高低溫試驗(yàn)箱／恒溫恒濕試驗(yàn)箱 基本技術(shù)參數(shù)
3.1.1高低溫試驗(yàn)箱/恒溫恒濕試驗(yàn)箱?基本技術(shù)參數(shù)
衡量一個(gè)溫度試驗(yàn)箱的工作能力及其滿足試驗(yàn)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(jiǎn)稱(chēng)為內(nèi)部容積，是指試驗(yàn)箱內(nèi)部六個(gè)壁面限定的空間，在數(shù)值上是內(nèi)部長(zhǎng)、寬、高尺寸的乘積，有時(shí)候也將內(nèi)部容積約定成俗地稱(chēng)為試驗(yàn)箱工作空間，實(shí)際上這兩者不是同一概念。任何一個(gè)溫度試驗(yàn)箱內(nèi)部容積中靠近上、下及周邊壁面(1/10~1/8)?邊長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的邊緣空間是不可使用的空間，因?yàn)檫@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(yàn)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(yàn)樣品，因此，一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)真正有效的工作容積只占試驗(yàn)箱內(nèi)部容積的0.442~0.512。換句話說(shuō)，試驗(yàn)箱內(nèi)真正的可工作空間是指試驗(yàn)箱內(nèi)部容積中能把規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)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(gè)使用很長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)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(yàn)箱的內(nèi)部容積(長(zhǎng)x寬x高)不能簡(jiǎn)稱(chēng)為工作容積，只是由于長(zhǎng)期以來(lái)約定成俗的習(xí)慣，心照不宣，沒(méi)有深究而已。
2.溫度范圍(th，t１)
溫度范圍是指一個(gè)溫度試驗(yàn)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(diǎn)，第一種解釋是溫度范圍和試驗(yàn)箱工作空間溫度場(chǎng)的技術(shù)指標(biāo)(如溫度波動(dòng)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(yàn)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(yàn)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(yàn)箱其*高上限溫度不超過(guò)200C，壁板拼裝組成的步入式試驗(yàn)箱*高上限溫度不超過(guò)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(shí)，配置單級(jí)制冷系統(tǒng)的試驗(yàn)箱*低工作溫度為-35℃～-40℃，配置復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的試驗(yàn)箱*低工作溫度為-65℃～－75℃，要實(shí)現(xiàn)更低的工作溫度需要采用液氮(ＬN(yùn)２)制冷或三級(jí)深度制冷才能實(shí)現(xiàn)。
另一種解釋認(rèn)為試驗(yàn)箱的溫度范圍是指在該溫度條件下試驗(yàn)箱有效工作空間內(nèi)的溫度場(chǎng)應(yīng)能滿足試驗(yàn)規(guī)范中允許誤差值的要求。例如滿足國(guó)軍標(biāo)GJB150A系列標(biāo)準(zhǔn)的溫度條件下，“試驗(yàn)樣品附近測(cè)量系統(tǒng)的溫度應(yīng)在試驗(yàn)溫度的+2C以?xún)?nèi)，其溫度梯度不超過(guò)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(diǎn)片面性，如果在一個(gè)試驗(yàn)箱給定的溫度范圍內(nèi)，其溫度場(chǎng)不能滿足某個(gè)試驗(yàn)規(guī)范溫度允許誤差的要求，則不能使用該試驗(yàn)箱進(jìn)行這個(gè)試驗(yàn)規(guī)范的相應(yīng)試驗(yàn)，這是試驗(yàn)箱的使用者必須遵守的基本規(guī)則。但是，任何一臺(tái)通用型的溫度式驗(yàn)箱不僅僅是為某一個(gè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范)服務(wù)，不同的試驗(yàn)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也是在不斷更新和發(fā)展中，如國(guó)軍標(biāo)GJB150?