溫度循環試驗箱的工作原理
作者：
網絡(luo)
編輯(ji)：
瑞凱儀器
來源：
網絡
發布日(ri)期： 2021.05.08
近年來(lai)，綜合環(huan)境(jing)可靠(kao)性(xing)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(CERT)在國內外(wai)均已受到高(gao)度的(de)(de)重視，并得到了廣泛的(de)(de)應(ying)用。CERT是在單項環(huan)境(jing)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)的(de)(de)基礎上發展起來(lai)的(de)(de)，它不(bu)僅可以進行(xing)更(geng)真實(shi)的(de)(de)電子產品(pin)的(de)(de)實(shi)際環(huan)境(jing)的(de)(de)模擬試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)；而且還(huan)可以進行(xing)高(gao)效環(huan)境(jing)應(ying)力篩選試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)，盡早激發出因元器件和工藝(yi)映陷(xian)造成(cheng)的(de)(de)故障，以保證電子產品(pin)在使用中的(de)(de)可靠(kao)性(xing)，實(shi)踐證明，后者(zhe)比前者(zhe)的(de)(de)意義更(geng)大。
高效環(huan)境應力篩選
的(de)(de)(de)(de)根本(ben)目的(de)(de)(de)(de)在于(yu)使產品(pin)交(jiao)付(fu)外(wai)所前(qian)，消除共潛在的(de)(de)(de)(de)缺(que)(que)陷隱(yin)患。在產品(pin)研制(zhi)、鑒定和(he)(he)生產的(de)(de)(de)(de)不同階(jie)(jie)段采(cai)用(yong)高(gao)效(xiao)(xiao)環境(jing)應力篩(shai)選，可(ke)(ke)(ke)以獲益匪(fei)淺。在研制(zhi)階(jie)(jie)段采(cai)用(yong)應力篩(shai)選，能(neng)(neng)夠查出缺(que)(que)陷一故障原因，找出設計上的(de)(de)(de)(de)問題，采(cai)取有(you)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)糾正措施(shi)，這樣不僅能(neng)(neng)大(da)大(da)節省以后的(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)時間和(he)(he)費用(yong)，還能(neng)(neng)提(ti)高(gao)產品(pin)的(de)(de)(de)(de)固(gu)有(you)可(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)性；在可(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)性鑒定試(shi)驗(yan)(yan)(yan)前(qian)采(cai)取應力篩(shai)選，可(ke)(ke)(ke)消除制(zhi)造工藝和(he)(he)元件方面的(de)(de)(de)(de)缺(que)(que)陷，使鑒定試(shi)驗(yan)(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)結果有(you)效(xiao)(xiao)、正確(que)；在產品(pin)生產前(qian)增加篩(shai)選這一工序，由于(yu)消除了(le)產品(pin)中的(de)(de)(de)(de)潛在缺(que)(que)陷，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)產品(pin)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)可(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)性，并可(ke)(ke)(ke)減少外(wai)場維修費用(yong)。自八十(shi)年代(dai)初以來(lai)，各先進工業(ye)國(guo)家竟(jing)相(xiang)研制(zhi)生產綜合環境(jing)可(ke)(ke)(ke)靠(kao)(kao)性試(shi)驗(yan)(yan)(yan)設備,以滿足(zu)推廣CERT試(shi)驗(yan)(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)需要。
瑞凱儀器研制成功了(le)能應用于綜(zong)合環境可靠性試驗的(de)溫(wen)度循環試(shi)驗箱
。這種溫度(du)循環(huan)試驗箱適用(yong)于航天航空、電子工(gong)業及科(ke)研單位等部(bu)門，對(dui)電子產品，在高(gao)溫或低溫環(huan)境(jing)下;能同(tong)時與振動臺配合(he)，進行綜合(he)環(huan)境(jing)可靠性試驗，并(bing)且還可以以大變溫速率對(dui)電子元(yuan)器件(jian)、零(ling)部(bu)件(jian)進行高(gao)效環(huan)境(jing)應力篩選(xuan)試驗。
結構設計(ji)和工作原(yuan)理(li)
1、箱體結構.
