高低溫交變試驗(yàn)箱溫度漂移原因分析與對策

     高低溫交變試驗(yàn)箱是一種中小型環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，使用該設(shè)備可以對產(chǎn)品進(jìn)行溫度、濕熱、低氣壓(高度)或溫度一低氣壓(高度)、溫度一濕度交變環(huán)境試驗(yàn)，以檢驗(yàn)產(chǎn)品對溫度、濕度或低氣壓(高度)環(huán)境條件的單獨(dú)或綜合作用的適應(yīng)性。通常這類設(shè)備具有溫度、低氣壓(高度)速率要求，在按試驗(yàn)條件要求的速率將箱體溫度(或高度)變化到條件溫度(或高度)值時(shí)，保持之;同時(shí)，開始按試驗(yàn)條件要求的速率，將箱體高度(或溫度)變化到條件高度(或溫度)值。在持續(xù)時(shí)間內(nèi)，溫度和高度值的允許誤差不得超出標(biāo)準(zhǔn)要求。但是，在高低溫交變試驗(yàn)箱使用中，當(dāng)溫度降至設(shè)定溫度并保持一段時(shí)間后，再將氣壓(高度)調(diào)整到設(shè)定氣壓(高度)的過程中，由于試驗(yàn)箱內(nèi)部空氣越來越稀薄，攪拌機(jī)風(fēng)機(jī)所起的作用越來越小，箱內(nèi)冷傳播方法不全是靠風(fēng)機(jī)引起的對流而是靠制冷器的幅射。對于試驗(yàn)箱容積較大、氣壓較低(高度在15,000m以上)的情況，靠箱內(nèi)制冷器的幅射很難保證溫度在低氣壓環(huán)境中達(dá)到設(shè)定值并保持穩(wěn)定。因此，對高低溫交變試驗(yàn)箱在低溫一低氣壓試驗(yàn)時(shí)的溫度漂移現(xiàn)象進(jìn)行研究分析，找出低溫一低氣壓試驗(yàn)時(shí)溫度漂移的原因，給出設(shè)備控制參數(shù)設(shè)置的參考數(shù)據(jù)，利用箱體微電腦觸摸屏重新對試驗(yàn)設(shè)備編程控制，對于保證試驗(yàn)的真實(shí)有效性十分重要。

1.高低溫交變試驗(yàn)箱箱簡介

     高低溫交變試驗(yàn)箱，制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器為主副蒸發(fā)器，加熱系統(tǒng)為兩組管狀加熱器，緊貼于內(nèi)室外壁，可在低溫低氣壓、高溫低氣壓狀態(tài)下加大冷熱幅射，提高試驗(yàn)箱在低氣壓狀態(tài)下的溫度傳導(dǎo)及幅射。該試驗(yàn)箱適用于考核和確定電子及其他產(chǎn)品的零部件或材料，在恒定濕熱、低溫、高溫、低氣壓環(huán)境中儲存和使用的適應(yīng)性，但對溫度-高度綜合環(huán)境試驗(yàn)就很難滿足要求了。該試驗(yàn)箱為微電腦觸摸屏控制式高低濕熱低氣壓試驗(yàn)箱，可接PC機(jī)控制，實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)和顯示試驗(yàn)曲線。溫度范圍:-70～160℃;氣壓范圍:常壓-0.3kPa(海拔>35,776m);平均升降溫速率≧3℃/min，溫度偏差和溫度均勻度≦2℃;氣壓偏差和氣壓均勻度，手冊上未作說明，但試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對氣壓允許誤差為±50%。

2某機(jī)載B類端機(jī)溫度漂移現(xiàn)象和原因分析

2.1試驗(yàn)條件

    試驗(yàn)條件為:-55℃,高度15250m(約11.6kPa)。如圖1所示。

2.2試驗(yàn)過程中的溫度漂移現(xiàn)象

    按圖1所示的條件，在該試驗(yàn)箱做低溫一高度試驗(yàn)。由于該試驗(yàn)為一次性試驗(yàn)，不進(jìn)行循環(huán)，試驗(yàn)人員采用微電腦觸摸屏手動控制模式進(jìn)行試驗(yàn)。在對某機(jī)載B類端機(jī)做了預(yù)處理，并進(jìn)行了初始檢測后，將它放在試驗(yàn)箱中安裝好，將測試線穿過測試孔蓋板中央穿線孔并與試件連接好，zui后將測試孔蓋板擰緊，用真空泥將縫隙及漏洞封好。試驗(yàn)開始后，先按試驗(yàn)條件要求的降溫速率，將箱體溫度降至-55℃并保持2h后，按條件要求的速率開始抽氣。在將氣壓抽至11.6kPa并保持4h的過程中，壓力控制得非常好，但溫度漂移非常明顯，溫度誤差均大于5℃，甚至超過10℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

