一(yi)、前(qian)言

    近幾年，國內模(mo)擬環(huan)境(jing)可靠(kao)性測試廣受重視，并得到了廣泛的(de)(de)(de)應用。模(mo)擬環(huan)境(jing)可靠(kao)性測試不(bu)僅可以進(jin)行更真實(shi)的(de)(de)(de)電子產(chan)品的(de)(de)(de)實(shi)際環(huan)境(jing)的(de)(de)(de)模(mo)擬試驗；而且還可以進(jin)行環(huan)境(jing)應力篩選試驗，盡早激發出因元器(qi)件和(he)工藝(yi)缺陷造成的(de)(de)(de)故障，以保證電子產(chan)品在使用中的(de)(de)(de)可靠(kao)性，實(shi)踐證明，后者比(bi)前者的(de)(de)(de)意義(yi)更大。

    環境(jing)應(ying)力(li)篩(shai)(shai)選(xuan)的(de)(de)(de)根(gen)本目的(de)(de)(de)在于使(shi)(shi)產(chan)(chan)品(pin)(pin)交付外場前(qian)(qian)，消除(chu)其潛在的(de)(de)(de)缺陷隱患。在產(chan)(chan)品(pin)(pin)研制、鑒定(ding)和生產(chan)(chan)的(de)(de)(de)不同(tong)階(jie)段采(cai)用環境(jing)應(ying)力(li)篩(shai)(shai)選(xuan)，可(ke)以獲益匪(fei)淺。在研制階(jie)段采(cai)用應(ying)力(li)篩(shai)(shai)選(xuan)，能(neng)夠查出缺陷 - 故(gu)障原因，找出設計上的(de)(de)(de)問題(ti)，采(cai)取有效的(de)(de)(de)糾正(zheng)措(cuo)施，這樣不僅能(neng)大大節省(sheng)以后的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)時間和費(fei)用，還能(neng)提(ti)(ti)高產(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)固(gu)有可(ke)靠(kao)性；在可(ke)靠(kao)性鑒定(ding)試(shi)驗(yan)前(qian)(qian)采(cai)取應(ying)力(li)篩(shai)(shai)選(xuan)，可(ke)消除(chu)制造(zao)工(gong)藝和元(yuan)件方(fang)面的(de)(de)(de)缺陷，使(shi)(shi)鑒定(ding)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)結果有效、正(zheng)確；在產(chan)(chan)品(pin)(pin)生產(chan)(chan)前(qian)(qian)增加篩(shai)(shai)選(xuan)這一工(gong)序，由于消除(chu)了產(chan)(chan)品(pin)(pin)中(zhong)的(de)(de)(de)潛在缺陷，大大提(ti)(ti)高了產(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用可(ke)靠(kao)性，并(bing)可(ke)減少外場維(wei)修費(fei)用。
    我司前幾年就研制成功了一款應用于綜合環境可靠性試驗的溫度循環試驗箱。這種溫度循環試驗箱適用于航天航空、電子電工行業及科研單位等部門，對電子產品，在高溫或低溫環境下，能同時與振動臺配會，進行綜合環境可靠性試驗，并且還可以以大變溫速率對電子元器件，零部件進行環境應力篩選試驗。

     二、瑞凱溫度循環(huan)試驗箱技術指標(biao)

    作室(shi)容積：1 m3
    工作室內部(bu)尺（長*寬*高）：1000*1000*1000mm
    溫度(du)范圍：-60℃ ～ 150℃
    變溫(wen)速率：降溫(wen) 5℃/min，升溫(wen) 10℃/min
    工(gong)作室風速：（0.5~2）m/s連續可調
    允許試件發熱量：0.5KW
    設備總功率54.9 KW 
    壓縮機(ji)功率4*7.5 KW
    加熱器功率：2*12 KW
    照明燈(deng)功率：40 W
     油溫(wen)加熱(re)器(qi)功率：120 W
    風機功(gong)率：750 W
    冷(leng)凝器(qi)冷(leng)卻方(fang)式：水冷(leng)式
    制冷工(gong)質(zhi)：高(gao)溫部分(fen)(fen)R-22，低溫部分(fen)(fen)R-13

    設備耗水量：4.8噸/小時

    三、結(jie)構設計(ji)和工作原理(li)

    1、瑞凱溫(wen)度循環(huan)試驗箱結構

    箱體璧面保溫結構見圖1。箱體內(nei)壁(bi)的(de)不(bu)銹鋼板(ban)為1.5毫米(mi)(mi)(mi)。外壁(bi)是1毫米(mi)(mi)(mi)厚的(de)A3鋼板(ban)，固定在角(jiao)鋼上(shang)。內(nei)外壁(bi)之(zhi)間(jian)為絕(jue)熱(re)層，以阻斷(duan)冷熱(re)傳(chuan)遞。絕(jue)熱(re)材(cai)料為超細玻璃棉，厚度150毫米(mi)(mi)(mi)。

