如何選擇溫濕度環境試驗箱
一、 設備選擇依據
       存在于地球表面及大氣層空間中的自然環境因素和誘發環境因素的種類，目前還無法統計出一個確切的數目，其中對工程產品（設備）的使用及壽命影響較大的因素不下幾十種。從事工程產品環境條件研究的工程師們將自然界存在以及人類活動所誘發的環境條件整理歸納為一系列試驗標準和規范，用已指導工程產品的環境及可靠性試驗。如指導軍工產品進行環境試驗的GLB150—中華人民共和國國家軍用標準《軍用設備環境試驗方法》，指導電工電子產品進行環境試驗的GB2423—中華人民共和國國家標準〈電工電子產品環境試驗發指南〉等。因此，我們選擇環境及可靠性試驗設備時主要的依據是工程產品的試驗規范和試驗標準。

        其次，為了規范試驗設備中環境試驗條件的容差，保證環境參數的控制精度，國家技術監督機構及各工業部門還制定了一系列的環境試驗設備及檢測儀器儀表的檢定規程。如中華人民共和國國家標準GB5170〈電工電子產品環境實驗設備基本參數檢定方法〉，又如國家技術*頒布實施的JJG190-89〈電動震動試驗臺系統試行檢定規程〉等。這些檢定規程也是選擇環境及可靠性試驗設備的重要依據，不符合這些檢定規程要求的試驗設備是不允許使用的。

二、 設備選擇基本原則
環境及可靠性試驗設備的選擇應遵守以下五條基本原則： 
1、 環境條件的再現性
在試驗室內完整而地在先自然界存在的環境條件是可望而不可及的事情。但是，在一定的容差范圍之內，人們*可以正確而近似地模擬工程產品在使用、貯存、運輸等過程中所經受的外界環境條件。這段話用工程的語言概括，就是“試驗設備所創造的圍繞被試產品周邊的環境條件（含平臺環境）應該滿足產品試驗規范所規定的環境條件及其容差的要求”。如用于軍工產品試驗的溫度箱不僅要滿足國軍標GJB150.3—86、GJB150.4—86中根據不同類型產品所規定的高溫、低溫的試驗量值、試驗時間，同時也滿足試驗規范中對溫度場的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣，才能保證在環境試驗中環境條件的再現性。

2、 環境條件的可重復性
一臺環境試驗設備可能用于同一類型產品的多次試驗，而一臺被試的工程產品也可能在不同的環境試驗中進行試驗，為了保證同一臺產品在同一試驗規范所規定的環境試驗條件下所得試驗結果的可比較性，必然要求環境試驗設備所提供的環境條件具有可重復性。這也就是說，環境試驗設備施用于被試驗產品的應力水平（如熱應電力、振動應力、電應力等）對于同一試驗規范的要求是一致的。
環境試驗設備所提供的環境條家似的可重復性是由國家計量堅定部門依據國家技術監督機構所制定的檢定規程檢定合格后提供保證。為此，必須要求環境試驗設備能滿足檢定規程中的各行技術指標及精度指標大要求，并且在使用時間上不超過檢定周期所 規定的時限。如使用非常普遍的電動震動臺除滿足激震動力、頻率范圍、負載能力及技術指標外，還必須滿足規定的橫向震動比、臺面加速度均勻性、諧波失真度等精度指標的要求，而且每次檢定后的使用周期為兩年，超過兩年必須從新檢頂合格后才能投入使用。

3、 環境條件參數的可測控性
    任何一臺環境試驗設備所提供的環境條件必須是可觀測的和可控制的，這不僅是為了使環境參數限制在一定的容差范圍之內，保證試驗條見的在現性和重復性要求，而且從產品試驗的要求出發也是必須的，以便防止因環境條件失控導致被制產品的損壞，帶來不必要的損失。目前各種試驗規范中大體要求參數測試的精度不應低于試驗條件允許誤差的三分之一。

