恒溫恒濕箱工作室尺寸的選擇

　　將被試產品(元器件、組件、部件或整機)置入氣候環(huán)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(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗條件，氣候箱工作尺寸與被試產品外廓尺寸之間應遵循以下幾點規(guī)定：

　　a)被試產品的體積(W×D×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(fā)熱的產品推薦選用不大于10%。

　　b)被試產品的迎風斷面積與該斷面上試驗箱工作室總面積之比不大于(35～50)%(推薦選用35%)。

　　c)被試產品外廓表面距試驗箱壁的距離至少保持100～120mm，(推薦選用120mm)。

　　上述三點規(guī)定實際上是相互依存和統(tǒng)一的。以1立方米正方體箱子為例，面積比為1：(0.35～0.5)相當于體積之比為1：(0.207～0.354)。距箱壁100～150mm相當于體積之比為1：(0.343～0.512)。

　　總括上述三點規(guī)定，氣候環(huán)境試驗箱的工作腔容積至少應是被試產品外廓體積的3～5倍。作出這種規(guī)定的理由有以下幾點：

　　(1)被測試件置入箱體后會擠占了循環(huán)風通道，通道變窄將導致循環(huán)風風速的增加。加速了氣流與被測試件之間的熱交換。這與環(huán)境條件的再現(xiàn)不符，因為在有關標準中對涉及溫度環(huán)境試驗都規(guī)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/s，不超過1m/s，滿足a)、b)兩點要求所規(guī)定的空間及面積比時，流場的風速可能增大(50～100)%，平均最高風速為(1～1.7)m/s。滿足標準規(guī)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(guī)定的最高風速，其試驗結果的有效性將受到懷疑。

　　(2)氣候箱工作室內環(huán)境參數(shù)〔如溫度、濕度、鹽霧沉降率等〕的精度指標都是在空載狀態(tài)下檢測的結果，一旦置入被測試件后，對試驗箱工作室內環(huán)境參數(shù)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(shù)據(jù)表明，流場中迎風面與背風面的溫差可達到3～8℃，嚴重時可大到10℃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(huán)境參數(shù)的均勻性。

　　(3)根據(jù)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℃，在高低溫的上下*，還可能達到5℃。箱壁的溫度與箱壁附近流場的溫度又相差2～3℃(視箱壁的結構和材料而定)試驗溫度與外界大氣環(huán)境相差越大，上述溫差也越大，因此，距箱壁(100～120mm)距離內的空間是不可利用空間。

　　2、溫度范圍的選擇

　　目前，國外溫度試驗箱的范圍大體上為-73～+177℃，或-70～+180℃。國內多數(shù)廠家一般為-70～+120℃，-60～+120℃，-40～+120℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通常可以滿足國內絕大多數(shù)jun用、民用產品溫度試驗的需要，除非確有特殊需要，如安裝位置靠近發(fā)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，箱體內部流場的均勻性也越差。可利用的工作室體積也就越小。另一方面，上限溫度值越高，對箱壁夾層中保溫材料(如玻璃棉等)的耐熱性要求越高。箱體密封性的要求也越高，使箱體的制作成本增加；而低溫則涉及產品成本部分，低溫越低，則制冷系統(tǒng)功率及制冷量則越大，相應的設備成本也增加，且低溫系統(tǒng)成本占據(jù)了設備整體成本的1/3左右，對此如實際試驗溫度為-20度，選購設備時zui低溫在-30度即可，不宜過低，否則對于能源消耗也越大。

　　3、濕度范圍的選擇

　　國內外環(huán)境試驗箱給出的濕度指標大都是20～98%RH或30～98%RH，如果濕熱試驗箱沒有除濕系統(tǒng)，則濕度范圍為60～98%，這一類試驗箱只能做高濕試驗，但它的價格低得多。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，對于同樣的絕對含濕量，溫度越高，相對濕度就越小，如絕對含濕量為5g/Kg(指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20%RH，溫度為6℃時，相對濕度為90%RH，當溫度降至4℃以下，相對濕度超過100%，在箱體內會出現(xiàn)結露現(xiàn)象。

　　實現(xiàn)高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠，進行加濕。低溫低濕則相對難于控制，因為此時的絕對含濕量很低，有時比大氣中的絕對含濕量低很多，需要對箱體內流動的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國內外絕大多數(shù)的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預調室內加一組除濕制冷光管。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，光管表面結露的水滴會結冰，從而影響光管表面的熱交換，使除濕能力下降。又因為箱體不可能絕對密封，大氣中的濕空氣會滲入到箱體內，使露點溫度回升。另一方面，在光管間流動的濕空氣只是在和光管(冷點)接觸的瞬間達到飽和狀態(tài)而析出水蒸汽，因此這種除濕方法很難使箱體內的露點溫度在到0℃以下。實際所達到的zui低露點溫度為5～7℃。露點溫度5℃相當于絕對含濕量為0.0055g/Kg，對應相對濕度20%RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進相對濕度達到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(tǒng)才能實現(xiàn)。

　　由于低溫低濕的特殊性，且不同廠家在此方面的指標也不盡相同，故在選用設備濕度范圍時，不宜只參照技術規(guī)格書中標注的20～98%RH或多少，而是根據(jù)其低溫值時的濕度能力范圍。此點尤其重要，很多客戶發(fā)生過此類現(xiàn)象。