2.3試驗(yàn)過程中溫度漂移原因分析

    低溫條件下，高低溫交變試驗(yàn)箱氣壓抽至低氣壓狀況下(如11.6kPa)，試驗(yàn)箱內(nèi)空氣很稀薄，箱內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)引起的對流只能起到有限的作用，而且透過試驗(yàn)箱視窗發(fā)現(xiàn)，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇早已停止轉(zhuǎn)動。

    由于此時(shí)蒸發(fā)器的冷量主要靠溫度傳導(dǎo)與輻射散發(fā)出去，受試驗(yàn)箱制冷系統(tǒng)中主副蒸發(fā)器數(shù)量的限制，不能很好地將蒸發(fā)器的冷量傳導(dǎo)輻射出來。而室外環(huán)境溫度氣體卻通過外箱體進(jìn)人保溫層和內(nèi)室，造成低溫低氣壓環(huán)境時(shí)溫度不斷向上漂移的后果。

3抑制溫度漂移的對策

    從圖2可知，抽氣開始后，當(dāng)氣壓降至一定值時(shí)，溫度就開始往上快速漂移。隨后，較平穩(wěn)地幾乎線性往上漂移，整個(gè)保壓階段一直是這樣漂移的，超過試驗(yàn)容差范圍。

    那么能否采取一些措施(如重置設(shè)備控制參數(shù)、進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)?，在低氣壓條件下，將低溫保持在試驗(yàn)要求的誤差范圍內(nèi)呢?如果按試驗(yàn)條件在降壓階段將溫度設(shè)定得更低，如-58℃(但不超過±士3℃的容差范圍)，待溫度降到-58℃保持2h后，采取微電腦觸摸屏編程控制方法，在開始抽氣降壓的同時(shí)，利用擬合圖1溫度記錄曲線溫度漂移的速度，反向降溫，在抵消向上漂移溫度的同時(shí)，保證溫度穩(wěn)定在(-55±3)℃。

    按此想法，進(jìn)行了一次模擬試驗(yàn)。

3.1設(shè)備控制參數(shù)重置

    高低溫交變試驗(yàn)箱鼓風(fēng)機(jī)壓力出廠設(shè)定值見表1。

由于試驗(yàn)條件壓力值為11.6kPa，<15kPa，因此試驗(yàn)過程中當(dāng)箱體壓力值低于15kPa時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)停止工作，試驗(yàn)箱內(nèi)風(fēng)道中的空氣*停止了流動，在一定程度上導(dǎo)致試驗(yàn)箱中空氣和試品溫度漂移。

    調(diào)低鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限值，調(diào)整的依據(jù)是:與低溫一低氣壓試驗(yàn)條件中的壓力值相比較，要求低于這個(gè)值即可。如:某機(jī)載B類端機(jī)試驗(yàn)條件中的壓力值為11.6kPa，小于設(shè)備出廠鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限設(shè)定值15kPa，就將這個(gè)值設(shè)定為低于11.6kPa即可。如果試驗(yàn)條件為溫度一高度交變試驗(yàn)，那么取試驗(yàn)條件中所有壓力值中的zui小值，鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限值小于這個(gè)zui小值即可。以后為了方便，可將鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限值設(shè)定得更低，以滿足大多數(shù)試驗(yàn)條件要求，見表2。這樣能在一定程度上，使箱內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)引起的對流起到有限的作用。

3.2微電腦觸摸屏編程試驗(yàn)

3.2.1摸底試驗(yàn)條件

    摸底試驗(yàn)(條件如圖3所示)前，分析擬合圖2中溫度漂移的速率，見表3。

3.2.3摸底試驗(yàn)結(jié)果

    摸底試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。從圖4可見，在保溫保壓階段，溫度波動小于±3℃，說明編程思路和方法是正確的。

    高低溫交變試驗(yàn)箱試驗(yàn)過程中，壓力和溫度的控制是否滿足試驗(yàn)條件大綱的要求，這對產(chǎn)品的機(jī)械和電氣性能能否符合要求至關(guān)重要。通過對某機(jī)載s類端機(jī)在高低溫交變試驗(yàn)箱進(jìn)行低溫一高度試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)溫度向上漂移的原因進(jìn)行分析，找出了解決問題的對策。通過設(shè)備控制參數(shù)重置，特別是通過一種擬合編程摸底試驗(yàn)，成功地解決了低溫一高度試驗(yàn)時(shí)的溫度漂移問題。試驗(yàn)結(jié)果滿足試驗(yàn)技術(shù)條件要求，并且節(jié)約了人力物力，為產(chǎn)品的交付使用贏得了時(shí)間。在此后的類似試驗(yàn)中，采取這一擬合編程方法試驗(yàn)，均達(dá)到了試驗(yàn)要求。