环境试验箱如何选型

文章出处：高格官网责任编辑：高格小编作者：高格科技人气：发表时间：2022-09-30 13:45:41 【大中小】

(一）设备选择依据

存在于地球表面及大气层空间中的自然环境因素和诱发环境因素的种类，目前还无法统计出一个确切的数目，其中对工程产品（设备）的使用及寿命影响较大的因素不下十几种。从事工程产品环境条件研究的工程师们将自然界存在以及人类活动所诱发的环境条件整理归纳为一系列的试验标准和规范，用以指导工程产品的环境及可靠性试验。如指导军工产品进行环境试验 GJB150―― 中华人民共和国国家军用标准《军用设备环境试验方法》，指导电工电子产品进行环境试验的 GB2423―― 中华人民共和国国家标准《电工电子产品环境试验方法指南》等。因此，我们选择环境及可靠性试验设备时主要的依据是工

程产品的试验规范和试验标准。

其次，为了规范试验设备中环境试验条件的容差，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订了一系列的环境试验设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《电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法》，又如国家技术监督局颁布实施的 JJG190－ 89《电动振动试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试验设备的重要依据，不符合这些检定规程要求的试验设备是不允许投入使用的。

（二）温湿度箱的选择

1、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，气候箱工作尺寸与被试产品外廓尺寸之间应遵循以下几点规定：

a）被试产品的体积（W×D×H）不得超过试验箱有效工作空间的（20～35）％（推荐选用 20％）。对于在试验中发热的产品推荐选用不大于 10％。

b）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（35～50）％（推荐选用 35％）。

c）被试产品外廓表面距试验箱壁的距离至少保持 100～150mm，（推荐选用 150mm）。

上述三点规定实际上是相互依存和统一的。以 1立方米正方体箱子为例，面积比为 1：( 0. 35～0. 5）相当于体积之比为 1：（0. 207～0. 354）。距箱壁 100～150mm相当于体积之比为 1：（0. 343～0. 512）。

总括上述三点规定，气候环境试验箱的工作腔容积至少应是被试产品外廓体积的 3～5倍。作出这种规定的理由有以下几点：

1）被试验件置入箱体后挤占了流畅的通道，通道变窄将导致气流流速的增加。加速气流与被试验件之间的热交换。这与环境条件的再现不符，因为在有关标准中对涉及温度环境试验都规定试验箱内试验样件周围的空气流速不应超过 1. 7m/ s，以防止试验样件和周围气氛产生不符合实际的热传导。

在空载时试验箱内平均风速为 0. 6～0. 8m/ s，不超过 1m/ s，满足 a) 、b) 两点要求所规定的空间及面积比时，流场的风速可能增大（50～100）％，平均最高风速为（1～1. 7）m/ s。满足标准规定的要求。如果在试验中不加限制地加大试验件的体积或迎风断面积，则实际试验时气流风速将增大到超出试验标准所规定的最高风速，其试验结果的有效性将受到怀疑。

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，一旦置入被试验件后，对试验箱工作腔内环境参数的均匀性将产生影响，试验件占有的空间越大，这种影响也就越严重。

实测试验数据表明，流场中迎风面与背风面的温差可达到 3～8℃，严重时可大到 10℃以上。因此，必须尽量满足 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，还可能达到 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）试验温度与外界大气环境相差越大，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℃，也有高温到 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。

3、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 20～98％RH或 30～98％RH，如果湿热试验箱没有除湿系统，则湿度范围为 60～98％，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，如绝对含湿量为 5g/ Kg（指 1公斤干空气中含有 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 90％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，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 100％RH，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达到零度以下的露点温度，但是当冷点表面温度到达 0℃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。又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汽，因此这种除湿方法很难使箱体内的露点温度在到 0℃以下。实际所达到的较低露点温度为 5～7℃。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℃进相对湿度达到 20％RH，此时的露点温度为－3℃，采用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。

4、控制方式的选择

温度、湿度试验箱有恒定试验箱、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控制方式也类似，设定一个目标温度、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，并且可以在较大升温、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的斜率控制升温、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，还须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。

5、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较低温度的时间一般为 90～120mi n。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 1℃/ mi n，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℃/ mi n～15℃/ mi n，在某些温度段升温、降温速率甚至可以达到 30℃/ mi n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，一种是线形升降温速度（实际上是每 5mi n平均速度）。全程平均速度是指在试验箱的变温范围内，较高温度与较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。

线形升降温速度指在任意的每 5mi n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，保证线形升降温速度的难度大、关键的一段是，在降温段最后的一个 5mi n的时间段内，试验箱可以达到的降温速率。从某种角度讲，线形升降温速度（每 5mi n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

和线形升降温速度（每 5mi n平均速度）这两个参数。一般来说，线形升降温速度（每5mi n平均速度）是全程平均升降温速度的 1/ 2。

6、风速

有关标准规定，进行环境试验时温湿箱内的风速应小于 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热交换，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需的。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，为追求变温速率，必须加快箱体内循环气流的流速，风速通常在 2～3m/ s。因此，对于不同的使用目的，风速的限制是不一样的。

7、温度波动度

温度波动是一个比较容易实现的参数，一般环境试验设备厂家生产的多数的试验箱实际的温度波动都可以控制在±0. 3℃的范围以内。

8、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。在国军标 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，其温度工不超过 1℃/ m或总的较大值为 2. 2℃（试验样品不工作）” 。

9、湿度的精度控制

环境试验箱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，温度波动一般小于±0. 2℃。否则很难达到湿度控制精度的要求。

10、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。

风冷水冷使用条件设备安装简便，只需要接通电源即可使用。环境温度应低于 28℃，如果环境温度高于28℃对制冷效果有一定的影响（较好配备空调）需配置循环冷却水系统。换热效果较差（相对于水冷方式）稳定、良好对使用环境的影响会导致试验箱周围的空气温度上升。不影响试验箱周围的温度。

噪声较大（相对于水冷方式）较小结论选择何种冷却方式，应结合试验室的实际情况而定。在条件允许的情况下，优先考虑选择水冷方式。但如果选用的试验箱的制冷系统很小，也可以优先考虑选择水冷方式。

（三）、温湿度试验设备状况分析

1、温湿度环境试验设备的生产是持续了几十年的机械制造行业，其基本技术（如制冷，加热）已经成熟。

2、定制一台温湿度环境试验箱，其要求依产品试验的需要而不同，如有的三综合试验箱常常用于产品部件或组件和环境应力筛选试验，此时设备的强制除湿能力以及附加空气干燥系统的可能性是用户应该重点关心的项目，如果有的用户想利用三综合试验箱作环境试验（如湿热试验），则风速可调整性就是必须考虑的因素。