4、 環境試驗條件的排它性
每一次進行的環境或可靠性試驗，對于環境因素的類別、量值及容差都有嚴格的規定，并排除非試驗所須的環境因素滲透其中，以便在試驗中或試驗結果后判斷和分析產品失效與故障模式時，提供確切的依據，故要求環境試驗設備除提供所規定的環境條件外，不許對被試產品附加其他的環境應力干擾。如電動震動臺檢定規程中所限定的臺面漏磁，加速度信躁比、帶內帶外加速度總均方根值比。隨機信號的檢驗、諧波失真度等精度指標都是為了保證環境試驗條件的*性而制定的檢定項目。

5、環境試驗設備的安全可靠性
   環境試驗，特別是可靠性試驗，試驗周期長，試驗的對象有時是價值很高的軍工產品，試驗過程中，試驗人員經常要在現場周圍進行操作巡視或測試工作，因此要求環境試驗設備必須具有運行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長等特點，以確保試驗本身的正常進行。試驗設備的個中保護、告警措施及安全聯鎖裝置應該完善可靠，以保證試驗人員、被試產品和試驗設備本身的安全可靠性。

三、 溫濕度箱的選擇
1、 溫濕度箱容積的選擇
將被試產品（元器件、組件、部件或整機）置入氣候環境箱進行試驗時，為了保證被試產品周圍氣氛能滿足試驗規范所規定的環境條件，氣候箱工作間尺寸與被試產品外廓尺之間應遵守以下幾點規定：

A被試驗產品的體積（W乘D乘H）不得超過試驗箱有效工作空間的（20%~35%）
（推薦選用20%）。對于在試驗中發熱的產品推薦選用不大于10%。
B被試驗產品的迎風段面積與該段面上試驗箱各種腔總面積之比不大于（35%~50%）（推薦選用35%）。
C被試產品外殼表面距試驗箱壁的距離至少應保持100~150MM，（推薦選用150MM）。

上訴三點規定實際上是相互依存和統一的。以一立方米正一立方體箱子為例，面積比為1：（0.35~0.5）相當于體積比為1：（0.207~0.354）。距箱壁100~150MM相當于體積比為1：（0.343~0.512）。

總括上述三點規定，氣候換金試驗箱的工作腔積至少要是被試產品外廓體積的3~5倍。作出這種規定的理由有以下幾點：

1） 被試驗件置入箱體或擠占了流場中氣流的通道，通道變窄將導致氣流流速的增加。加速氣流與被試驗見之間的熱交換。這與環境條件的再現性不符，因為在有關標準中對涉及溫度環境試驗都規定試驗箱內試驗樣件周圍的空氣流速不應超過1.7M/S，以防止試驗樣件和周圍氣氛產生不符合實際的熱傳導。在空載時試驗箱內平均風速為0.6~0.8M，不超過1M/S，滿足A、B兩點要求所規定的空間及面積之比時，流場的風速可能增大（50~100%），平均zui高風速為（1~1.7）M/S。滿足標準規定的要求。如果在試驗中不加限制地加大試驗件的體積或迎風斷面積，則實際試驗時氣流風速將增大到超出試驗標準所規定的zui高風速，其試驗結果的有效性將受到懷疑。

2） 氣候箱工作腔內環境參數（如溫度、濕度、鹽霧沉降率等）的精度指標都是在空載狀態下檢測的結果，一旦置入被測試驗件后，對試驗箱工作腔內環境參數的均勻性將產生影響，試驗件占有的空間越大，這種影響也就越嚴重。實測試驗數據表明，流場中迎風與被風面的溫差可達到3~8C，嚴重時可達到10C以上。因此必須盡量滿足A、B兩項要求，以保證被試產品周圍環境參數的均勻性。

3） 根據熱傳導的原理，箱壁附近氣流的溫度通常與流場中心溫度相差2~3℃（視箱避的結構和材料而定）。試驗溫度與外界大氣環境溫度相差越大，上述溫差也越大，因此，距壁箱（100~150MM）距離內的空間是不可利用空間。

