高低溫環境試驗箱溫度均勻性相關問題
2023年01月03日 17:08:17
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高低溫環境試驗箱溫度均勻性相關問題
在與用戶溝通的過程中，或者當用戶申請購買熱休克試驗箱時，在熱休克試驗箱測量過程中也會經常遇到溫度均勻性和溫度偏差，溫度波動的問題，這些參數所代表的物理意義及其相互關系是什么？下面的文章可能會幫助你得到答案...
環境熱休克試驗箱溫度均勻性相關問題
熱休克試驗箱 (室) 工作空間的測試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，超過允許偏差，被測樣品的測試條件不能達到相同，一些樣品或部分樣品測試溫度高，有些低，導致測試過度或測試不足的問題，這使得測試的再現性差，并且從測試中獲得的數據不可靠，zui*終沒有通過測試。本文擬對氣候環境熱休克試驗箱 (室) 溫度均勻性相關問題提出一些看法。
I.各種標準表示的熱休克試驗箱 (室) 溫度均勻性指標及其計算方法
1.均勻性: 溫度均勻性指數用于表示熱休克試驗箱的溫度均勻性。例如，有以下標準:
英國標準BS389-1965實驗室濕熱箱技術條件: 規定在達到設定溫度兩次后，使用溫差熱電偶連續測試兩個小時，分別計算各試驗飛行員與中心點的平均溫差，其中大的zui是溫度均勻性，其尺寸不得超過規定的指數 ± 0.5 ℃。
日本試驗機工業協會，溫度性能測試方法: 測溫元件放置在上下四個角和中心點，上下四角測溫元件與箱壁之間的距離為各自邊長的1/6且不小于50毫米。當溫度達到恒定狀態時，每分鐘對每個測試點進行十次以上的測試，并計算每個測試點與中心點的溫差平均值，其中較大的zui是溫度均勻性。(特別是也使用此指標)。
美國ASTMD2436-68強制對流實驗室電絕緣烘箱技術條件: 使用9個熱電偶，其中一個在離演播室25毫米的質心內，另外8個在上角和下角，50毫米個在盒子墻上。達到設定溫度并穩定16小時后，盡快記錄9個熱電偶的溫度數據，然后每5分鐘記錄一次，共記錄45個數據。計算45個數據的平均值用作箱體溫度。從45個數據中分別選擇兩個zui大數和兩個zui小數減去平均值，然后從四個差異中選擇兩個zui大數并計算平均值。該值表示盒子中的溫度均勻性。
中國JB/T5520-91《干燥箱技術條件》: 每個測試點連續測試四次，時間 ≤ 20分鐘，計算每個測試點四次測得的平均值與中心點四次測得的平均值之間的差，zui的大值與zui的高操作溫度之比是干燥箱的溫度均勻性，以百分比表示。
中國GB10586-89濕熱熱休克試驗箱技術條件。除中心點外，每個測試點距箱壁的長度為其長度的1/10。當溫度達到規定值并穩定2小時時，每個測試點溫度每2分鐘測試一次，30分鐘測試15次，然后每30分鐘測試一次，然后每1小時。利用30min內15次的試驗數據，分別計算各數據中zui高和zui低溫的差值，然后計算平均值，即，溫度均勻性。
2.溫度偏差: 熱休克試驗箱工作空間的溫度均勻性由溫度偏差指數要求，如以下標準:
美用標準MIL-STD-810D 4.4.1測試條件公差中規定 “樣品被空氣包圍 (必要的支撐點除外)，測試區域測量系統的溫度和試樣周圍的溫度梯度應在測試溫度的 ± 2 ℃ 范圍內，且不超過每米1 ℃ 或總計zui值為2.2 ℃ (本標準中使用了 ± 2 ℃ 的溫度偏差和1 ℃/M的溫度梯度來要求工作空間的溫度均勻性盒子。
美用標準MIL-STD-202F，2.2.1和MIL-STD-883C，4.5.8，要求溫度隨時工作區空間不應超過 ± 3 ℃ (即允許偏差) 在給定時間內。