溫(wen)度循(xun)環試驗箱箱體(ti)內(nei)壁的不銹(xiu)鋼板(ban)為(wei)1.5毫米(mi)，外壁是1毫米(mi)厚(hou)的A3鋼板(ban)，固定在(zai)角鋼上。內(nei)外壁之間為(wei)絕熱(re)層，以阻斷冷熱(re)傳遞。絕熱(re)材料為(wei)超細玻璃棉(mian)，厚(hou)度150毫米(mi)。
箱體的(de)(de)(de)底(di)板(ban)(ban)是活動式(shi)的(de)(de)(de)，溫箱誰備有兩塊底(di)板(ban)(ban)。一塊是無孔(kong)的(de)(de)(de)，用(yong)以(yi)僅有溫度循(xun)環的(de)(de)(de)試(shi)驗:另(ling)塊是中(zhong)間開孔(kong)的(de)(de)(de)，可以(yi)與振動臺(tai)相連接(jie)，以(yi)滿足具有振動項目的(de)(de)(de)綜合環境(jing)可靠性試(shi)驗需要。底(di)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)絕熱材料用(yong)的(de)(de)(de)是硬質聚氨酯泡沫。
箱體門的絕熱材科用的也是(shi)硬(ying)質(zhi)聚(ju)氨酯泡(pao)沫，門上裝(zhuang)有一(yi)個(ge)用鋼化玻璃組成(cheng)的觀察窗，箱璧留有引線孔?50mm一(yi)個(ge)，并裝(zhuang)有20個(ge)接線柱。
2、制冷和加熱系統
溫度可調范圍為-60℃~+90℃。
若要(yao)將(jiang)箱內空氣溫度降至-60℃，可以(yi)(yi)采兩用(yong)種(zhong)制冷循(xun)環(huan)方(fang)式，一種(zhong)是(shi)雙級壓(ya)縮(suo)制冷循(xun)環(huan)，另一種(zhong)是(shi)復疊(die)式制冷循(xun)環(huan)。那么如(ru)何決擇(ze)呢?從理論循(xun)環(huan)分(fen)析，復疊(die)式由于冷凝蒸發器(qi)存在傳熱溫差，使(shi)經許性有所(suo)降低。同(tong)時，復疊(die)式系統比(bi)較復雜，溫度調節(jie)范圍(wei)也比(bi)較小。但(dan)是(shi)，復疊(die)式制冷系統每臺壓(ya)縮(suo)機(ji)工作壓(ya)力范圍(wei)較適中，使(shi)低溫部分(fen)壓(ya)縮(suo)機(ji)的輸氣量減少，輸氣系數(shu)及指(zhi)示效率(lv)都(dou)有所(suo)提高，特別是(shi)摩(mo)擦功(gong)率(lv)大(da)大(da)減小，因而實際(ji)循(xun)環(huan)的制冷系數(shu)比(bi)雙級壓(ya)縮(suo)制冷循(xun)環(huan)還要(yao)高。因此(ci)，一般說來以(yi)(yi)采用(yong)復疊(die)式為宜(yi)。
本溫度循環試驗箱采(cai)用了復(fu)疊(die)式制(zhi)(zhi)冷設(she)備。制(zhi)(zhi)冷設(she)備是兩套(tao)復(fu)疊(die)式制(zhi)(zhi)冷機組。
在溫箱(xiang)風道內安裝了(le)主個(ge)液氮(dan)噴咀并配置(zhi)了(le)相(xiang)(xiang)應(ying)的電磁閥。這樣，只(zhi)要再配置(zhi)一個(ge)小液氮(dan)罐，即可用(yong)液氮(dan)制(zhi)冷的方法(fa),進(jin)行大于5℃/分(fen)降溫速事的低(di)溫試驗(yan)(yan)或(huo)溫度循環(huan)試驗(yan)(yan)。可以根據(ju)不同的降溫速率要求(qiu)，來決定相(xiang)(xiang)應(ying)液氮(dan)噴咀的個(ge)數(shu)。
加(jia)熱(re)設備(bei)用的是電(dian)加(jia)熱(re)器(qi)，加(jia)熱(re)功率可(ke)以從0至(zhi)100%無級連續(xu)可(ke)調。
3、工(gong)作(zuo)原(yuan)理
(1)空氣循環系(xi)統
空氣循環(huan)系統配有(you)兩(liang)(liang)個(ge)蒸發器，兩(liang)(liang)臺(tai)風(feng)(feng)機和兩(liang)(liang)組電加(jia)(jia)熱器。試(shi)(shi)驗箱內的空氣經過頂部兩(liang)(liang)側的回(hui)風(feng)(feng)口(kou),然(ran)后流向加(jia)(jia)熱器和蒸發器，后經頂部中間的兩(liang)(liang)個(ge)送風(feng)(feng)口(kou)又被風(feng)(feng)機送入(ru)試(shi)(shi)驗箱內。如此不斷循環(huan)。
空氣循(xun)環系統(tong)以空氣為(wei)(wei)介質(zhi)，蒸發器為(wei)(wei)冷源，加熱器為(wei)(wei)熱源，實現(xian)升溫(wen)、降(jiang)溫(wen)和恒溫(wen)控(kong)制。
（2）制冷(leng)及(ji)加(jia)熱工作原理
復疊(die)式制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)機組成，分(fen)(fen)(fen)(fen)別為高(gao)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)及低溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)。高(gao)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)使用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)，低溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)使用(yong)(yong)低溫(wen)(wen)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)。