2、 溫度范圍
目前，國外溫度試驗箱的溫度范圍大體上為（-73~+177℃），或（-70~+180℃）。國內多數廠家為（-70~+120℃），也有高溫到150℃。這個溫度范圍通常可以滿足國內絕大多數軍用、民用產品溫度試驗的要求，除非卻有特殊需要，如安裝位置靠近發動機等熱源的產品外，不可盲目提高溫度上限。因為上限溫度越高，箱體內外的溫差越大，箱體內部流場的溫度均勻性也越差。可利用的工作腔體也就越小。一方面，上限值溫度越高，對箱壁夾層中保溫材料（如玻璃棉等）的耐熱性要求也高。箱體封密性的要求也越高，使箱體的制作成本增加。

3、 濕度范圍
    國內外環境試驗箱給出的濕度指標大體上都是（20~95）%RH，其實這兩個指標是*一致的，因為濕度控制精度通常為正負（3~5）%RH，而zui大濕度只可能是100%RH，值得注意的是在濕度指標后面應該注明相應的溫度范圍，或給出zui低露點溫度。因為相對濕度是與溫度直接相關的，對于同樣的含濕量，溫度越高，相對濕度越小，如含濕度量D為5G/KG（1公斤干空氣中含有5克的水蒸汽），當溫度為29℃時，相對濕度為29%RH，溫度為6℃時相對溫度為90%RH，當溫度降至4℃以下，相對濕度超過100%，在箱體內會出現結露現象。
實現高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸氣或霧化的水珠，進行加濕。低溫低濕則相對難于控制，因為此時的含濕量很低，有是比大氣中的含濕量低得多，需要對箱體內流動的空氣除濕，使空氣變得更干燥。目前國內外大多數的溫濕度箱都是采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預調室內加一組制冷光管。當濕空氣經過冷管時，其相對濕度會達到100%RH，因空氣飽和在光管上結露，使空氣變得更干燥。這種除濕方式理論上可達到零度以下的露點溫度，但是當冷點表面溫度到達0℃時，光管表面結露的水面會滲入箱體內，使露點溫度回升。另一方面，在光管間流動的濕空氣只是在光管（冷點）接觸的瞬間達到飽和狀態而析出水蒸氣，因此這種除濕方法很難使箱體內的露點溫度達到0℃以下。實際所達到的zui低露點溫度為5~7℃。露點溫度5℃相當于含濕量為0.0055G/KG，對于相對濕度20%RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃時相對濕度達到20%RH，此時的露點溫度為-3℃，采用致冷方式除濕是很困難的，必須選用空氣干燥系統才能實現。

4、 風速
   有關標準規定，進行環境試驗時溫濕箱內的風速應小于1.7M/S，風速過大會加速試驗件表面與箱體內流動氣流的熱交換，于試驗不利。但是在溫度濕度、振動等多因素終合環境中，為追求高的變溫速率，必須加快箱體內循環氣流的流速，風速通常在2.5~3.0M/S。因此，對于不同的使用目的，風俗的限制是不一樣的。

5、 溫度場
    為了更正確地模擬產品在自然界所招受的實際環境狀況，在環境試驗中必須保證被試產品的調邊能處在同一溫度環境條件下，為此，必須對試驗箱內的溫度梯度和溫度的波動度加以限制。在國軍標GJB150。1-86軍用設備環境試驗方法總則中明確規定“試驗樣品附近測量系統的溫度應在試驗溫度的正負2℃以內，其溫度梯度不超過1℃/M或總的zui大值為2.2℃（試驗樣品不工作）”。如上面所述，對溫度場的要求包括三個方面：

A） 溫度量值的準確性。
    試驗規范給定的是試驗溫度名義值（標稱溫度值），試驗溫度測除的是溫度場的中心點（或出風口、回風口）的試驗溫度實際值（工作空間指示點溫度），這兩者之間存在一個誤差。

