技術探討：延長冷熱沖擊試驗箱溫度轉換時間的方法
作者：
salmon范
編輯：
瑞凱儀器
來源(yuan)：
bibil.cn
發布日期(qi)： 2020.04.25
近日，東莞市瑞凱環境檢測儀器有限公司受理一項高低溫快速溫度循環試驗箱定制任務，要求試驗的溫度平均變化為速率為10℃/min左右。當時僅有的兩臺利用液氮的快速溫度變化箱正在做24小時連續10天的試驗。而委托方要求通過試驗盡早確定試品的材料工藝性能，在滿足試品的試驗條件的要求下，經過分析，我們設法在冷熱沖擊試驗箱的吊籃內除存放試品外，再加上有一定熱容量的負載，運用熱交換的定律，延長冷熱沖擊試驗箱的高、低溫工作區極限溫度值的轉換時間來達到試驗要求。而冷熱沖擊試驗箱由于本身的結構特點和國軍標對有關試驗設備的要求，冷熱沖擊試驗箱的高低溫工作區要有足夠的熱容量，以便使試品在放入試驗箱后，在5
min之內高低溫工作區的極限溫度就能回復到規定值。換句話說，就是高低溫工作區的極限溫度轉換時間必須要在5 min之內完成。
現在一般(ban)常見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)冷熱沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)從(cong)箱(xiang)(xiang)體(ti)(ti)(ti)結構上(shang)分主要有(you)兩種。一種是(shi)一箱(xiang)(xiang)法(fa)，即箱(xiang)(xiang)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)間(jian)(jian)是(shi)存(cun)放試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，箱(xiang)(xiang)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩邊分別(bie)是(shi)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)室和(he)低(di)溫(wen)(wen)(wen)室，并且高(gao)低(di)溫(wen)(wen)(wen)室與存(cun)放試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)分別(bie)由風門相(xiang)通，打(da)開或(huo)者(zhe)關閉相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)風門就可(ke)讓高(gao)溫(wen)(wen)(wen)室或(huo)低(di)溫(wen)(wen)(wen)室的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空氣通過送風電機快(kuai)速(su)強迫進(jin)人存(cun)放試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，從(cong)而使存(cun)放試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)實(shi)現了快(kuai)速(su)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)。另(ling)一種是(shi)兩箱(xiang)(xiang)式上(shang)下(xia)(xia)結構，上(shang)半部分為高(gao)溫(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，下(xia)(xia)半部分為低(di)溫(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，中(zhong)間(jian)(jian)由試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)吊(diao)籃連(lian)接，試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)吊(diao)籃由升(sheng)降機構在高(gao)低(di)溫(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)內上(shang)下(xia)(xia)移動。當吊(diao)籃移至(zhi)箱(xiang)(xiang)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)半部分，試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)就暴露在高(gao)溫(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，當吊(diao)籃移至(zhi)箱(xiang)(xiang)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)(xia)半部分，試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)就暴露在低(di)溫(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)。而極限溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)轉(zhuan)換時間(jian)(jian)是(shi)不能(neng)設置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。但溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)循(xun)環試(shi)(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)速(su)率(lv)是(shi)可(ke)以根據試(shi)(shi)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)具體(ti)(ti)(ti)要求和(he)設備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)進(jin)行設置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，延(yan)長(chang)冷熱沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)低(di)溫(wen)(wen)(wen)極限溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)值的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)換時間(jian)(jian)也就近(jin)似于減緩了溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)速(su)率(lv)。為此我們根據不同質(zhi)量(liang)和(he)不同金(jin)屬材料所具有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱容量(liang)及熱交(jiao)換的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)定律作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)了模擬試(shi)(shi)驗(yan)，結果(guo)證明可(ke)以適當延(yan)長(chang)冷熱沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)高(gao)低(di)溫(wen)(wen)(wen)極限溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)值的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)轉(zhuan)換時間(jian)(jian)。
我們知(zhi)道，物質(zhi)的(de)熱容(rong)量是材料比熱系數和材料的(de)質(zhi)量乘(cheng)積：即
在同樣的質(zhi)量(liang)下，材質(zhi)不(bu)同，熱容量(liang)也(ye)不(bu)同。經查找有(you)(you)關資(zi)料(liao)，鋁(lv)(lv)(lv)材和其(qi)它(ta)金(jin)屬(shu)材料(liao)相比，比熱系(xi)數較(jiao)(jiao)高，同質(zhi)量(liang)下熱容量(liang)較(jiao)(jiao)大(da)。鋁(lv)(lv)(lv)材自然就作為首選。當存放有(you)(you)鋁(lv)(lv)(lv)材的吊籃上移至(zhi)高溫(wen)工作區(qu)時，所吸收(shou)的熱量(liang)為
當存放(fang)有鋁材的吊籃(lan)下移至低(di)溫(wen)工作區時(shi)就(jiu)要釋放(fang)熱(re)量Q放(fang)，由熱(re)交(jiao)換定律可知：
由(you)(you)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)可知，在(zai)(zai)不(bu)考慮其它熱(re)量(liang)損耗(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)(xia)，由(you)(you)于(yu)(yu)鋁(lv)(lv)材(cai)(cai)(cai)(cai)熱(re)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)釋(shi)放將低(di)(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極限(xian)(xian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)升高(gao)△t1，當低(di)(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)空(kong)間(jian)一定時(shi)，Q吸(xi)越大，△t1也(ye)(ye)越大。并隨(sui)著鋁(lv)(lv)材(cai)(cai)(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)不(bu)斷(duan)釋(shi)放，低(di)(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)也(ye)(ye)在(zai)(zai)逐(zhu)步上升，但此時(shi)由(you)(you)于(yu)(yu)冷熱(re)沖(chong)(chong)擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區在(zai)(zai)繼續制冷及風(feng)扇電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)氣強(qiang)迫(po)對流(liu)，終(zhong)使(shi)冷熱(re)沖(chong)(chong)擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)逐(zhu)漸趨(qu)向(xiang)平(ping)衡而達到(dao)(dao)極限(xian)(xian)值(zhi)。