這兩個部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)各自成分(fen)(fen)(fen)(fen)一(yi)個使用(yong)(yong)單一(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)玲(ling)系(xi)統。其中(zhong)(zhong)高(gao)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)系(xi)統中(zhong)(zhong)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)的(de)蒸發用(yong)(yong)來使低溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)系(xi)統中(zhong)(zhong)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)，用(yong)(yong)一(yi)個冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)蒸發器將(jiang)兩部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)聯系(xi)起來，它既是低溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)器，也是高(gao)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)蒸發器。這樣低溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)吸取的(de)熱量（即冷(leng)(leng)(leng)(leng)量）就可(ke)傳給(gei)(gei)高(gao)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)，而高(gao)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)再將(jiang)熱量傳給(gei)(gei)環境介(jie)質（空氣或水）。
高(gao)(gao)溫(wen)(wen)部分(fen)中的制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑R-22在壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)機(ji)內(nei)由于飽(bao)和(he)蒸汽(qi)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)成高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)通過(guo)(guo)(guo)(guo)油分(fen)離器(qi)(qi)(qi)(qi)，將油氣(qi)(qi)(qi)分(fen)離，冷(leng)(leng)(leng)凍機(ji)油回到壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)機(ji)內(nei)，高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)進(jin)入冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)(qi)被冷(leng)(leng)(leng)卻(que)水(shui)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)成高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)液體(ti)；然后經(jing)過(guo)(guo)(guo)(guo)干燥(zao)過(guo)(guo)(guo)(guo)濾器(qi)(qi)(qi)(qi)，所經(jing)過(guo)(guo)(guo)(guo)熱(re)(re)力(li)膨脹(zhang)閥(fa)節(jie)流(liu)降壓(ya)(ya)(ya)為低壓(ya)(ya)(ya)低溫(wen)(wen)的R-22液體(ti),后經(jing)過(guo)(guo)(guo)(guo)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)蒸發器(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)行汽(qi)化，吸(xi)收熱(re)(re)量，冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)R -13高(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)，從而變(bian)(bian)成了(le)低溫(wen)(wen)低壓(ya)(ya)(ya)汽(qi)體(ti)。同(tong)樣，從試(shi)驗箱中蒸發器(qi)(qi)(qi)(qi)來(lai)的低溫(wen)(wen)部分(fen)制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑R13也通過(guo)(guo)(guo)(guo)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)機(ji)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)變(bian)(bian)成高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)，再經(jing)過(guo)(guo)(guo)(guo)油分(fen)離器(qi)(qi)(qi)(qi)，進(jin)入冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