環(huán)境試驗(yàn)箱溫度均勻性的有關(guān)問題

在我們與用戶交流的過程中,，或是用戶在申請(qǐng)購買試驗(yàn)箱時(shí)提指標(biāo)時(shí)，也有在試驗(yàn)箱計(jì)量過程中會(huì)經(jīng)常遇到的溫度均勻性，溫度偏差，溫度波動(dòng)度的疑問，到底這幾個(gè)參數(shù)所代表的物理含義以及它們之間的相互關(guān)系是怎樣，下面的文章或許能幫您得到答案…

環(huán)境試驗(yàn)箱溫度均勻性的有關(guān)問題

試驗(yàn)箱（室）工作空間的試驗(yàn)溫度是否均勻是一個(gè)非常重要的問題，因?yàn)槿绻麥囟炔痪鶆虺^了允許偏差,，則受試樣品的試驗(yàn)條件達(dá)不到一致，有的樣品或樣品某一部分,，試驗(yàn)溫度偏高,，有的偏低，從而產(chǎn)生過試驗(yàn)或欠試驗(yàn)的問題,，使試驗(yàn)的再現(xiàn)性差,，試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)不可靠，zui終使試驗(yàn)歸于失敗,。本文擬對(duì)氣候環(huán)境試驗(yàn)箱（室）的溫度均勻性有關(guān)問題提出一些看法,。

一、各種標(biāo)準(zhǔn)表述試驗(yàn)箱（室）溫度均勻性的指標(biāo)及其計(jì)算方法

1,、均勻度：以溫度均勻度指標(biāo)來表示試驗(yàn)箱的溫度均勻性,，例如有以下一些標(biāo)準(zhǔn)：

英國標(biāo)準(zhǔn)BS389-1965《實(shí)驗(yàn)室濕熱箱技術(shù)條件》：規(guī)定為在*次達(dá)到設(shè)定溫度兩小后，用溫差熱電偶連續(xù)測(cè)試兩小時(shí),，分別計(jì)算每一測(cè)試點(diǎn)與中心點(diǎn)的溫差平均值,，其中zui大者即為溫度均勻度，其大小不得超過規(guī)定指標(biāo)±0.5℃,。

• 日本試驗(yàn)機(jī)工業(yè)會(huì),，溫度的性能試驗(yàn)方法：測(cè)溫元件置于上、下四角及中心點(diǎn),，上下四角測(cè)溫元件距箱壁距離為各自邊長的1/6且不小于50mm處。當(dāng)溫度達(dá)到恒定狀態(tài)后,，對(duì)各測(cè)試點(diǎn)每隔一分鐘測(cè)試一次,，共測(cè)十次以上，計(jì)算每一測(cè)試點(diǎn)與中心點(diǎn)的溫差的平均值,，其中zui大者即為溫度均勻度,。（ESPEC亦采用此指標(biāo)）。

• 美國ASTMD2436-68《電氣絕緣用強(qiáng)制對(duì)流實(shí)驗(yàn)室烘箱技術(shù)條件》：用9只熱電偶,，一只在距工作室?guī)缀沃行?5mm內(nèi),，其余8只在上下四角且距箱壁50mm處,。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度并穩(wěn)定16小時(shí)后，盡快記錄9支熱電偶的溫度數(shù)據(jù),，然后,，每隔5分鐘記錄一次，共記錄得到45個(gè)數(shù)據(jù),。計(jì)算45個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為箱溫,。從45個(gè)數(shù)據(jù)中選出兩個(gè)zui大數(shù)和兩個(gè)zui小數(shù)分別各自減去平均數(shù)，然后從四個(gè)差值中選出兩個(gè)zui大差值并求其平均值,，此值就表述箱內(nèi)溫度均勻度,。

• 中國JB/T5520—91《干燥箱技術(shù)條件》：對(duì)各測(cè)試點(diǎn)連續(xù)測(cè)試四次，時(shí)間≤20min,，計(jì)算各測(cè)試點(diǎn)四次測(cè)得的平均值與中心點(diǎn)四次測(cè)試的平均值之差,，其中zui大值與zui高工作溫度之比即干燥箱的溫度均勻度，以百分比表示,。