(與美軍標(biāo)MIL-STD-810D的要求相同)，2009年更新為國(guó)軍標(biāo)GJB150A?(與MIL-STD-810F相對(duì)應(yīng))，其溫度的允許誤差值放寬了大容積，高溫下的溫度場(chǎng)均勻性的要求，由原來(lái)不論體積大小和溫度的高低，一律要求試驗(yàn)溫度與標(biāo)稱(chēng)溫度之差在±2℃之內(nèi)，修改為體積大于5m３試驗(yàn)箱的溫度允許誤差為±3℃;當(dāng)試驗(yàn)溫度高于100℃時(shí)，溫度允許誤差是±5℃。這說(shuō)明對(duì)于一臺(tái)通用型溫度試驗(yàn)箱，可以分割為不同的溫度區(qū)間以適應(yīng)不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫度允許誤差的要求，不必對(duì)整個(gè)溫度范圍追求統(tǒng)一性的允許誤差值，使其既能滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，又易于生產(chǎn)制造，減少存量資源的浪費(fèi)。
當(dāng)然，如果你購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)?新的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，顯然希望該試驗(yàn)箱給定的溫度范圍和其工作空間溫度場(chǎng)的技術(shù)指標(biāo)(如溫度波動(dòng)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(yàn)箱的性能指標(biāo)下降了，再分區(qū)使用而已。
3.溫度波動(dòng)度ΔTｆ
試驗(yàn)箱工作空間內(nèi)任意一點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化量稱(chēng)為溫度波動(dòng)度。溫度波動(dòng)度的大小主要取決于試驗(yàn)箱的控制方式及控制模型，試驗(yàn)箱加熱/制冷的方式、試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)箱內(nèi)氣流調(diào)制的方式等對(duì)溫度波動(dòng)度也有一定的影響。
溫度波動(dòng)度與一定的溫度范圍相對(duì)應(yīng)，也與該點(diǎn)在工作空間內(nèi)的位置有關(guān)。
4.溫度均勻度ΔTｕ
作試驗(yàn)箱工作空間內(nèi)在某一-瞬時(shí)各點(diǎn)溫度之間的差值稱(chēng)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(chǎng)模型、風(fēng)速的高低、試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾壁層保溫材料等因素。
溫度場(chǎng)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(shí)任意兩點(diǎn)間的溫度差除以這兩點(diǎn)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(shí)際測(cè)量中，任何一個(gè)量的測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之間都存在誤差，單純的溫度測(cè)量示值誤差”是指溫度測(cè)量裝置顯示的數(shù)值與傳感器安裝點(diǎn)的溫度真值(實(shí)際測(cè)其中是約定真值)之差值，是一個(gè)衡量溫度測(cè)量裝置測(cè)量不確定度的基礎(chǔ)參數(shù)。該誤差值與試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及溫度場(chǎng)的狀況無(wú)關(guān)，只與溫度傳感器、二次儀表及顯示器的測(cè)量與轉(zhuǎn)換精度相關(guān)。這個(gè)誤差包含兩個(gè)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(guò)多次測(cè)量求得的算術(shù)平均值(*可信賴(lài)值)與被測(cè)對(duì)象的約定真值之差，?系統(tǒng)誤差中的符號(hào)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(shuō):一套溫度測(cè)量裝置能否準(zhǔn)確顯示溫度傳感器安裝點(diǎn)的溫度真值(約定真值)是可以通過(guò)對(duì)“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(chēng)為或然誤差，在環(huán)境試驗(yàn)中，大部分環(huán)境參數(shù)的測(cè)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(yàn)溫度示值誤差”是一個(gè)與溫度測(cè)量裝置示值誤差概念不同的技術(shù)參數(shù)，是表示試驗(yàn)箱施加于被試驗(yàn)產(chǎn)品的實(shí)際溫度與溫度設(shè)定值(即標(biāo)稱(chēng)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(yàn)箱溫度測(cè)量裝置的示值應(yīng)該是被試產(chǎn)品周邊溫度環(huán)境的實(shí)測(cè)值;第二，這個(gè)顯示值與溫度設(shè)定值(即標(biāo)稱(chēng)溫度)的誤差才是“試驗(yàn)溫度示值誤差”。