溫濕度箱的選擇
點擊次數(shù)：3799 更新時間：2010-08-24
1、容積的選擇
將被試產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點規(guī)定：
a） 被試產(chǎn)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(chǎn)品推薦選用不大于10％。
b） 被試產(chǎn)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(chǎn)品外廓表面距試驗箱壁的距離至少保持100～150mm，（推薦選用150mm）。
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(yīng)是被試產(chǎn)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〕 被試驗件置入箱體后擠占了流暢的通道，通道變窄將導(dǎo)致氣流流速的增加。加速氣流與被試驗件之間的熱交換。這與環(huán)境條件的再現(xiàn)不符，因為在有關(guān)標準中對涉及溫度環(huán)境試驗都規(guī)定試驗箱內(nèi)試驗樣件周圍的空氣流速不應(yīng)超過1.7m/s，以防止試驗樣件和周圍氣氛產(chǎn)生不符合實際的熱傳導(dǎo)。在空載時試驗箱內(nèi)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zui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zui高風速，其試驗結(jié)果的有效性將受到懷疑。
2〕 氣候箱工作腔內(nèi)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(jié)果，一旦置入被試驗件后，對試驗箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)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(chǎn)品周圍環(huán)境參數(shù)的均勻性。
3〕 根據(jù)熱傳導(dǎo)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(jié)構(gòu)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（100～150mm）距離內(nèi)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(nèi)多數(shù)廠家一般為－80～＋130℃，－60～＋130℃，－40～＋130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通?？梢詽M足國內(nèi)絕大多數(shù)軍用、民用產(chǎn)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(chǎn)品外，不可盲目提高溫度上限。因為上限溫度越高，箱體內(nèi)外的溫差越大，箱體內(nèi)部流場的均勻性也越差?？衫玫墓ぷ魇殷w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。
3、濕度范圍的選擇
國內(nèi)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(yīng)該注明相應(yīng)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(guān)的，對于同樣的含濕量，溫度越高，相對濕度就越小，如含濕量為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(nèi)會出現(xiàn)結(jié)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，因為此時的含濕量很低，有時比大氣中的含濕量低很多，需要對箱體內(nèi)流動的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國內(nèi)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(yù)調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管。當濕空氣經(jīng)過冷管時，其相對濕度會達到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(jié)露的水滴會結(jié)冰，從而影響光管表面的熱交換，使除濕能力下降。又因為箱體不可能密封，大氣中的濕空氣會滲入到箱體內(nèi)，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(nèi)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℃相當于含濕量為0.0055g/Kg，對應(yīng)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)。
4、控制方式的選擇
溫度、濕度試驗箱有恒定試驗箱、交變試驗箱兩種情況。
普通的高低溫試驗箱一般指的是恒定高低溫試驗箱，其控制方式為：設(shè)定一個目標溫度，試驗箱具有自動恒溫到目標溫度點的能力。恒定溫濕度試驗箱的控制控制方式也類似，設(shè)定一個目標溫度、濕度點，試驗箱具有自動恒溫到目標溫度、濕度點的能力。高、低溫交變試驗箱具有設(shè)定一條或者多條高低溫變化、循環(huán)的程序，試驗箱有能力根據(jù)預(yù)置的曲線完成試驗過程，并且可以在zui大升溫、降溫速率能力的范圍內(nèi)，控制升溫、降溫的速率，即可以根據(jù)設(shè)定的曲線的斜率控制升溫、降溫速率。同樣，高低溫交變濕熱試驗箱也具有預(yù)置溫度、濕度曲線，并且根據(jù)預(yù)置進行控制的能力。當然，交變試驗箱都具有恒定試驗箱的功能，但交變試驗箱的制造成本較高，因為交變試驗箱需配置有曲線自動記錄裝置、程序控制儀，還須解決試驗箱在工作室內(nèi)溫度較高的情況下開啟制冷機等問題，因此，交變試驗箱的價格比恒定試驗箱的價格一般要高20%以上。因此，我們應(yīng)當實事求是的以試驗方法的需要為出發(fā)點，選用恒定試驗箱或者是交變試驗箱。
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(nèi)速度可調(diào)。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(guān)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5 min平均速度）。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內(nèi)，zui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(shè)備生產(chǎn)廠家提供的變溫速率的技術(shù)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5 min時間段內(nèi)，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zui大、zui關(guān)鍵的一段是，在降溫段zui后的一個5 min的時間段內(nèi)，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5 min平均速度）更科學(xué)。因此試驗設(shè)備具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度（每5 min平均速度）這兩個參數(shù)。一般來說，線形升降溫速度（每5 min平均速度）是全程平均升降溫速度的1/2。