• 中國GB10586-89《濕熱試驗(yàn)箱技術(shù)條件》,。各測(cè)試點(diǎn)除中心點(diǎn)外，其余各點(diǎn)距箱壁為各自邊長的1/10,。當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定值并穩(wěn)定2h后,，每隔2min測(cè)試各測(cè)試點(diǎn)溫度一次，在30min內(nèi)共測(cè)15次,，再隔30min再測(cè)一次,，以后每隔1h測(cè)一次。利用30min內(nèi)15次的測(cè)試數(shù)據(jù),，分別算出每次數(shù)據(jù)中zui高與zui低溫度之差再求其平均值,，即為溫度均勻度。

2,、溫度偏差：以溫度偏差指標(biāo)來要求試驗(yàn)箱工作空間的溫度均勻性,，如以下一些標(biāo)準(zhǔn)：

• 在美軍標(biāo)MIL-STD-810D，4.4.1試驗(yàn)條件允差中規(guī)定“試樣*被空氣包圍（必要的支承點(diǎn)除外）,，www.oven.cc 試驗(yàn)區(qū)測(cè)區(qū)測(cè)理系統(tǒng)的溫度和包圍試件各處的溫度梯度應(yīng)分別在試驗(yàn)溫度的±2℃以內(nèi)和不超過每米1℃或總的zui大值為2.2℃（試件不工作”此標(biāo)準(zhǔn)中用±2℃的溫度偏差和1℃/M的溫度梯度來要求箱內(nèi)工作空間的溫度均勻性,。

• 在美軍標(biāo)MIL-STD-202F，2.2.1及MIL-STD-883C,，4.5.8中要求工作區(qū)空間內(nèi)任一點(diǎn)的溫度,，在給定時(shí)間內(nèi)偏離基準(zhǔn)點(diǎn)不超過±3℃（即為容許偏差）。

• 在IEC68號(hào)出版物及GB2423中,，對(duì)試驗(yàn)箱工作空間的溫度均勻性要求以“容差”即對(duì)標(biāo)稱溫度的容許偏差表述,。對(duì)容差大小，在高溫箱中規(guī)定為±2℃,，在低溫箱中規(guī)定為±3℃,。

• 在IEC68-2-3,，2.1的注中“溫度±2℃的容差是由于考慮到有測(cè)量的誤差，緩慢的溫度變化和工作空間的溫度波動(dòng)度等”,。

• GB／T5170·21996《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法溫度試驗(yàn)設(shè)備》,，規(guī)定“溫度偏差”為試驗(yàn)箱溫度性能指標(biāo)的*檢定項(xiàng)目。溫度偏差的檢定方法是：當(dāng)工作空間指示點(diǎn)溫度*次達(dá)到標(biāo)稱溫度后穩(wěn)定2h,。測(cè)量各測(cè)試點(diǎn)溫度,，每2min記錄一次各點(diǎn)的溫度，在30min內(nèi)共測(cè)量15次,。工作空間各測(cè)試點(diǎn)的實(shí)測(cè)zui高溫度和實(shí)測(cè)zui低溫度與標(biāo)稱溫度的上,、下偏差定為設(shè)備在該標(biāo)稱溫度下的溫度偏差。

3,、溫度偏差和溫度均勻度兩種表述方法的比較

• 用溫度均勻度指標(biāo)雖可表示箱內(nèi)工作空間溫度均勻性的好或差,，但由于在計(jì)算中都采用了多次平均值的方法，從而把各點(diǎn)的溫度波動(dòng)度因素基本上去掉了,。然而對(duì)于試驗(yàn)設(shè)備的溫度性能指標(biāo)只標(biāo)出溫度均勻度是不夠的,，還必須有溫度波動(dòng)度指標(biāo)，即各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而變化的大小,，才能全面描述箱內(nèi)溫度場(chǎng)的變化尤其當(dāng)溫度波動(dòng)較大的情況下,。

