恒溫恒濕箱選型指南

一,、 設(shè)備選擇依據(jù)
　　存在于地球表面及大氣層空間中的自然環(huán)境因素和誘發(fā)環(huán)境因素的種類,，目前還無法統(tǒng)計(jì)出個(gè)確切的數(shù)目,。其中對(duì)工程產(chǎn)品（設(shè)備）的使用及壽命影響較大的因素不下幾十種,。從事工程產(chǎn)品環(huán)境條件研究的工程師們將自然界存在以及人類活動(dòng)所誘發(fā)的環(huán)境條件整理歸納為一系列的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,，用以指導(dǎo)工程產(chǎn)品的環(huán)境及可靠性試驗(yàn),。如指導(dǎo)軍工產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)的GJB150—中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》,指導(dǎo)電工電子產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)的GB2423—中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)方法指南》等,。因此,，我們選擇環(huán)境及可靠性試驗(yàn)設(shè)備時(shí)主要的依據(jù)是工程產(chǎn)品的試驗(yàn)規(guī)范和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),。
　　其次，為了規(guī)范試驗(yàn)設(shè)備中環(huán)境試驗(yàn)條件的容差，保證環(huán)境參數(shù)的控制精度,，國家技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)及各工業(yè)部門還制訂了一系列的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備及檢測(cè)儀器儀表的檢定規(guī)程,。如中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5170《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》,又如國家技術(shù)*頒布實(shí)施的JJG190-89《電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)試行檢定規(guī)程》等。這些檢定規(guī)程也是選擇環(huán)境及可靠性試驗(yàn)設(shè)備的重要依據(jù),不符合這些檢定規(guī)程要求的試驗(yàn)設(shè)備是不允許投入使用的,。
二,、 設(shè)備選擇基本原則
環(huán)境及可靠性試驗(yàn)設(shè)備的選擇應(yīng)遵循以下五條基本原則：
1． 環(huán)境條件的再現(xiàn)性
　　在試驗(yàn)室內(nèi)完整而地再現(xiàn)自然界存在的環(huán)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(nèi),，人們*可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存,、運(yùn)輸?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件,，這段話用工程的語言概括，就是“試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的環(huán)境條件（含平臺(tái)環(huán)境）應(yīng)該滿足產(chǎn)品試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件及其容差的要求”,。如用于軍工產(chǎn)品試驗(yàn)的溫度箱不僅要滿足國軍標(biāo)GJB150.3-86,、GJB150.4-86中根據(jù)不同類型產(chǎn)品所規(guī)定的高溫、低溫的試驗(yàn)量值,、試驗(yàn)時(shí)間,，同時(shí)也應(yīng)滿足試驗(yàn)規(guī)范中對(duì)溫度場(chǎng)的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣,，才能保證在環(huán)境試驗(yàn)中環(huán)境條件的再現(xiàn)性,。
2． 環(huán)境條件的可重復(fù)性
　　一臺(tái)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備可能用于同一類型產(chǎn)品的多次試驗(yàn)，而一臺(tái)被試的工程產(chǎn)品也可能在不同的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中進(jìn)行試驗(yàn),，為了保證同一臺(tái)產(chǎn)品在同一試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)條件下所得試驗(yàn)結(jié)果的可比較性,，必然要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供的環(huán)境條件具有可重復(fù)性。這也就是說,，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備施用于被試驗(yàn)產(chǎn)品的應(yīng)力水平（如熱應(yīng)力,、振動(dòng)應(yīng)力、電應(yīng)力等）對(duì)于同一試驗(yàn)規(guī)范的要求是一致的,。