　　4、控制方式的選擇

　　溫度、濕度試驗箱的控制方法有定值（恒定）FIX試驗、程式（交變）PROG試驗兩種情況。

　　普通的高低溫試驗箱一般指的是定值高低溫試驗箱，其控制方式為：設定一個目標溫度SP/SV，如是高溫試驗，儀表會根據(jù)設定值SV與傳感器的實測值PV來進行比較，如PV值低于SV值，儀表OUT輸出3~12V直流電壓，驅動SSR固態(tài)繼電器，控制加熱器加熱，實現(xiàn)設備的自動控制，而低溫時，一般需要先人工打開冷機按鈕，工作室制冷降溫，直至實商量溫度PV快接近目標值SV時，儀表OUT輸出，開始控制加熱來平衡溫度，完成控制，控制動作為逆動作。而程式試驗的控制方式與定值控制方法類似，只不過其設定值（無論是溫度還是濕度）會根據(jù)預先設定好的程式變化，由于設定值變化，設定值與實測值的差值也在不斷的改變，儀表根據(jù)其數(shù)值不斷修改控制OUT的模擬量來達到試驗控制，與定值最大的不同就是，程式試驗可通過不同階段設置不同的開關信號來達到如壓縮機的開啟和關閉，電磁閥開或關等節(jié)點控制能力。具有自動恒溫到目標溫度、濕度點的能力和設置升降溫濕度的速率等功能；因此，程式試驗箱的價格比定值試驗箱的價格一般要高20%以上。因此，我們應當實事求是的以試驗方法的需要為出發(fā)點，選用定值試驗箱或者是程式試驗箱。

　　5、變溫速率的選擇

　　普通的高低溫試驗箱沒有降溫速度的指標，從環(huán)境溫度降溫到標稱的zui低溫度的時間一般為90～120min。高低溫交變試驗箱、高低溫交變濕熱試驗箱都有變溫速度的要求，其變溫速率一般要求1℃/min，在此速率的范圍內速度可調。而快速溫度變化試驗箱的變溫速率較快，升溫、降溫速率可以達到3℃/min～15℃/min，在某些溫度段升溫、降溫速率甚至可以達到30℃/min以上。

　　各種規(guī)格、速度的快速溫度變化試驗箱的溫度范圍一般都是相同的，即-60～+130℃，但考核降溫速度的變溫范圍卻不盡相同，根據(jù)試驗不同的試驗要求，快速溫度變化試驗箱變溫范圍有的是-55～+80℃，而有的是-40～+80℃。

　　關于快速溫度變化試驗箱的變溫速率有兩種提法，一種是全程平均升降溫速度，一種是線形升降溫速度(實際上是每5min平均速度)。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內，最高溫度與zui低溫度之差值與時間之比。目前國外各環(huán)境試驗設備生產廠家提供的變溫速率的技術參數(shù)都是指的全程平均速率。線形升降溫速度指在任意的每5min時間段內，能夠保證的變溫速率。而實際上對于快速溫度變化試驗箱來說，保證線形升降溫速度的難度最大、最關鍵的一段是，在降溫段最后的一個5min的時間段內，試驗箱可以達到的降溫速率。從某種角度講，線形升降溫速度(每5min平均速度)更科學。因此試驗設備最好具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度(每5min平均速度)這兩個參數(shù)。一般來說，線形升降溫速度(每5min平均速度)是全程平均升降溫速度的1/2。

　　6、風速

　　有關標準規(guī)定，進行環(huán)境試驗時溫濕箱內的風速應小于1.7m/s，對于試驗本身來說，風速越小越好，風速過大會加速試驗件表面與箱體內流動氣流的熱交換，于試驗的真實性不利。但為了保證試驗箱工作室內的均勻性，試驗箱內具有循環(huán)風是必需的。但是快速溫度變化試驗箱以及溫度、濕度、振動等多因素綜合環(huán)境試驗箱，為追求變溫速率，必須加快箱體內循環(huán)氣流的流速，風速通常在2～3m/s。因此，對于不同的使用目的，風速的限制是不一樣的。

　　7、溫度波動度

　　溫度波動是一個比較容易實現(xiàn)的參數(shù)，所有環(huán)境試驗設備廠家生產的多數(shù)的試驗箱實際的溫度波動都可以控制在±0.3℃的范圍以內。

　　8、溫度場均勻度

　　為了更正確地模擬產品在自然界所遭受的實際環(huán)境狀況，在環(huán)境試驗中必須保證被試產品的周邊處在同一溫度環(huán)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jun標GJB150.1-86jun用設備環(huán)境試驗方法總則中明確規(guī)定“試驗樣品附近測量系統(tǒng)的溫度應在試驗溫度的±2℃以內，其溫度工不超過1℃/m或總的最大值為2.2℃(試驗樣品不工作)”。

　　9、濕度的精度控制

　　環(huán)境試驗箱中測量濕度多數(shù)是采用干濕球法，環(huán)境試驗設備的制造標準GB10586要求，相對濕度偏差應在+2-3%RH。為滿足濕度控制精度的要求，濕度試驗箱的溫度控制精度較高，溫度波動一般小于±0.2℃。否則很難達到濕度控制精度的要求。

　　10、冷卻方式選擇

　　試驗箱如果帶有制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)需要進行冷卻。試驗箱有風冷、水冷兩種形式。

　　風冷　　　　　　　　水冷

　　使用條件設備安裝簡便，只需要接通電源即可使用。環(huán)境溫度應低于28℃，如果環(huán)境溫度高于28℃對制冷效果有一定的影響(最好配備空調)需配置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

　　換熱效果 相對于水冷方式而言是較差 穩(wěn)定、良好

　　對使用環(huán)境的影響 會導致試驗箱周圍的空氣溫度上升。不影響試驗箱周圍的溫度。

　　噪聲 較大(相對于水冷方式) 較小

　　結論選擇何種冷卻方式，應結合試驗室的實際情況而定。在條件允許的情況下，優(yōu)先考慮選擇水冷方式。但如果選用的試驗箱的制冷系統(tǒng)很小，也可以優(yōu)先考慮選擇水冷方式。