    箱體的(de)底板是(shi)活動式的(de)，溫箱準備有(you)兩(liang)塊(kuai)底板，一(yi)塊(kuai)是(shi)無孔的(de)，用(yong)以僅有(you)溫度循(xun)環的(de)試(shi)驗(yan)；另一(yi)塊(kuai)是(shi)中(zhong)間開(kai)孔的(de)可以與振(zhen)動臺相(xiang)連接，以滿足其有(you)振(zhen)動項目(mu)的(de)綜(zong)合環境(jing)可靠性試(shi)驗(yan)需要。底板結構(gou)為圖2所示。底板的(de)絕熱材料用(yong)的(de)是(shi)硬(ying)質(zhi)聚氨酯泡沫。

    箱體門(men)的(de)絕熱材料(liao)用(yong)的(de)也是硬質聚氨酯(zhi)泡沫，門(men)上裝有加(jia)個(ge)用(yong)鋼化玻(bo)璃組(zu)成的(de)觀察窗，門(men)的(de)結構如圖3所示。箱壁留有引(yin)線孔(kong)100mm一個(ge)，并裝有20個(ge)接(jie)線柱(zhu)。

     2、制冷和加熱(re)系統(tong)
    溫度可(ke)調范圍(wei)為-60℃ ～ 150℃。
    若要(yao)(yao)將(jiang)箱(xiang)內空氣溫(wen)(wen)度降至-60℃，可以(yi)(yi)采(cai)用(yong)兩種制(zhi)(zhi)冷(leng)循(xun)(xun)環(huan)方(fang)式(shi)(shi)(shi)，一(yi)(yi)種是雙級(ji)(ji)壓縮制(zhi)(zhi)冷(leng)循(xun)(xun)環(huan)，另(ling)一(yi)(yi)種是復(fu)疊(die)式(shi)(shi)(shi)制(zhi)(zhi)冷(leng)循(xun)(xun)環(huan)。那么如何(he)決(jue)擇呢？從理論循(xun)(xun)環(huan)分析，復(fu)疊(die)式(shi)(shi)(shi)由于冷(leng)凝蒸發器存在傳(chuan)熱溫(wen)(wen)差，使經濟性有(you)所降低。同時，復(fu)疊(die)式(shi)(shi)(shi)系(xi)統比(bi)(bi)較復(fu)雜，溫(wen)(wen)度調節范圍也比(bi)(bi)較小(xiao)(xiao)。但(dan)是，復(fu)疊(die)式(shi)(shi)(shi)制(zhi)(zhi)冷(leng)系(xi)統每臺壓縮機(ji)工作壓力(li)范圍較適中，使低溫(wen)(wen)部分壓縮機(ji)的輸(shu)氣量(liang)減(jian)少，輸(shu)氣系(xi)數(shu)及指(zhi)示效率(lv)都有(you)所提高，特(te)別(bie)是摩(mo)擦功率(lv)大大減(jian)小(xiao)(xiao)，因而實際(ji)循(xun)(xun)環(huan)的制(zhi)(zhi)冷(leng)系(xi)數(shu)比(bi)(bi)雙級(ji)(ji)壓縮制(zhi)(zhi)冷(leng)循(xun)(xun)環(huan)還要(yao)(yao)高。因此(ci)，一(yi)(yi)般(ban)說來以(yi)(yi)采(cai)用(yong)復(fu)疊(die)式(shi)(shi)(shi)為宜(yi)。本(ben)溫(wen)(wen)度循(xun)(xun)環(huan)試驗箱(xiang)采(cai)用(yong)了復(fu)疊(die)式(shi)(shi)(shi)制(zhi)(zhi)冷(leng)設(she)備(bei)，制(zhi)(zhi)冷(leng)設(she)備(bei)是兩套復(fu)疊(die)式(shi)(shi)(shi)制(zhi)(zhi)冷(leng)機(ji)組。
    在溫(wen)箱風道內安裝了三個液氮(dan)(dan)噴咀(ju)并配置了相(xiang)應的(de)(de)電磁閥(fa)。這樣，只要再(zai)配置一個小液氮(dan)(dan)罐，即可(ke)用液氮(dan)(dan)制冷的(de)(de)方(fang)法(fa)進行(xing)大于5℃/分降溫(wen)速率的(de)(de)低(di)溫(wen)試驗(yan)(yan)或溫(wen)度循環(huan)試驗(yan)(yan)。可(ke)以(yi)據(ju)不同的(de)(de)降溫(wen)速率要求，來決(jue)定(ding)相(xiang)應液氮(dan)(dan)噴咀(ju)的(de)(de)個數。
加熱設備用(yong)的是電加熱器，加熱功率可(ke)以從0至(zhi)100%無(wu)級連續可(ke)調。
    3、瑞凱溫度循環試(shi)驗箱工作原(yuan)理(li)