　　環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供環(huán)境條件的可重復(fù)性是由國家計(jì)量檢定部門依據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)所制定的檢定規(guī)程檢定合格后提供保證。為此,，必須要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備能滿足檢定規(guī)程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及精度指標(biāo)的要求,，并且在使用時(shí)間上不超過檢定周期所規(guī)定的時(shí)限。如使用非常普遍的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)除滿足激振力,、頻率范圍,、負(fù)載能力等技術(shù)指標(biāo)外，還必須滿足檢定規(guī)程中規(guī)定的橫向振動(dòng)比,、臺(tái)面加速度均勻性,、諧波失真度等到精度指標(biāo)的要求，而且每次檢定后的使用周期為二年，超過二年必須重新檢定合格后才能投入使用,。
3． 環(huán)境條件參數(shù)的可測(cè)控性
任何一臺(tái)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供的環(huán)境條件必須是可觀測(cè)的和可控制的,，這不僅是為了使環(huán)境參數(shù)限制在一定的容差范圍之內(nèi)，保證試驗(yàn)條件的再現(xiàn)性和重復(fù)性要求,，而且從產(chǎn)品試驗(yàn)的安全出發(fā)也是必須的,，以便防止因環(huán)境條件失控導(dǎo)致被試產(chǎn)品的損壞，帶來不必要的損失,。目前各種試驗(yàn)規(guī)范中大體要求參數(shù)測(cè)試的精度不應(yīng)低于試驗(yàn)條件允許誤差的三分之一,。
4． 環(huán)境試驗(yàn)條件的排它性
　　每一次進(jìn)行的環(huán)境或可靠性試驗(yàn)，對(duì)環(huán)境因素的類別,、量值及容差都有嚴(yán)格的規(guī)定,，并排除非試驗(yàn)所需的環(huán)境因素滲透其中，以便在試驗(yàn)中或試驗(yàn)結(jié)束后判斷和分析產(chǎn)品失效與故障模式時(shí),，提供確切的依據(jù),，故要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備除提供所規(guī)定的環(huán)境條件外，不允許對(duì)被試產(chǎn)品附加其它的環(huán)境應(yīng)力干擾,。如電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)檢定規(guī)程中所限定的臺(tái)面漏磁,，加速度信噪比、帶內(nèi)帶外加速度總均方根值比,。隨機(jī)信號(hào)的檢驗(yàn),、諧波失真度等精度指標(biāo)都是為了保證環(huán)境試驗(yàn)條件的*性而制定的檢定項(xiàng)目。
5． 試驗(yàn)設(shè)備的安全可靠性
　　環(huán)境試驗(yàn),，特別是可靠性試驗(yàn),，試驗(yàn)周期長，試驗(yàn)的對(duì)象有時(shí)是價(jià)值很高的軍工產(chǎn)品,，試驗(yàn)過程中,，試驗(yàn)人員經(jīng)常要在現(xiàn)場(chǎng)周圍進(jìn)行操作或測(cè)試工作，因此要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備必須具有運(yùn)行安全,、操作方便,、使用可靠、工作壽命長等特點(diǎn),，以確保試驗(yàn)本身的正常進(jìn)行,。試驗(yàn)設(shè)備的各種保護(hù)、告警措施及安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)該完善可靠,，以保證試驗(yàn)人員,、被試產(chǎn)品和試驗(yàn)設(shè)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(chǎn)品（元器件,、組件,、部件或整機(jī)）置入氣候環(huán)境箱進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件,，氣候箱工作空間尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)規(guī)定：
　　a） 被試產(chǎn)品的體積（W×D×H）不得超過試驗(yàn)箱有效工作空間的（20-35）%（推薦選用20%）,。對(duì)于在試驗(yàn)中發(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于30% 。
　　b） 被試產(chǎn)品的迎風(fēng)斷面積與該斷面上試驗(yàn)箱工作腔總面積之比不大
于（35-50）%（推薦選用35%）,。
　　c） 被試產(chǎn)品外廓表面距試驗(yàn)箱壁的距離至少應(yīng)保持100-150mm,，
（推薦選用150mm）。

2． 溫度范圍
　　目前,，國外溫度試驗(yàn)箱的溫度范圍大體上為（-73 ~ +177℃）或（-70 ~ +180℃）,。國內(nèi)多數(shù)廠家為（-70 ~ +120℃），也有高溫到150℃,。這個(gè)溫度范圍通?？梢詽M足輛絕大多數(shù)軍用、民用產(chǎn)品溫度試驗(yàn)的需要,，除非確有特殊需要,，如安裝位置靠近發(fā)動(dòng)機(jī)等熱源的產(chǎn)品外，不可盲目利用的工作腔體積也就越小,。另一方面,，上限溫度越高，對(duì)箱壁夾層中保溫材料（如玻璃棉等）的耐熱性要求也越高,。箱體密封性的要求也越高,，使箱體的制作成本增加。