B）溫度波動度。
    溫度實際值的數據不是一個常值，是一個隨時間的延續上下波動的量，用時間統計平均可以得到一個數學期望值（均值），和一個標準差。
按試驗規范的要求，上述兩項，既包含數學期望值與名義值的誤差（即系統誤差）加上標準差（即隨即誤差）的總和（溫度控制精度）不大于所規定的誤差范圍，GJB150.1-86中規定為正負2℃。
按GB/T5170.1-1995規定試驗箱體的溫度偏差是指試驗箱在穩定狀態下，工作空間各測試點在規定時間內試測zui高溫度和zui低溫度與標稱溫度的上下偏差不大于正負2C，低溫溫度偏差不大于正負3℃

C）溫度場梯度。
    這個指標是控制箱體內溫度場的均勻性。也就是在空間的延拓上保證被試產品周邊的溫度具有一致性。國軍標GJB150中規定溫度梯度為1℃/M的要求通常用于3M立方以上的試驗箱，而zui大值為2.2℃則多用3M立方以下的試驗箱。
從理論上講，溫度梯度對所有產品試驗都適用，但是在風速大于1.7M/S的試驗箱內，由于流場內汽流旋渦作用增強，流場的均勻性變壞，很難達到國軍標GJB150要求。另一方面，在追求高變溫度率（如大于10℃/min）的試驗箱內，必須加大氣流的風速（大于2M/S），此時被試產品迎風面和背風面的溫差隨著風速的增大而增加，因此，在有關試驗范圍及檢定規程中對追求高變溫速率的溫濕度箱沒有提出嚴格的溫度場均勻性的要求。當然對于環境試驗設備制造商而言，都在努力實現高的變溫速度和好的溫度場均勻性兼而有之的產品，以滿足用戶的要求。

6、 濕度的精度控制
環境試驗箱中測量濕度多數是采用價格低廉的干濕球法，在高溫（80~100%RH）情況下，干濕球法溫差1℃，對應于相對濕讀相差5%左右。根據測試裝置的精度不應低于試驗條件允差的三分之一原則（見國軍標GJB150.1-86），溫差1℃要求干球和濕球本身溫度測量的允差為正負0.7℃，測溫度的測量精度應達到0.2C。依次類推，相對濕讀誤差為正負3%RH，要求溫度測量精度如此，濕度測量精度如此，濕度的控制精度也就可想而知了

為克服干濕球法測量精度不高，且受人為操作影響過大的缺點，近十幾年固體式濕度敏感頭（如電容式濕度傳感器）在解決了低溫（-55~-70℃）下使用的問題后，已開始應用到環境試驗設備中，其測量精度可達到正負（1~3）%RH，

    濕度的控制精度除了受測試手段制約外，還與加濕方式有關，在環境試驗箱中加濕的方法很多，通用的有以下三種：

1） 水盤式加濕。分為自然蒸發和加熱方法加濕 的速度慢。控制精度較低，多適合于恒溫恒濕箱。
2） 噴蒸汽加濕。加濕的速度快，但加濕的波動度大，容易實現快速控制，開展精度較好，但由于噴入100C蒸汽，對箱內的溫度狀態回產生少量的干擾。
3） 噴霧化的水。霧化水的微粒的溫度和箱體內試驗溫度相同，是一種比較好的加濕方式。

7、露點溫度選擇
    露點溫度是指在給定的含溫量不變的條件下，使濕空氣冷卻到飽和狀態（相對濕度為100%RH）時的那個溫度。因此，給出了空氣狀態的露點溫度，也就給出了空氣的含濕值，從空氣的焓——濕圖就可以查到對應此含濕量時不同溫度下的相對濕讀值。
露點溫度越低，說明箱體內空氣的含濕量越小，對于同一溫度下的相對濕度也越小。一個溫濕度環境試驗箱所達到的zui低露點溫度與所采用除濕方式有關，通常采用的制冷除濕的方法，zui低露點溫度約為5~7℃，經過長期時間的穩定除濕，露點溫度也可達到2~5℃，若一定要求露點溫度達到0℃以下，則需要采用固體吸濕劑等附加裝置，或其它干燥除濕裝置。

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