(du)均(jun)勻度(du)。

中國JB/T5520—91《干燥(zao)箱技術條(tiao)件》：對各測(ce)試點連續測(ce)試四次，時間≤20min，計算各測試點四次(ci)測得的平(ping)均值(zhi)(zhi)與中心點四次(ci)測試的平(ping)均值(zhi)(zhi)之差，其中最大值(zhi)(zhi)與最高(gao)工作溫度(du)(du)之比(bi)(bi)即干燥(zao)箱的溫度(du)(du)均勻度(du)(du)，以百分比(bi)(bi)表示(shi)。

中國GB10586-89《濕熱試(shi)驗箱(xiang)技術條件(jian)》。各(ge)測試(shi)點(dian)除中心點(dian)外，其(qi)余各(ge)點(dian)距箱(xiang)壁(bi)為各(ge)自邊(bian)長的(de)1/10。當溫度(du)達到規定(ding)值并穩定(ding)2h后，每隔(ge)2min測試各測試點溫(wen)度一次，在30min內共測(ce)15次(ci)，再隔(ge)30min再測一次，以后每隔1h測一次。利(li)用30min內15次(ci)的測試數據，分別算出(chu)每次(ci)數據中(zhong)最高(gao)與最低(di)溫(wen)度之(zhi)差再求(qiu)其平均(jun)值，即為溫(wen)度均(jun)勻度。

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

在美軍標MIL-STD-810D，4.4.1試(shi)(shi)驗(yan)條件允差中規定“試(shi)(shi)樣完全被空(kong)氣包圍（必(bi)要的支承點除外），試(shi)(shi)驗(yan)區(qu)(qu)測區(qu)(qu)測理系統的溫(wen)度和包圍試(shi)(shi)件各(ge)處(chu)的溫(wen)度梯度應分別在試(shi)(shi)驗(yan)溫(wen)度的±2℃以內(nei)和(he)不超(chao)過每米(mi)1℃或總的(de)最大值為2.2℃（試件不工作”此標準中用±2℃的溫度偏差和(he)1℃/M的溫度(du)梯度(du)來(lai)要求(qiu)箱(xiang)內工作空間的溫度(du)均勻性。

在美軍(jun)標MIL-STD-202F，2.2.1及(ji)MIL-STD-883C，4.5.8中(zhong)要求(qiu)工作(zuo)區空間(jian)內任(ren)一(yi)點的溫度，在給定時(shi)間(jian)內偏離基準點不(bu)超過±3℃（即(ji)為容許偏(pian)差(cha)）。

在IEC68號出(chu)版物及GB2423中，對(dui)試(shi)驗箱工作(zuo)空間(jian)的溫(wen)(wen)度(du)均(jun)勻性要求以(yi)“容差(cha)”即對(dui)標稱溫(wen)(wen)度(du)的容許(xu)偏差(cha)表述。對(dui)容差(cha)大小，在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)箱中規定為(wei)±2℃，在低溫箱中規定為±3℃。

在IEC68-2-3，2.1的注中(zhong)“溫度(du)±2℃的容差(cha)是(shi)由(you)于考慮到有測(ce)量的絕對誤差(cha)，緩慢的溫度變化和工作空(kong)間的溫度波動度等”。

GB／T5170·21996《電(dian)工(gong)電(dian)子產品環境試(shi)驗(yan)設備基本參數檢定(ding)(ding)方(fang)法溫度(du)試(shi)驗(yan)設備》，規定(ding)(ding)“溫度(du)偏差(cha)(cha)”為試(shi)驗(yan)箱溫度(du)性(xing)能(neng)指標(biao)的唯一檢定(ding)(ding)項目。溫度(du)偏差(cha)(cha)的檢定(ding)(ding)方(fang)法是：當工(gong)作(zuo)空(kong)間指示點溫度(du)第一次達到(dao)標(biao)稱溫度(du)后穩定(ding)(ding)2h。測(ce)量各測(ce)試點溫(wen)度(du)，每2min記錄一(yi)次各點的溫(wen)度，在30min內共測量15次。工作空間各(ge)測試點的(de)實測最高溫(wen)度(du)(du)(du)和(he)實測最低(di)溫(wen)度(du)(du)(du)與標稱(cheng)(cheng)溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)上、下(xia)偏(pian)差定為設備在該標稱(cheng)(cheng)溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)的(de)溫(wen)度(du)(du)(du)偏(pian)差。