3． 濕度范圍
　　國內(nèi)外環(huán)境試驗(yàn)箱給出的溫度指標(biāo)大體上都是20~95%RH或20~98%RH,，其實(shí)這兩個(gè)指標(biāo)是*一致的,，因?yàn)闈穸瓤刂凭韧ǔ?plusmn;（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(biāo)后面應(yīng)該注明相應(yīng)的溫度范圍,或給出zui低露點(diǎn)溫度.因?yàn)橄鄬?duì)濕度是與溫度直接相關(guān)的,對(duì)于同樣的含濕量,溫度越高,相對(duì)濕度就越小,如含濕度量d為5g/kg （指1公斤干空氣中含有5克的水蒸汽）,當(dāng)溫度為29℃時(shí),相對(duì)濕度為20% RH,溫度為6℃時(shí),相對(duì)濕度為99% RH,當(dāng)溫度降至4℃以下,相對(duì)濕度超過100%,在箱體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

　　實(shí)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(jìn)行加濕。低溫低濕則相對(duì)難于控制,，因?yàn)榇藭r(shí)的含濕量很低,，有時(shí)比大氣中的含濕量低很多，需要對(duì)箱體內(nèi)流動(dòng)空氣除濕,，使空氣變得更干燥,。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)的溫濕度箱都是采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預(yù)調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管,。當(dāng)濕空氣經(jīng)過冷管時(shí)，其相對(duì)濕度會(huì)達(dá)到100% RH,，因空氣飽和在光管上結(jié)露,，使空氣變得更干燥,。這種除濕方式理論上可達(dá)到零度以下的露點(diǎn)溫度，但是當(dāng)冷點(diǎn)表面溫度到達(dá)0℃以下,。實(shí)際所達(dá)到的zui低露點(diǎn)溫度為5~7℃,。露點(diǎn)溫度5℃相當(dāng)于含濕量為0.0055g/kg ，對(duì)應(yīng)相對(duì)濕度20%RH 的溫度為30℃,。如果要求溫度20℃時(shí)相對(duì)濕度達(dá)到20% RH ,，此時(shí)的露點(diǎn)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(shí)現(xiàn),。
4． 風(fēng)速
　　有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí)溫濕箱內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)小于1.7m/s,，風(fēng)速過大會(huì)加速試驗(yàn)件表面與箱體內(nèi)流動(dòng)氣流的熱交換,，于試驗(yàn)不利，但是在溫度,、濕度,、振動(dòng)等多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)中，為追求高的變溫速率,，必須加快箱體內(nèi)循環(huán)氣流的流速,，風(fēng)速通常在2.5~3.0m/s。因此,，對(duì)于不同的使用目的,，風(fēng)速的限制是不一樣的。
5． 溫度場(chǎng)
　　為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實(shí)際環(huán)境狀況,，在環(huán)境試驗(yàn)中必須保證被試產(chǎn)品的周邊能處在同一溫度環(huán)境條件下,，為此，必須對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度梯度和溫度的波動(dòng)度加以限制,。在國軍標(biāo)GJB150.1-86軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法總則中明確規(guī)定“試驗(yàn)樣品附近測(cè)量系統(tǒng)的溫度應(yīng)在試驗(yàn)溫度的±2℃以內(nèi),其溫度梯度不超過1℃/m或總的zui大值為2.2℃（試驗(yàn)樣品不工作）”,。如上面所述，對(duì)溫度場(chǎng)的要求包括三個(gè)方面：
　　a） 溫度量值的準(zhǔn)確性,。
試驗(yàn)規(guī)范給定的是試驗(yàn)溫度名義值（標(biāo)稱溫度值）,，試驗(yàn)設(shè)備測(cè)出的是溫度場(chǎng)中心蹼（或出風(fēng)口、回風(fēng)口） 試驗(yàn)溫度實(shí)際值（工作空間指示點(diǎn)溫度）,，這兩者之間存在一個(gè)誤差,。
　　b） 溫度波動(dòng)度。
　　溫度實(shí)際值的數(shù)據(jù)不是一個(gè)常值,，是一個(gè)隨時(shí)間的延續(xù)上下波動(dòng)的量,，用時(shí)間統(tǒng)計(jì)平均可以得到一個(gè)數(shù)學(xué)期望值（均值），和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,。

　　按試驗(yàn)規(guī)范的要求,，上述兩項(xiàng),，即包含數(shù)學(xué)期望值與名義值的誤差即系統(tǒng)誤差）加上標(biāo)準(zhǔn)差（即隨機(jī)誤差）的總和（溫度控制精度）不大于所規(guī)定的誤差范圍，GJB150.1-86中規(guī)定為±2℃,。
