在產品可靠性測試中，環境試驗是關鍵一環其中，高低溫沖擊試驗通過檢測樣品在溫度反復驟變條件下的適應性，對樣品在特定環境下的性能行為做出分析。并對由熱脹冷縮而引起的物理或化學傷害做出評估。該試驗廣泛應用于國防 航天電子電工產品汽車塑料橡膠儀器儀表等行業的產品檢測隨著科學技術的發展。目前，高低溫沖擊試驗箱（亦稱冷熱沖擊試驗箱）是進行產品高低溫沖擊試驗的主要設備在對高低溫沖擊試驗箱的檢測工作中，通常只檢測高溫區試驗箱和低溫區試驗箱的點溫度溫度均勻性和溫度波動性等項目。卻較少關注對其溫度驟變能力（一般可以用溫度變換時間表示）的檢測。
    目前，在我國歐盟以及美國的各類現行標準（包括ISO、IEC等相關標準）中，都對高低溫沖擊試驗箱的溫度驟變能力提出了相應要求；忽略該參數的檢測可能造成產品質量問題、企業評審不合格等不良后果。
    基于該參數的重要意義，本文首先介紹高低溫沖擊試驗并分析溫度轉換時間在各標準中的要求。進而提出一種有效可靠的溫度變換時間檢測方法，以減少傳統人工計時方法的誤差。本文后對該方法進行了實驗驗證

    1、高低溫沖擊試驗

    高(gao)低(di)溫(wen)(wen)(wen)沖擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)（Thermal Shock Test） 是通(tong)過(guo)將樣品反復暴(bao)露于(yu)連(lian)續快(kuai)速變(bian)化的(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)和(he)低(di)溫(wen)(wen)(wen)環(huan)境中，從而測試(shi)(shi)樣品在(zai)環(huan)境溫(wen)(wen)(wen)度突變(bian)條(tiao)件下(xia)(xia)的(de)耐受(shou)程度和(he)適應性試(shi)(shi)驗(yan)設備一(yi)般可(ke)以(yi)選擇采用兩(liang)個(ge)(ge)獨(du)立的(de)試(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)，或一(yi)個(ge)(ge)溫(wen)(wen)(wen)度能夠快(kuai)速變(bian)化的(de)試(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)或一(yi)個(ge)(ge)帶有兩(liang)個(ge)(ge)腔室的(de)試(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)。試(shi)(shi)驗(yan)區(qu)域的(de)溫(wen)(wen)(wen)度驟變(bian)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)利用機械方法(fa)將測試(shi)(shi)架(jia)快(kuai)速地在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)和(he)低(di)溫(wen)(wen)(wen)區(qu)域移動.或在(zai)保持測試(shi)(shi)架(jia)靜止的(de)情況下(xia)(xia)通(tong)過(guo)閘門開閉(bi)實現冷熱空氣的(de)交替來實現。溫(wen)(wen)(wen)度傳導介質可(ke)以(yi)是空氣，也(ye)可(ke)以(yi)是某些(xie)特定(ding)液體。本文(wen)只針對(dui)采用空氣介質的(de)高(gao)低(di)溫(wen)(wen)(wen)沖擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)進行討(tao)論。

    圖1為高低溫沖擊試驗的溫度曲線示意圖。其中：T1為低溫段溫度；TH為高溫段溫度；t1為暴露持續時間；tr為試驗箱（室）溫度恢復時間；t為轉換時間；A為試驗循環起始點；B為試驗循環終止點。
    在箱體預熱完畢且箱內溫度穩定的狀態下，樣品首先被暴露在高溫TH中，并保持規定時間t1。接下來，在規定時間內將樣品轉移并暴露在低溫TL中，并同樣保持規定時間t1。。 后，在規定時間內將樣品轉移到高溫TH中，形成一個試驗循環。