3、溫度偏差和溫度均勻度兩種表述方法的比較

用溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)均(jun)勻度(du)(du)指標雖可表(biao)示箱內工作空間溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)均(jun)勻性(xing)的(de)(de)好(hao)或差，但由于在計算中都采用了多次平均(jun)值的(de)(de)方法(fa)，從(cong)而(er)把(ba)各點的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)波(bo)動(dong)度(du)(du)因素基本上去掉了。然而(er)對于試驗設備的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)性(xing)能(neng)指標只(zhi)標出溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)均(jun)勻度(du)(du)是不夠的(de)(de)，還必須有溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)波(bo)動(dong)度(du)(du)指標，即(ji)各點溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)隨(sui)時(shi)間而(er)變化(hua)的(de)(de)大小，才能(neng)全(quan)面描述箱內溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)場的(de)(de)變化(hua)尤其當溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)波(bo)動(dong)較大的(de)(de)情況(kuang)下。

溫度(du)(du)(du)(du)偏(pian)差(cha)(cha)不但(dan)反映了(le)工作空間各點溫度(du)(du)(du)(du)的(de)位置誤差(cha)(cha)，同時(shi)(shi)也(ye)包括了(le)各點溫度(du)(du)(du)(du)隨時(shi)(shi)間而(er)變(bian)化的(de)誤差(cha)(cha)即溫度(du)(du)(du)(du)波(bo)(bo)動(dong)(dong)度(du)(du)(du)(du)。因(yin)此溫度(du)(du)(du)(du)偏(pian)差(cha)(cha)更(geng)能說明箱內的(de)溫度(du)(du)(du)(du)均勻性，一般無需再測(ce)試驗箱的(de)溫度(du)(du)(du)(du)均勻度(du)(du)(du)(du)和溫度(du)(du)(du)(du)波(bo)(bo)動(dong)(dong)度(du)(du)(du)(du)。只有(you)當某些試驗設(she)備對溫度(du)(du)(du)(du)波(bo)(bo)動(dong)(dong)度(du)(du)(du)(du)有(you)特殊要求(qiu)時(shi)(shi)，如對濕(shi)熱箱，才標出(chu)溫度(du)(du)(du)(du)波(bo)(bo)動(dong)(dong)度(du)(du)(du)(du)。因(yin)為濕(shi)熱箱溫度(du)(du)(du)(du)波(bo)(bo)動(dong)(dong)度(du)(du)(du)(du)超過(guo)±0.5℃時，會帶(dai)來較大的(de)濕(shi)度(du)波(bo)動，增大濕(shi)度(du)誤差，從而超(chao)過濕(shi)度(du)允許(xu)偏差。

GB/T5170.2—1996，溫(wen)度(du)(du)試驗設(she)備的檢(jian)定(ding)方法中，對溫(wen)度(du)(du)性能(neng)指(zhi)標只規定(ding)檢(jian)定(ding)溫(wen)度(du)(du)偏(pian)差，而對溫(wen)度(du)(du)均勻(yun)度(du)(du)未作規定(ding)必(bi)須檢(jian)定(ding)，只在附錄B中提示了(le)溫度(du)(du)波動度(du)(du)、溫度(du)(du)均(jun)勻(yun)度(du)(du)的檢定方法，這樣的規定是非常(chang)正確的。

溫度(du)均(jun)勻(yun)度(du)指標(biao)(biao)，由于表示(shi)各點(dian)溫度(du)平均(jun)值與(yu)(yu)中(zhong)心點(dian)溫度(du)平均(jun)值的差(cha)值，所(suo)以(yi)有(you)正負號(hao)，只有(you)國標(biao)(biao)的溫度(du)均(jun)勻(yun)度(du)，因未與(yu)(yu)中(zhong)心點(dian)比(bi)較或與(yu)(yu)標(biao)(biao)稱溫度(du)比(bi)較，故沒(mei)有(you)正負號(hao)，所(suo)以(yi)沒(mei)有(you)溫度(du)偏差(cha)表示(shi)方法清楚準確。