在IEC68出版物和GB2423中，熱休克試驗箱工作空間的溫度均勻性要求用 “公差” 表示，即標稱溫度的允許偏差。對于公差，在高溫箱中設置為 ± 2 ℃，在低溫恒溫器中設置為 ± 3 ℃。
在IEC68-2-3、2.1的注釋中，“溫度的公差為 ± 2 ℃ 是由于測量誤差、緩慢的溫度變化和工作空間的溫度波動等因素的考慮。“。
GB/T5170·21996《電子電氣產品溫度測試設備環境測試設備基本參數驗證方法》規定 “溫度偏差” 為熱休克試驗箱 * 驗證項目溫度性能指數。溫度偏差的驗證方法是: 當工作空間指示點的溫度達到標稱溫度2小時。測量每個測試點的溫度，每2分鐘記錄每個點的溫度，并在30分鐘內測量15次。測量的zui高溫和測量的zui低溫與工作空間中每個測試點的標稱溫度之間的偏差被確定為該標稱溫度下設備的溫度偏差。
3.溫度偏差與溫度均勻性兩種表達方法的比較
雖然溫度均勻性指標可以代表箱內工作空間的溫度均勻性的好壞，但由于在計算中采用了多個平均值的方法，因此，基本上消除了每個點的溫度波動因子。然而，僅針對測試設備的溫度性能指標來標記溫度均勻性是不夠的。還必須有一個溫度波動指數，即每個點的溫度隨時間的變化，為了充分描述箱內溫度場的變化，尤其是當溫度波動很大時。
溫度偏差不僅反映了工作空間中每一點溫度的位置誤差，還包括溫度隨時間變化的誤差，即溫度波動。因此，溫度偏差可以更好地解釋盒子中的溫度均勻性。通常，無需測量熱休克試驗箱的溫度均勻性和溫度波動。只有當一些測試設備對溫度波動有特殊要求時，例如濕式加熱箱，才能標記溫度波動。因為當濕熱箱溫度波動超過 ± 0.5 ℃ 時，會帶來較大的濕度波動，增加濕度誤差，從而超過允許的濕度偏差。
GB/T5170.2-1996，在溫度測試設備的驗證方法中，僅對溫度性能指標規定了驗證溫度偏差，而未規定溫度均勻性，必須進行驗證。只有溫度波動，溫度均勻性的驗證方法是非常正確的。
溫度均勻性指數，因為它表示每個點的平均溫度與中心點的平均溫度之間的差，有正負，只有國家標準的溫度均勻性，因為它沒有與中心點或標稱溫度進行比較，因此，沒有正負，因此沒有溫度偏差，表明該方法清晰準確。
目前，國內一些環境測試設備產品標準仍然要求三個指標: 溫度波動、溫度均勻性和溫度偏差，這顯然是不必要的。推薦于在修訂這些標準時，采用了溫度偏差指數，zui增加了一個額外的溫度波動指數，這是非常**的。此外，所采用的溫度偏差符合美事標準、國家軍事標準和國際電工委員會相關標準的要求。
二.熱休克試驗箱 (室) 溫度不均勻的原因
熱休克試驗箱的結構在很大程度上影響了工作中間的溫度均勻性。由于結構難以對稱，會對溫度均勻性產生不利影響。大門在前面，空調在盒子的后面。上部空氣供應和下部空氣回流。顯然，這種結構具有良好的左右對稱，很容易達到左右溫度的均勻性，但結構在上層和下層是不對稱的，前后不同，這對工作空間的溫度影響不均勻。然而，如果這種單一的風管結構設計和處理得當，實踐證明工作室可以在0.1到300立方米之間使用，并且其溫度偏差可以滿足標準要求。
由于箱壁的熱傳導，會產生諸如漏熱 (高溫箱體) 或冷泄漏 (低溫恒溫器) 等熱損失。為了補償熱量損失，不可避免地會有空氣供應溫差。高溫箱的送風溫度高于箱體的工作溫度，低溫恒溫器的送風溫度低于箱體的工作溫度。由于空氣供應不可避免的溫差，在工作室內會發生不均勻的溫度。
由于箱壁六面的傳熱系數不同，有些具有局部傳熱，如穿線孔，這使得箱壁的溫度不均勻，從而使箱壁的輻射對流傳熱不均勻，影響溫度場的均勻性。
盒子的密封性不好，例如門上漏氣，這會影響工作區溫度場的均勻性。
如果檢測溫度偏差需要將試樣放置在工作室，當試樣體積過大，或放置方法或位置不合適時，空氣對流將被阻塞，這將產生更大的溫度偏差。
高低溫環境試驗箱
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