　　按國標(biāo)GB/T5170.1-1995規(guī)定試驗(yàn)箱的溫度偏差是指試驗(yàn)箱在穩(wěn)定狀態(tài)下,，工作空間各測(cè)試點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)測(cè)zui高溫度和zui低溫度與標(biāo)稱溫度的上下偏差。高溫溫度偏差不大于±2℃,，低溫溫度偏差不大于±3℃,。
　　c） 溫度場(chǎng)梯度。
　　這個(gè)指標(biāo)是控制箱體內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性,。也就是在空間的延拓上保證被試產(chǎn)品周邊的溫度具有一致性,。國軍標(biāo)GJB150中規(guī)定溫度梯度為1℃/m的要求通常用于3m3以上的試驗(yàn)箱，而zui大值為2.2℃則多用3m3以下的試驗(yàn)箱,。
　　從理論上講,，溫度梯度對(duì)所有的產(chǎn)呂試驗(yàn)都適用，但是在風(fēng)速大于1.7m/s的試驗(yàn)箱內(nèi),，由于流場(chǎng)內(nèi)氣流旋窩作用增強(qiáng),，流場(chǎng)的均勻性變壞，很難達(dá)到國軍標(biāo)GJB150要求,。另一方面,，在追求高變溫速率（如大于10℃/m）的試驗(yàn)箱內(nèi)，必需加大氣流的風(fēng)速（大于2m/s）,，此時(shí)被試產(chǎn)品迎風(fēng)面和背風(fēng)面的溫差隨著風(fēng)速的增大而增加,，因此，在有關(guān)試驗(yàn)規(guī)范及檢定規(guī)程中對(duì)追求高變溫速率的溫濕度箱沒有提出嚴(yán)格的溫度場(chǎng)均勻性的要求,。當(dāng)然對(duì)于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備制造商而言,，都在努力實(shí)現(xiàn)高的變溫速率和好的溫度場(chǎng)均勻性兼而有之的產(chǎn)品，以滿足用戶的要求,。如美國環(huán)測(cè)公司（Envirotronics）生產(chǎn)的溫濕度箱,，變溫速率15℃/m時(shí)，溫度場(chǎng)的均勻性在±2.2℃之內(nèi),。
6． 濕度的精度控制,。
　　環(huán)境試驗(yàn)箱中測(cè)量濕度多數(shù)是采用價(jià)格低廉的干濕球法，在高濕（80~100%RH）情況下,，干濕球溫差1℃,，對(duì)應(yīng)于相對(duì)濕度相差5%左右。根據(jù)測(cè)試裝置的精度不應(yīng)低于試驗(yàn)條件允差三分之一原則（見國軍標(biāo)GJB150.1-86）,，溫差1℃要求干球和濕球本身溫度測(cè)量的允差為±0.7℃,，則溫度的測(cè)量精度液壓達(dá)到0.2℃。依此類推,，相對(duì)濕度誤差為±3%RH,。要求溫度測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到±0.1℃,。故采用干濕球法測(cè)量相對(duì)濕度的誤差通常為±（3~5）% RH，溫度測(cè)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(cè)量精度不高,，且受人為操作影響過大的缺點(diǎn),，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(yīng)用到環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中,，其測(cè)量精度可達(dá)到±1~3%RH,。美國不測(cè)公司生產(chǎn)的溫濕度箱均已配置固體式濕度傳感器。
　　濕度的控制精度除了受測(cè)濕手段制約外,，還與加濕方式有關(guān),，在環(huán)境試驗(yàn)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(fā)和電加熱蒸發(fā),，此種加濕方法加濕的速率慢?？刂凭容^低,，多適合于恒溫恒濕箱。
　　2） 噴蒸汽加濕,。加濕的速率快,，但加濕的波動(dòng)度大，容易實(shí)現(xiàn)快速控制,，控制精度較好,，但由于噴入100℃蒸汽，對(duì)箱內(nèi)的溫度狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生少量的干擾,。
　　3） 噴霧化的水,。霧化水的微粒直徑大體在10~50μ此種方法具有噴蒸汽加濕的優(yōu)點(diǎn)，又不需要外置蒸汽鍋爐,，并且可以調(diào)整噴水微粒的溫度和箱體內(nèi)試驗(yàn)溫度相同,，是一種比較好的加濕方式。
7． 露點(diǎn)溫度選擇
　　露點(diǎn)溫度是指在給定的含濕量不變的條件下,，使?jié)窨諝饫鋮s到飽和狀態(tài)（相對(duì)溫度為100% RH）時(shí)的那個(gè)溫度,。因此，給出了空氣狀態(tài)的露點(diǎn)溫度,，也就給出了空氣的含濕量,，從空氣的焓——濕圖就可以查到對(duì)應(yīng)此含濕量時(shí)不同溫度下的相對(duì)溫度值。露點(diǎn)溫度越低,，說明箱體內(nèi)空氣的含濕量越小,，對(duì)應(yīng)同一溫度下的相對(duì)濕度也越小,。一個(gè)溫濕度環(huán)境試驗(yàn)箱所能達(dá)到的zui低露點(diǎn)溫度與所采用除濕方式有關(guān)，通常采用的制冷除濕的辦法,，zui低露點(diǎn)溫度約為5~7℃,，經(jīng)過長時(shí)間的穩(wěn)定除濕，露點(diǎn)溫度也可到達(dá)2~5℃,，若一定要求露點(diǎn)溫度到達(dá)0℃以下,，則需要采用固體吸濕劑或液體吸濕劑等附加裝置，或其它干燥除濕裝置,。