在(zai)(zai)這個溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變化過(guo)程中由(you)(you)于(yu)(yu)鋁(lv)(lv)材(cai)(cai)(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)不(bu)斷(duan)釋(shi)放，使(shi)得低(di)(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極限(xian)(xian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)(xia)降(jiang)速(su)率(lv)有(you)所減緩(huan)，而不(bu)像溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)沖(chong)(chong)擊(ji)那樣，吊籃(lan)(lan)(lan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)瞬間(jian)就下(xia)(xia)降(jiang)到(dao)(dao)低(di)(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)極限(xian)(xian)值(zhi)。反之，當吊籃(lan)(lan)(lan)上升至高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區時(shi)，也(ye)(ye)由(you)(you)于(yu)(yu)鋁(lv)(lv)材(cai)(cai)(cai)(cai)在(zai)(zai)不(bu)斷(duan)地吸(xi)收(shou)熱(re)量(liang)，將高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極限(xian)(xian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)降(jiang)△t1，同(tong)樣也(ye)(ye)由(you)(you)于(yu)(yu)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)繼續加熱(re)及風(feng)扇電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)氣強(qiang)迫(po)對流(liu)，終(zhong)使(shi)冷熱(re)沖(chong)(chong)擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工作(zuo)(zuo)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)逐(zhu)漸趨(qu)向(xiang)平(ping)衡而達到(dao)(dao)極限(xian)(xian)值(zhi)。根(gen)(gen)據(ju)以上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)，我(wo)們在(zai)(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)冷熱(re)沖(chong)(chong)擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)箱(xiang)(xiang)(xiang)吊籃(lan)(lan)(lan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)承重力(li)情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)(xia)通(tong)過(guo)多次(ci)適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)調(diao)整鋁(lv)(lv)材(cai)(cai)(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)，并按(an)(an)國(guo)家有(you)關《電(dian)工電(dian)子(zi)產品環境試(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設備基(ji)本參(can)數檢定方(fang)法》標準，在(zai)(zai)吊籃(lan)(lan)(lan)內(nei)有(you)關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置布設相應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)傳感器進行了(le)測量(liang)，溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)偏差均在(zai)(zai)規定值(zhi)內(nei)，總的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)平(ping)均速(su)率(lv)也(ye)(ye)均在(zai)(zai)10℃/min左右。這樣在(zai)(zai)試(shi)(shi)品對溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變化沒(mei)有(you)線性度(du)(du)要(yao)求的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下(xia)(xia)，基(ji)本上滿足了(le)試(shi)(shi)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)條(tiao)件要(yao)求，使(shi)試(shi)(shi)品成功地通(tong)過(guo)了(le)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)。后(hou)來，我(wo)們根(gen)(gen)據(ju)同(tong)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法又(you)做了(le)一次(ci)摸底試(shi)(shi)驗(yan)(yan)。兩次(ci)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)不(bu)僅(jin)均滿足檢測需求，又(you)節約了(le)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)費用4萬余(yu)元(按(an)(an)每天一瓶液氮450元計，共(gong)需90瓶)。
; 圖1、圖2是用(yong)冷(leng)熱沖擊試驗箱延長溫(wen)度(du)轉換(huan)時(shi)間得到的溫(wen)度(du)升降曲線(xian)。
從圖中可看(kan)出，高(gao)溫(wen)(wen)(wen)工作區(qu)的(de)(de)極限溫(wen)(wen)(wen)度與低溫(wen)(wen)(wen)工作區(qu)的(de)(de)極限溫(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)轉換(huan)時間(jian)約在(zai)10~ 15 min之間(jian)，而且在(zai)溫(wen)(wen)(wen)度上升或下降(jiang)區(qu)域(yu)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度變(bian)化速(su)率較快。運用(yong)熱交換(huan)定律，用(yong)冷熱沖擊試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)做(zuo)快速(su)溫(wen)(wen)(wen)度循環試(shi)(shi)(shi)驗(yan)，每次做(zuo)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)，都要(yao)根據(ju)試(shi)(shi)(shi)品的(de)(de)質量和(he)具體試(shi)(shi)(shi)驗(yan)條件的(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)，需反(fan)復進行測算和(he)調整鋁材的(de)(de)質量的(de)(de)模(mo)(mo)擬試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。據(ju)了解，現(xian)國內有兩種(zhong)高(gao)低溫(wen)(wen)(wen)快速(su)溫(wen)(wen)(wen)變(bian)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)。一種(zhong)是升降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)度速(su)率沒有線(xian)性(xing)(xing)度要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)，另一種(zhong)是升降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)速(su)率有線(xian)性(xing)(xing)度要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)。經試(shi)(shi)(shi)驗(yan)比較，從用(yong)熱交換(huan)定律和(he)模(mo)(mo)擬試(shi)(shi)(shi)驗(yan)后的(de)(de)升降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)曲線(xian)來看(kan)，使(shi)用(yong)效(xiao)果近似于沒有線(xian)性(xing)(xing)度要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)快速(su)升降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)。
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