這個(gè)誤差值過(guò)大，意味著產(chǎn)品經(jīng)受的實(shí)際溫度環(huán)境條件與試驗(yàn)規(guī)范要求的溫度環(huán)境條件偏離較多，試驗(yàn)的進(jìn)程可能過(guò)嚴(yán)或過(guò)寬，試驗(yàn)的可信性及有效性存疑，故“試驗(yàn)溫度示值誤差”是溫度環(huán)境試驗(yàn)中個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)。
從上述定義出發(fā)，“試驗(yàn)溫度示值”應(yīng)該顯示被試驗(yàn)產(chǎn)品在試驗(yàn)箱內(nèi)占有空間場(chǎng)的溫度平均值，而不是某個(gè)溫度傳感器測(cè)點(diǎn)(?如進(jìn)風(fēng)口處測(cè)點(diǎn)或工作空間中心點(diǎn))的測(cè)量結(jié)果。在絕大多數(shù)溫度環(huán)境試驗(yàn)中，試驗(yàn)的操作者習(xí)慣性認(rèn)為試驗(yàn)箱配套的溫度指示儀表的“溫度示值”就是試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)品經(jīng)受的溫度環(huán)境條件的實(shí)測(cè)值，因而也就常常將溫度測(cè)量裝置自身的溫度示值誤差等同于試驗(yàn)的溫度示值誤差。
實(shí)際結(jié)構(gòu)中，溫度試驗(yàn)箱配套用溫度傳感器一般都安裝在試驗(yàn)箱的進(jìn)風(fēng)口處，無(wú)論該點(diǎn)的“溫度示值”測(cè)得多么準(zhǔn)確，也只能說(shuō)明準(zhǔn)確地檢測(cè)到了試驗(yàn)箱進(jìn)風(fēng)口處循環(huán)氣流的溫度。而試驗(yàn)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(yàn)溫度的**值越高、試驗(yàn)箱的體積越大、試驗(yàn)箱內(nèi)循環(huán)氣流的風(fēng)速越大或試驗(yàn)箱的變溫速率越高，這兩者的差值也越大。長(zhǎng)期以來(lái)，溫度試驗(yàn)箱配套用溫度傳感器實(shí)測(cè)的溫度值能否準(zhǔn)確標(biāo)示試驗(yàn)溫度場(chǎng)的平均溫度一直是環(huán)境試驗(yàn)行業(yè)內(nèi)眾說(shuō)紛紜，莫衷一是的話題。?由于“溫度示值”?的不確定性，也就帶來(lái)“試驗(yàn)溫度示值誤差”定義和數(shù)值計(jì)算的不確定性，本書(shū)第五章將對(duì)此議題進(jìn)行詳細(xì)的探討和論述。
請(qǐng)讀者高度關(guān)注“試驗(yàn)溫度示值誤差”與“溫度測(cè)量示值誤差”兩者的區(qū)別，因?yàn)檫@涉及環(huán)境與可靠性試驗(yàn)的嚴(yán)酷性與有效性。
6.溫度偏差ΔT
溫度偏差是指試驗(yàn)箱在穩(wěn)定狀態(tài)下，工作空間內(nèi)各個(gè)工作點(diǎn)在規(guī)定的一段時(shí)間內(nèi)實(shí)際的*高溫度(Tmax)和*低溫度(Tmin)與標(biāo)稱(chēng)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(gè)綜合性的技術(shù)指標(biāo)，它采集T工作空間內(nèi)各個(gè)工作點(diǎn)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(shí)又采集了在一段時(shí)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)指標(biāo)也包含了時(shí)間域內(nèi)溫度的變化狀態(tài)，?即溫度波動(dòng)度的因素。另一方面，該技術(shù)指標(biāo)是計(jì)量校準(zhǔn)方布置在試驗(yàn)箱工作空間內(nèi)N個(gè)(9個(gè)、?15個(gè)或更多)溫度校準(zhǔn)點(diǎn)傳感器的實(shí)測(cè)溫度值與標(biāo)稱(chēng)值之間相比較的*大差值。因?yàn)闃?biāo)稱(chēng)值是試驗(yàn)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(yàn)溫度示值誤差的成分。綜上所述，說(shuō)明“溫度偏差”是一個(gè)包含了溫度均勻度、溫度波動(dòng)度、試驗(yàn)溫度示值誤差技術(shù)指標(biāo)為一體的綜合性指標(biāo)。對(duì)一個(gè)溫度試驗(yàn)箱，給出了溫度偏差值就包含了溫度度驗(yàn)箱中溫度場(chǎng)時(shí)間干域、空間城、試驗(yàn)溫度示值誤差等的全部信息。