• 溫度偏差不但反映了工作空間各點(diǎn)溫度的位置誤差，同時(shí)也包括了各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而變化的誤差即溫度波動(dòng)度,。因此溫度偏差更能說明箱內(nèi)的溫度均勻性,，一般無需再測(cè)試驗(yàn)箱的溫度均勻度和溫度波動(dòng)度。只有當(dāng)某些試驗(yàn)設(shè)備對(duì)溫度波動(dòng)度有特殊要求時(shí),，如對(duì)濕熱箱,，才標(biāo)出溫度波動(dòng)度。因?yàn)闈駸嵯錅囟炔▌?dòng)度超過±0.5℃時(shí),，會(huì)帶來較大的濕度波動(dòng),，增大濕度誤差，從而超過濕度允許偏差,。
  GB/T5170.2—1996,，溫度試驗(yàn)設(shè)備的檢定方法中，對(duì)溫度性能指標(biāo)只規(guī)定檢定溫度偏差,，而對(duì)溫度均勻度未作規(guī)定必須檢定,，只在附錄B中提示了溫度波動(dòng)度、溫度均勻度的檢定方法,，這樣的規(guī)定是非常正確的,。

• 溫度均勻度指標(biāo),，由于表示各點(diǎn)溫度平均值與中心點(diǎn)溫度平均值的差值,，所以有正負(fù)號(hào),，只有國標(biāo)的溫度均勻度，因未與中心點(diǎn)比較或與標(biāo)稱溫度比較,，故沒有正負(fù)號(hào),，所以沒有溫度偏差表示方法清楚準(zhǔn)確。

• 目前國內(nèi)一些環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)仍要求有溫度波動(dòng)度,、溫度均勻度和溫度偏差三項(xiàng)指標(biāo),，顯然沒有必要。建議在修訂這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)采用溫度偏差指標(biāo),，zui多加上一個(gè)溫度波動(dòng)度指標(biāo)就很全面了,。而且采用溫度偏差符合美軍標(biāo)、國軍標(biāo),，和電工委員會(huì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求,。

二、試驗(yàn)箱（室）溫度不均勻產(chǎn)生的原因

• 試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)在很大程度上影響工作中間溫度均勻,，由于結(jié)構(gòu)難于*對(duì)稱,，從而對(duì)溫度均勻造成不利影響。大門在前,，空調(diào)室在箱后部,，上送風(fēng)下回風(fēng)。顯然這種結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱性好,，可較易達(dá)到左,、右溫度均勻，但結(jié)構(gòu)上,、下不對(duì)稱,，前后也*不同，對(duì)工作空間溫度產(chǎn)生了不均勻影響,。盡管如此,，這種單風(fēng)道結(jié)構(gòu)如設(shè)計(jì)處理得當(dāng)，實(shí)踐證明工作室從0.1～300m3,，之間都可使用,，其溫度偏差都可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

• 由于箱壁的熱傳導(dǎo),，而產(chǎn)生漏熱（高溫箱）或漏冷（低溫箱）等熱損失,，www.oven.cc 為了補(bǔ)償熱損失必然會(huì)有送風(fēng)溫差，高溫箱的送風(fēng)溫度高于箱內(nèi)工作溫度,，低溫箱的送風(fēng)溫度則低于箱內(nèi)工作溫度,。由于必然存在的送風(fēng)溫差使工作室內(nèi)產(chǎn)生了溫度不均勻。

• 由于箱壁六面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不等,，有的有穿線孔等局部傳熱．使箱壁溫度不均勻,，從而使箱壁幅射對(duì)流傳熱也不均勻,，影響溫場(chǎng)均勻。

• 箱體的密封性不好,，比如大門漏氣,，從而影響工作空間的溫場(chǎng)均勻。

• 如果檢測(cè)溫度偏差要求工作室內(nèi)放置試品,，當(dāng)試品體積過大,，或放置的方式或位置不恰當(dāng)，使空氣對(duì)流受阻．將產(chǎn)生較大的溫度偏差,。