    2、溫度變換時間概述

    通常(chang)情況下.轉換時(shi)間(jian)(jian){即(ji)圖(tu)1所示(shi)t2、試(shi)驗箱(xiang)（室）溫度(du)(du)恢復時(shi)間(jian)(jian)即(ji)圖(tu)1所示(shi)和溫度(du)(du)變換時(shi)間(jian)(jian)是評(ping)估高低(di)溫沖擊試(shi)驗箱(xiang)溫度(du)(du)驟變能(neng)力(li)的(de)重要依(yi)據。

    在國內外針對不同產品的高低溫沖擊試驗標準（諸如GB/T 2423 22-2012《環境試驗第2部分試驗方法試驗N：溫度變化》、GB/T 19949.2-2005《道路車輛安全氣囊部件第2部分安全氣囊模塊試驗》和ANSI/ EIA- 364-32F:2011《Thermal ShockTest Procedure For Electrical Connectors And Sock-ets》中，都對這些參數進行了定義。表1例舉了上述3個標準中的相關要求。
    轉換時間應包括試驗樣品從一個試驗箱取出的時間放入第2個試驗箱的時間以及在實驗場所環境溫度下停留的時間。
    溫度恢復時間指試驗箱（室）在規定的溫度下達到穩定狀態后，箱體內溫度從置入負載到恢復至原穩定狀態所需要的時間。
    溫度變換時間指箱體中溫度從高（低溫穩定狀態變換至低（高）溫穩定狀態的時間總和，它包括轉換時間和試驗箱（室）的溫度恢復時間，其模型為：
    t△T=t2+tr
    式中：t△T——溫度變換時間；
     T2——轉換時間；
    Tr——溫度恢復時間。可由設備資料獲得，也可根據相關標準計算
    由此可見，轉換時間或溫度恢復時間過長，會直接導致溫度變換時間過長，從而使樣品所處環境的溫度變化率過小，無法實現滿足試驗要求的溫度驟變條件。
    綜上分析、為評估高低溫沖擊試驗箱的溫度驟變能力。有必要對轉換時間和溫度恢復時間進行檢測然而由于環境設備在運行過程中是一個封閉系統。并且內部測試架的移動以及冷熱空氣交換都較為迅速，所以很難在運行過程中分別對這兩個參數進行檢測
    為了解決這個問題，本文提出通過檢測溫度變換時間來評估高低溫沖擊試驗箱的溫度驟變能力，進而判斷設備是否能滿足試驗標準要求

    3、溫度變換時間的檢測

    3.1 檢測方法
    參考JJF 1101---2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》，標準器采用數據采集器，配合T型熱電偶，對高低溫沖擊試驗箱的溫度變換時間進行檢測，該檢測過程可以與高低溫沖擊試驗箱常規的溫度檢測或校準同步進行。
    數據采集器通過通信接口，將測試數據存儲在計算機內。溫度傳感器應安裝在測試區域的框架上，熱電偶通過箱體的電纜孔引出 對于試驗區域可移動的環境設備，應注意預留合適長度的引線在試驗區域內根據相關標準或者客戶提出的試驗要求，應放入合適的負載。
    當高低溫沖擊試驗箱按試驗要求開始循環工作后，數據采集器會將試驗區域的溫度值記錄在計算機中由于高低溫轉換時，試驗區域的溫度變化速率較快，且轉換時間一般≤5min，所以，為了得到一條完整準確的溫度曲線、考慮到傳感器的響應時間，數據采集器的小采樣間隔時間建議設置為5~20s。數據采集器的采樣間隔時間可以溯源到高一級時間基（ 標）準。
    對于一個完整的溫度循環.在溫度波動度小于預設溫度的允許誤差后，對于降溫過程以實測溫度值低于TH-△TH下（式中TH為高溫段溫度，TH-△TH下為其下偏差的時刻為起始點，以實測溫度值低于TL-△TH上（式中TL為低溫段溫度，△TH上為其上偏差）的時刻為終止點；對于升溫過程以實測溫度值大于TL-△TH上（式中式中TL為低溫段溫度，△TH上為其上偏差）的時刻為起始點，以實測溫度值大于TH-△TH下（式中TH為高溫段溫度，TH-△TH下為其下偏差的時刻為終止點。根據這段時間計算機中記錄的數據點個數和數據采集器的采樣間隔時間，來計算溫度變換時間t△T即：
    t△T=m·tsample 
    式中：t△T——溫度變換時間；
    M——采樣數據點的個數，
    t sample——數據采集器的采樣間隔時間