6、風速
有關(guān)標準規(guī)定，進行環(huán)境試驗時溫濕箱內(nèi)的風速應(yīng)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(nèi)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(nèi)的均勻性，試驗箱內(nèi)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(nèi)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(shè)備廠家生產(chǎn)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(nèi)。
8、溫度場均勻度
為了更正確地模擬產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(shè)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(yīng)在試驗溫度的±2℃以內(nèi)，其溫度工不超過1℃/m或總的zui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(shè)備的制造標準GB10586要求，相對濕度偏差應(yīng)在±２３％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(shè)備安裝簡便，只需要接通電源即可使用。 環(huán)境溫度應(yīng)低于28℃，如果環(huán)境溫度高于28℃對制冷效果有一定的影響（配備空調(diào)） 需配置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
換熱效果 較差（相對于水冷方式） 穩(wěn)定、良好
對使用環(huán)境的影響 會導(dǎo)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(jié)論 選擇何種冷卻方式，應(yīng)結(jié)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。 | | 風冷 | 水冷 |
| 使用條件 | 設(shè)備安裝簡便，只需要接通電源即可使用。 環(huán)境溫度應(yīng)低于28℃，如果環(huán)境溫度高于28℃對制冷效果有一定的影響（配備空調(diào)） | 需配置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。 |
| 換熱效果 | 較差（相對于水冷方式） | 穩(wěn)定、良好 |
| 對使用環(huán)境的影響 | 會導(dǎo)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(jié)論 | 選擇何種冷卻方式，應(yīng)結(jié)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。 |
四、 溫濕度試驗設(shè)備狀況分析
1〕 溫濕度環(huán)境試驗設(shè)備的生產(chǎn)是持續(xù)了幾十年的機械制造行業(yè)，其基本技術(shù)（如制冷，加熱）已經(jīng)成熟。便是隨著工業(yè)技術(shù)的進步和發(fā)展，很多新的應(yīng)用技術(shù)不斷引入到環(huán)境試驗設(shè)備中，如計算機技術(shù)，模糊控制理論，多箱同步運行等，因此，很難給制造廠家下一個孰優(yōu)孰劣的武斷性結(jié)論。各個生產(chǎn)廠家積幾十年的制造經(jīng)驗所生產(chǎn)的設(shè)備都是可以使用的，其工作原理、所應(yīng)用的技術(shù)，甚至結(jié)構(gòu)、材料等都有很多相似之處。但是由于環(huán)境試驗設(shè)備 “多非標、多品種、小批量”的生產(chǎn)方式的制約，產(chǎn)品的可靠性始終是困繞國內(nèi)、國外制造商的一個問題。關(guān)鍵在于生產(chǎn)廠家必須管理精細，工藝完備、檢測手段齊全、對質(zhì)量認真負責（如通過ISO9000論證）。同時，環(huán)境試驗設(shè)備是一種耐用品，一些問題和設(shè)計缺陷需要多年使用才能暴露出來，通過統(tǒng)計分析才能發(fā)現(xiàn)問題所在。一個成熟的、高可靠性的產(chǎn)品往往需要多年改進、完善。因此，環(huán)境試驗設(shè)備生產(chǎn)廠家具有一定生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)歷史，是產(chǎn)品具有較高可靠性的必要條件之一。
2〕生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。國內(nèi)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制有很大提高。生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制與生產(chǎn)廠家的管理水平、生產(chǎn)習慣有關(guān)，通過ISO9000的論證是生產(chǎn)過程質(zhì)量控制走上規(guī)范化的一個標志。
國內(nèi)外生產(chǎn)溫濕度環(huán)境試驗設(shè)備的廠家在生產(chǎn)氣候環(huán)境試驗方面都積累了豐富的經(jīng)驗。提供的都是可供使用的，在質(zhì)量上都可信賴。至于究竟應(yīng)該選用哪一家，哪一種型號的產(chǎn)品更符合要求，除了本文前面所述的一些原則和具體的技術(shù)指標要求外，還有一些值得重視和考慮的因素。
a〕性能/價格比。
在對環(huán)境試驗設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、可靠性充分考證的基礎(chǔ)上，性價比是應(yīng)當考慮的重要因素。環(huán)境試驗設(shè)備的進口無一例外都是通過代理商在國內(nèi)進行銷售的，價格的因素不僅取決于生產(chǎn)廠家的成本和利潤，還包含著很多中間環(huán)節(jié)費用及銷售提成。在相同的制造成本下，降低中間費用是降低訂貨價格的重要因素，同一國家相關(guān)技術(shù)指標的產(chǎn)品，制造成本大體相當，不同國家（指西方發(fā)達國家）生產(chǎn)的產(chǎn)品即使有差別也不會太大。
b〕滿足用戶需要的程度和能力。
用戶訂購一臺溫濕度環(huán)境試驗箱，其要求依產(chǎn)品試驗的需要而不同，如有的三綜合試驗箱常常用于產(chǎn)品部件或組件和環(huán)境應(yīng)力篩選試驗，此時設(shè)備的強制除濕能力以及附加空氣干燥系統(tǒng)的可能性是用戶應(yīng)該重點關(guān)心的項目，如果有的用戶想利用三綜合試驗箱作環(huán)境試驗（如濕熱試驗），則風速可調(diào)整性就是必須考慮的因素。