    溫度循(xun)環試驗箱的系(xi)統構(gou)成簡圖見圖4。

    3.1 空氣循環(huan)系(xi)統

    空(kong)(kong)(kong)氣循(xun)環系統配(pei)有(you)兩(liang)個蒸發(fa)器(qi)，兩(liang)臺(tai)風(feng)機(ji)(ji)和兩(liang)組電(dian)加熱(re)器(qi)。試驗(yan)箱(xiang)內(nei)的空(kong)(kong)(kong)氣經過頂部兩(liang)側的回風(feng)口，然(ran)后(hou)流向加熱(re)器(qi)和蒸發(fa)器(qi)。后(hou)經頂部中間的兩(liang)個送風(feng)口又被風(feng)機(ji)(ji)送入試驗(yan)箱(xiang)內(nei)，如此(ci)不斷循(xun)環。空(kong)(kong)(kong)氣循(xun)環系統圖(tu)見圖(tu)5.

    空氣循環系統以空氣為介質，蒸發器為冷源，加熱(re)器為熱(re)源。實現升溫、降溫和恒溫控制。
    3.2 制冷及加熱工作原理

    制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)系統(tong)示(shi)意(yi)圖見圖6。復(fu)疊(die)式制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)機組成，分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)別為高(gao)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)及低(di)(di)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)。高(gao)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)使用(yong)中(zhong)溫(wen)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)。低(di)(di)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)使用(yong)低(di)(di)溫(wen)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)。這兩(liang)個部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)各(ge)自成分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)一(yi)個使用(yong)單一(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)系統(tong)。其中(zhong)高(gao)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)系統(tong)中(zhong)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)的(de)蒸發(fa)用(yong)來使低(di)(di)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)系統(tong)中(zhong)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)，用(yong)一(yi)個冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)蒸發(fa)器將兩(liang)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)聯系起來，它(ta)既(ji)是低(di)(di)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)器，也是高(gao)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)蒸發(fa)器。這樣低(di)(di)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)吸(xi)取的(de)熱(re)量（即冷(leng)(leng)(leng)量）就可傳(chuan)給(gei)高(gao)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)，而高(gao)溫(wen)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)再將熱(re)量傳(chuan)給(gei)環境介質（空氣或水）