請(qǐng)注意:溫度偏差的檢測(cè)及計(jì)算方法與試驗(yàn)箱配套的溫度測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)，故溫度偏差與試驗(yàn)箱配套的溫度測(cè)量裝置的溫度示值誤差(溫度測(cè)量不確定度)沒(méi)有關(guān)系。如果要用試驗(yàn)箱配套的溫度測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)溫度的實(shí)測(cè)結(jié)果，則應(yīng)該將這個(gè)實(shí)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)箱工作空間內(nèi)N個(gè)溫度校準(zhǔn)點(diǎn)傳感的實(shí)測(cè)溫度值相比較。這方面的問(wèn)題將在第五章進(jìn)行詳細(xì)的論述。
某些溫度試驗(yàn)箱的產(chǎn)品廣告中，常常列出該型號(hào)產(chǎn)品的溫度控制精度，這是一個(gè)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(huì)。這個(gè)技術(shù)參數(shù)的定義是指安裝在試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度監(jiān)控傳感器(通常安裝在試驗(yàn)箱內(nèi)部空間的進(jìn)風(fēng)口或回風(fēng)口處)所顯示的測(cè)控結(jié)果與設(shè)定值(標(biāo)稱(chēng)值)之間的差值，是指控制用溫度傳感器對(duì)該點(diǎn)溫度的控制精度。這個(gè)值雖然也是一個(gè)綜合性指標(biāo)，包含了溫度測(cè)量示值誤差和溫度波動(dòng)度兩項(xiàng)指標(biāo)，但不包含溫度均勻度。如果試驗(yàn)箱的溫度測(cè)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(dòng)度，由于我國(guó)的相關(guān)計(jì)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(yàn)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(yàn)箱溫度指示點(diǎn)的溫度單調(diào)上升或單調(diào)下降時(shí)，總的溫度變化值與完成該過(guò)程所需時(shí)間的比值為試驗(yàn)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(shí)間，min
如果將公式(3-3)表示為Vt=ΔT÷Δt?.則為變溫過(guò)程中某個(gè)溫度狀態(tài)時(shí)的瞬態(tài)溫度變化速率(℃/min)。
公武(3-３中的，Vt是指在某個(gè)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(dòng)延遲，溫度變化過(guò)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(shí)際溫度的過(guò)度超調(diào)，通常提前關(guān)閉加熱或制冷的輸入通道，但試驗(yàn)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(jiàn)逐漸從*大值緩慢變化到零，故在變溫過(guò)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(jì)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(cè)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(yàn)箱工作空間內(nèi)流動(dòng)氣流的*大平均風(fēng)速，該風(fēng)速值與氣流的方向無(wú)關(guān)，是指該測(cè)量點(diǎn)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(yàn)的嚴(yán)酷度，在各種環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范的多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目中，都對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的風(fēng)速有明確的規(guī)定，讀者可參閱本書(shū)第四章的相關(guān)內(nèi)容。
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