)蒸發器(qi)(qi)(qi)(qi)被R-22冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)成高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)液體(ti)，接著經(jing)過(guo)(guo)(guo)(guo)干燥(zao)過(guo)(guo)(guo)(guo)濾器(qi)(qi)(qi)(qi)，作經(jing)過(guo)(guo)(guo)(guo)熱(re)(re)力(li)膨脹(zhang)閥(fa)節(jie)流(liu)成低壓(ya)(ya)(ya)汽(qi)液兩相流(liu)體(ti)，進(jin)入蒸發器(qi)(qi)(qi)(qi)吸(xi)熱(re)(re)制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)。
為了有效地實現快速降(jiang)溫，在(zai)熱力膨脹(zhang)閥和(he)起控(kong)制作(zuo)用的電磁閥。
壓縮機(ji)組的(de)冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)是由冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)系統供給。冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)系統由水(shui)(shui)泵、水(shui)(shui)箱、冷(leng)(leng)卻(que)(que)塔組成。冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)經(jing)過冷(leng)(leng)凝(ning)(ning)器吸收高溫高壓的(de)R~22氣體的(de)熱量然后，進入冷(leng)(leng)卻(que)(que)塔受風冷(leng)(leng)冷(leng)(leng)卻(que)(que)降溫，再流到水(shui)(shui)箱里，由水(shui)(shui)泵繼(ji)續抽入冷(leng)(leng)凝(ning)(ning)器進行冷(leng)(leng)卻(que)(que)循(xun)環。
電(dian)加(jia)熱(re)器可分為兩組(zu)，均由可控(kong)(kong)硅控(kong)(kong)制電(dian)加(jia)熱(re)器，加(jia)熱(re)功事(shi)為24kW。
根據不(bu)同(tong)(tong)的(de)升降溫述率(lv)的(de)試(shi)驗要求(qiu),開(kai)啟不(bu)同(tong)(tong)數量的(de)制(zhi)冷機(ji)組(zu)和)加熱器(qi)。升溫時(shi)，可(ke)(ke)(ke)開(kai)一(yi)組(zu)或兩組(zu)加熱器(qi);降溫時(shi)，也(ye)可(ke)(ke)(ke)開(kai)一(yi)套或兩套制(zhi)冷機(ji)組(zu)；在小降溫速率(lv)情況下(xia)，可(ke)(ke)(ke)用電加熱器(qi)加熱進行冷熱對抗(kang)在保(bao)溫過程中，也(ye)可(ke)(ke)(ke)采用冷熱對抗(kang)的(de)方法(fa)，來控制(zhi)溫度(du)精度(du)。
（3）控制方式
控(kong)制(zhi)系(xi)統是(shi)個雙工(gong)系(xi)統。它既可實現以z80為核(he)心的(de)(de)可編程的(de)(de)數字調節器(qi)的(de)(de)微(wei)機控(kong)制(zhi)，又(you)可實現由模擬(ni)儀表組成(cheng)的(de)(de)PID調節器(qi)的(de)(de)模擬(ni)控(kong)制(zhi)。在特殊情況(kuang)下，還可以切(qie)換成(cheng)人工(gong)控(kong)制(zhi)。
由(you)于制(zhi)(zhi)(zhi)冷壓縮機不宜頻繁啟動，所(suo)以在降溫和低(di)溫階段，制(zhi)(zhi)(zhi)冷機常開(根(gen)據(ju)需要開一套或兩(liang)套制(zhi)(zhi)(zhi)冷機組)，靠(kao)控制(zhi)(zhi)(zhi)加熱量(liang)來保證溫度(du)精(jing)度(du)。
這個系統具有溫度檢測(ce)，控(kong)制操作，超限報警(jing)，屏幕顯示和(he)事故(gu)處理(li)等功能。
作為感溫(wen)(wen)元件用的鉑電(dian)(dian)阻(zu)放置在試驗箱內(nei)，測溫(wen)(wen)電(dian)(dian)橋將試驗箱內(nei)溫(wen)(wen)度變化(hua)轉化(hua)成電(dian)(dian)位(wei)是輸(shu)出。電(dian)(dian)位(wei)是經放大器放大，通過微機系統或(huo)模擬 PID調節器，或手動調節器挖制(zhi)執(zhi)行機構(gou)動作(zuo)，使試驗箱內溫度保持在所需的(de)控制(zhi)溫度值。
升溫(wen)時(shi)(shi)，通(tong)過(guo)控(kong)制系統中(zhong)可控(kong)硅導通(tong)角的調節作用來提供合適的加熱功(gong)率，以保(bao)(bao)證試驗所(suo)需的升溫(wen)速(su)率。降溫(wen)時(shi)(shi)，先(xian)控(kong)制啟動高溫(wen)部分(fen)R-22的機(ji)組，三(san)分(fen)鐘(zhong)后自動延時(shi)(shi)啟動低溫(wen)部分(fen)R-13的機(ji)組，可以通(tong)過(guo)電熱自動補償來減小降溫(wen)速(su)率。保(bao)(bao)溫(wen)時(shi)(shi)，同時(shi)(shi)控(kong)制啟動壓縮機(ji)和導通(tong)加熱器，進行冷熱對抗來保(bao)(bao)證控(kong)溫(wen)精度(du)。
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