    檢測(ce)過程(cheng)的(de)試驗循環(huan)數(shu)應(ying)根據(ju)相關標準確(que)定(ding)，如沒有(you)明確(que)規定(ding)。則建議至少運行5個(ge)循環(huan)對(dui)于第(di)；次循環(huan)過程(cheng).可以得到一(yi)組升溫(wen)溫(wen)度變(bian)(bian)換(huan)時(shi)間(jian)(jian)(jian)t和降溫(wen)溫(wen)度變(bian)(bian)換(huan)時(shi)間(jian)(jian)(jian)t△升i（i=1.2.3.....）和降溫(wen)溫(wen)度變(bian)(bian)換(huan)時(shi)間(jian)(jian)(jian)t△降i（i= 1.2.3...）。后，以每(mei)次溫(wen)度變(bian)(bian)換(huan)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)計算(suan)結果平均值作為該設備(bei)溫(wen)度變(bian)(bian)換(huan)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)測(ce)量結果，即：

    式中n為試驗循環次數。
    3.2 方法驗證
    以電子產品為例，參考GB/T 2423. 22-2012和ANSI/EIA-364- 32F: 2011中的試驗要求，使用RIUKAI公司RK-TS2-100型高低溫沖擊試驗箱作為被測環境設備。選擇ANSI/EIA- 364-32F: 2011中的測試條件8作為測試要求，即:
    高溫段溫度設置為105℃；溫度允許范圍為105~ 108℃；
    低溫段溫度設置為-40℃；溫度允許范圍為_45~-40℃；
    根據模擬負載的質量、暴露持續時間設置為30min；
    轉換時間要求≤3min；溫度變換時間要求≤7min。
    實驗使用數據采集器記錄箱體內溫度的實測值，其采樣間隔時間設置為5s。

    圖2為試(shi)驗(yan)(yan)過程中(zhong)單個(ge)循環的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)測(ce)試(shi)曲線，其形(xing)狀符合理論曲線證明該(gai)檢測(ce)方(fang)法是有效(xiao)可行的(de)(de)(de)(de)。根據(ju)上文規定的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)允許范圍(wei).選取(qu)每一(yi)段溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)化過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)起止時(shi)(shi)(shi)間(jian)點、根據(ju)它們之間(jian)包含(han)的(de)(de)(de)(de)采樣(yang)數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)(de)個(ge)數(shu)。乘(cheng)以(yi)采樣(yang)間(jian)隔時(shi)(shi)(shi)間(jian)計算得到溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)換(huan)(huan)時(shi)(shi)(shi)間(jian)。本(ben)次試(shi)驗(yan)(yan)一(yi) 共(gong)進(jin)行了5個(ge)循環，得到了5組升溫(wen)(wen)(wen)(wen)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)換(huan)(huan)時(shi)(shi)(shi)間(jian)和(he)降溫(wen)(wen)(wen)(wen)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)換(huan)(huan)時(shi)(shi)(shi)間(jian)。計算結果如表2所示。溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)換(huan)(huan)時(shi)(shi)(shi)間(jian)平均值(zhi)為370s.測(ce)量(liang)結果重復性(xing)為18s。

    由實驗結果分析、對于該高低溫沖擊試驗箱的溫度變換時間單次單方向溫度變換時間測量結果以及5次循環的平均值均滿足標準要求  實驗表明。本文提出利用數據采集器記錄溫度變化曲線來確定和計算溫度變換時間的方法合理可行測量結果可以精確到數據采集器的小采樣間隔時間（本例中為5s）。