目前國(guo)內一(yi)些環境試驗(yan)設備產品標(biao)準仍要求有溫(wen)度(du)波動度(du)、溫(wen)度(du)均勻度(du)和溫(wen)度(du)偏差三項指(zhi)標(biao)，顯然沒有必(bi)要。建議在修(xiu)訂這(zhe)些標(biao)準時采用溫(wen)度(du)偏差指(zhi)標(biao)，最多加上一(yi)個溫(wen)度(du)波動度(du)指(zhi)標(biao)就很全面了。而且(qie)采用溫(wen)度(du)偏差符合(he)美(mei)軍(jun)標(biao)、國(guo)軍(jun)標(biao)，和國(guo)際電工委員(yuan)會相關標(biao)準的要求。

二、試驗箱（室）溫度不均勻產生的原因

試驗箱(xiang)的結(jie)構(gou)在很大(da)程度(du)上影響工(gong)作(zuo)中間(jian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)均(jun)勻，由于(yu)結(jie)構(gou)難于(yu)完全(quan)(quan)對(dui)稱(cheng)(cheng)，從而對(dui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)均(jun)勻造成不利影響。大(da)門在前(qian)，空(kong)(kong)調室(shi)在箱(xiang)后(hou)部，上送風(feng)下回風(feng)。顯然這種(zhong)結(jie)構(gou)左(zuo)右對(dui)稱(cheng)(cheng)性好，可較易達到左(zuo)、右溫(wen)(wen)(wen)度(du)均(jun)勻，但結(jie)構(gou)上、下不對(dui)稱(cheng)(cheng)，前(qian)后(hou)也完全(quan)(quan)不同，對(dui)工(gong)作(zuo)空(kong)(kong)間(jian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)產生了不均(jun)勻影響。盡管(guan)如此，這種(zhong)單風(feng)道結(jie)構(gou)如設(she)計處理(li)得當，實踐證(zheng)明工(gong)作(zuo)室(shi)從0.1～300m3，之間都(dou)可使用，其溫度(du)偏差都(dou)可滿足標準要求(qiu)。

由(you)于(yu)箱壁的熱(re)傳導，而產生漏(lou)熱(re)（高溫(wen)(wen)箱）或(huo)漏(lou)冷（低(di)(di)溫(wen)(wen)箱）等(deng)熱(re)損失，為了補償熱(re)損失必(bi)然會有送(song)風(feng)(feng)溫(wen)(wen)差(cha)，高溫(wen)(wen)箱的送(song)風(feng)(feng)溫(wen)(wen)度(du)(du)高于(yu)箱內工作溫(wen)(wen)度(du)(du)，低(di)(di)溫(wen)(wen)箱的送(song)風(feng)(feng)溫(wen)(wen)度(du)(du)則低(di)(di)于(yu)箱內工作溫(wen)(wen)度(du)(du)。由(you)于(yu)必(bi)然存在(zai)的送(song)風(feng)(feng)溫(wen)(wen)差(cha)使工作室內產生了溫(wen)(wen)度(du)(du)不均勻。

 由(you)于箱(xiang)壁六面(mian)傳熱系數(shu)不(bu)等，有(you)的有(you)穿線孔等局部(bu)傳熱．使箱(xiang)壁溫度不(bu)均勻，從而使箱(xiang)壁幅射對流傳熱也(ye)不(bu)均勻，影響溫場(chang)均勻。

箱(xiang)體的密封性不好，比如大(da)門漏氣，從而(er)影響工作(zuo)空間(jian)的溫場均勻。

如果檢測溫(wen)度偏差(cha)要求工(gong)作室內放置(zhi)試品(pin)，當試品(pin)體積(ji)過(guo)大(da)，或放置(zhi)的方式或位置(zhi)不恰當，使空氣對流受阻．將(jiang)產生較大(da)的溫(wen)度偏差(cha)。

 

 

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