    高(gao)溫(wen)(wen)部分(fen)(fen)中(zhong)的(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑R-22在(zai)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)內由于(yu)飽和蒸汽(qi)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)成(cheng)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)體(ti)(ti)通(tong)過(guo)油(you)分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)，將油(you)氣(qi)分(fen)(fen)離(li)，冷(leng)(leng)(leng)(leng)凍機(ji)(ji)(ji)油(you)回到壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)內，高(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)體(ti)(ti)進入(ru)(ru)(ru)冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)器(qi)(qi)被冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)水(shui)冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)成(cheng)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)液體(ti)(ti)；然后經(jing)過(guo)干燥過(guo)濾(lv)器(qi)(qi)，再經(jing)過(guo)熱(re)力(li)膨脹閥(fa)節流(liu)降壓(ya)(ya)(ya)為低(di)壓(ya)(ya)(ya)低(di)溫(wen)(wen)的(de)R-22液體(ti)(ti)，后經(jing)過(guo)冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)進行(xing)汽(qi)化。吸(xi)收熱(re)量，冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)R-13高(gao)溫(wen)(wen)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)體(ti)(ti)，從(cong)而(er)變成(cheng)了(le)低(di)溫(wen)(wen)低(di)壓(ya)(ya)(ya)汽(qi)體(ti)(ti)。同(tong)樣，從(cong)試驗箱中(zhong)的(de)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)來(lai)的(de)低(di)溫(wen)(wen)部分(fen)(fen)中(zhong)的(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑R-13也通(tong)過(guo)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)變成(cheng)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)體(ti)(ti)，再經(jing)過(guo)油(you)分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)，進入(ru)(ru)(ru)冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)被R-22冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝(ning)成(cheng)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)液體(ti)(ti)，接著經(jing)過(guo)干燥過(guo)濾(lv)器(qi)(qi)，并經(jing)過(guo)熱(re)力(li)膨脹閥(fa)節流(liu)成(cheng)低(di)壓(ya)(ya)(ya)汽(qi)液兩相流(liu)體(ti)(ti)，進入(ru)(ru)(ru)蒸發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)吸(xi)熱(re)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)。
    為了有效地實(shi)現快速降溫，在熱力膨脹閥和(he)起控制作用的(de)電磁閥。
    壓(ya)縮(suo)機組(zu)的(de)(de)冷卻水是由冷卻水系統(tong)供給。冷卻水系統(tong)由水泵(beng)(beng)、水箱、冷卻塔(ta)組(zu)成。冷卻水經過冷凝(ning)器吸收高溫(wen)高壓(ya)的(de)(de)R-22氣體的(de)(de)熱量，然后(hou)進(jin)入(ru)冷卻塔(ta)受風冷冷卻降溫(wen)，再流(liu)到(dao)水箱里，由水泵(beng)(beng)繼續抽(chou)入(ru)冷凝(ning)器進(jin)行冷卻循環。
    電加熱器可(ke)分(fen)為兩組，均由可(ke)控硅控制(zhi)電加熱器，熱功率為24k W.
    根據(ju)不同(tong)的升(sheng)降(jiang)溫(wen)速率(lv)的試驗要求(qiu)，開(kai)(kai)啟不同(tong)數量的制(zhi)冷(leng)機(ji)組(zu)(zu)和加熱(re)(re)器。升(sheng)溫(wen)時，可(ke)開(kai)(kai)一組(zu)(zu)或(huo)兩(liang)組(zu)(zu)加熱(re)(re)器；降(jiang)溫(wen)時，也可(ke)開(kai)(kai)一套或(huo)兩(liang)套制(zhi)冷(leng)機(ji)組(zu)(zu)。在小(xiao)降(jiang)溫(wen)速率(lv)情況下，可(ke)用電加熱(re)(re)器加熱(re)(re)進行冷(leng)熱(re)(re)對抗，在保溫(wen)過程中，也可(ke)采(cai)用冷(leng)熱(re)(re)對抗的方法，來(lai)控制(zhi)溫(wen)度精度。
    3.3 控制方(fang)式(shi)

    控制(zhi)(zhi)系統(tong)是個雙工(gong)系統(tong)。它既可實(shi)現以(yi)z80為核心的(de)可編(bian)程的(de)數(shu)字(zi)調節器(qi)的(de)微(wei)機控制(zhi)(zhi)，又可實(shi)現由模(mo)擬(ni)儀表組成的(de)PID調節器(qi)的(de)模(mo)擬(ni)控制(zhi)(zhi)。在特殊情況下，還可以(yi)切換成人(ren)工(gong)控制(zhi)(zhi)。它的(de)原理圖如圖7所示。

    由于制(zhi)冷(leng)壓縮機不宜頻(pin)繁啟動，所以在降溫(wen)和低溫(wen)階(jie)段，制(zhi)冷(leng)機常開（根(gen)據需要開一套或兩(liang)套制(zhi)冷(leng)機組），靠控制(zhi)加熱量來保(bao)證溫(wen)度精度。
     這個系(xi)統具有(you)溫度檢測，控制操作，超限(xian)報警(jing)，屏幕顯示和事故處理等功能。
    作為感溫元件用的鉑電阻放置在試驗箱內，測溫電橋將溫度循環試驗箱內溫度變化轉化成電位是輸出。電位是經放大器放大，通過微機系統或模擬PID調節器，或手動調節器控制執行機構動作，使試驗箱內溫度保持在所需的控制溫度值。
    升(sheng)溫(wen)(wen)時(shi)，通過(guo)(guo)控制(zhi)(zhi)系統中可(ke)控硅導通角的(de)調節作用來(lai)提供(gong)合適的(de)加熱(re)功率，以保(bao)證試(shi)驗所需的(de)升(sheng)溫(wen)(wen)速率。降溫(wen)(wen)時(shi)，先控制(zhi)(zhi)啟動高(gao)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)R-22的(de)機(ji)(ji)組。三分(fen)鐘后自(zi)動延時(shi)啟動低(di)溫(wen)(wen)部(bu)分(fen)R-13的(de)機(ji)(ji)組。可(ke)以通過(guo)(guo)電熱(re)自(zi)動補償來(lai)減小降溫(wen)(wen)速率。保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)，同時(shi)控制(zhi)(zhi)啟動壓縮機(ji)(ji)和導通加熱(re)器，進行冷熱(re)對抗來(lai)保(bao)證控溫(wen)(wen)精度。