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(zai)一般(ban)常見的(de)冷(leng)熱(re)沖擊試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)從箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)體(ti)(ti)結(jie)構上分(fen)(fen)主要(yao)有兩(liang)(liang)種。一種是(shi)一箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)法，即箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)體(ti)(ti)的(de)中間是(shi)存(cun)放(fang)試(shi)(shi)(shi)品(pin)的(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)體(ti)(ti)的(de)兩(liang)(liang)邊分(fen)(fen)別(bie)(bie)是(shi)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)室和低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)室，并且高(gao)(gao)(gao)(gao)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)室與存(cun)放(fang)試(shi)(shi)(shi)品(pin)的(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)分(fen)(fen)別(bie)(bie)由風(feng)門(men)(men)相通，打開或(huo)者(zhe)關閉相應的(de)風(feng)門(men)(men)就可(ke)讓高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)室或(huo)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)室的(de)空氣(qi)通過送風(feng)電機(ji)快速(su)(su)強迫進人存(cun)放(fang)試(shi)(shi)(shi)品(pin)的(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，從而使存(cun)放(fang)試(shi)(shi)(shi)品(pin)的(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)實現了(le)快速(su)(su)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)變化(hua)(hua)的(de)操作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)。另一種是(shi)兩(liang)(liang)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)式上下(xia)結(jie)構，上半部分(fen)(fen)為(wei)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，下(xia)半部分(fen)(fen)為(wei)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，中間由試(shi)(shi)(shi)品(pin)吊籃(lan)連接，試(shi)(shi)(shi)品(pin)吊籃(lan)由升(sheng)降(jiang)機(ji)構在(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)內上下(xia)移動(dong)。當吊籃(lan)移至箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)體(ti)(ti)的(de)上半部分(fen)(fen)，試(shi)(shi)(shi)品(pin)就暴露(lu)在(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)，當吊籃(lan)移至箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)體(ti)(ti)的(de)下(xia)半部分(fen)(fen)，試(shi)(shi)(shi)品(pin)就暴露(lu)在(zai)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)。而極(ji)限(xian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)轉(zhuan)換時(shi)間是(shi)不能設(she)置的(de)。但(dan)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)循(xun)環試(shi)(shi)(shi)驗(yan)的(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)變化(hua)(hua)的(de)速(su)(su)率(lv)是(shi)可(ke)以(yi)根據(ju)試(shi)(shi)(shi)品(pin)的(de)具(ju)體(ti)(ti)要(yao)求和設(she)備的(de)性能進行設(she)置的(de)，延長冷(leng)熱(re)沖擊試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)極(ji)限(xian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)值的(de)轉(zhuan)換時(shi)間也(ye)就近似于減(jian)緩了(le)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)變化(hua)(hua)的(de)速(su)(su)率(lv)。為(wei)此我們根據(ju)不同(tong)(tong)質量(liang)和不同(tong)(tong)金屬材料所具(ju)有的(de)熱(re)容量(liang)及(ji)熱(re)交換的(de)定(ding)律作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)了(le)模擬(ni)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)，結(jie)果(guo)證(zheng)明可(ke)以(yi)適當延長冷(leng)熱(re)沖擊試(shi)(shi)(shi)驗(yan)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)高(gao)(gao)(gao)(gao)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)極(ji)限(xian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)值的(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)轉(zhuan)換時(shi)間。
我們知(zhi)道，物質的熱容量是(shi)材料比熱系數和(he)材料的質量乘積：即(ji)
在(zai)同樣的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)下，材質(zhi)(zhi)不(bu)同，熱(re)(re)(re)容量(liang)也(ye)不(bu)同。經查找有(you)(you)關資料，鋁材和其它(ta)金屬材料相比，比熱(re)(re)(re)系數較高(gao)，同質(zhi)(zhi)量(liang)下熱(re)(re)(re)容量(liang)較大(da)。鋁材自然就作為(wei)首選。當存(cun)放有(you)(you)鋁材的(de)吊籃上移至高(gao)溫工作區時，所吸收的(de)熱(re)(re)(re)量(liang)為(wei)
當(dang)存放(fang)有鋁材的吊籃下移(yi)至低溫工作區時(shi)就要釋放(fang)熱量Q放(fang)，由熱交換(huan)定(ding)律可知：
由(you)試(shi)驗(yan)可知，在(zai)不(bu)(bu)(bu)考慮其它熱(re)(re)量(liang)損耗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)(qing)況下(xia)，由(you)于(yu)(yu)(yu)鋁(lv)材熱(re)(re)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)釋(shi)(shi)放(fang)(fang)(fang)將低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)限溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高△t1，當低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)空間(jian)一定時(shi)，Q吸(xi)越(yue)大(da)，△t1也(ye)越(yue)大(da)。并隨著鋁(lv)材的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)不(bu)(bu)(bu)斷釋(shi)(shi)放(fang)(fang)(fang)，低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)也(ye)在(zai)逐步上(shang)升，但此時(shi)由(you)于(yu)(yu)(yu)冷(leng)熱(re)(re)沖(chong)擊(ji)試(shi)驗(yan)箱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)在(zai)繼(ji)續(xu)制冷(leng)及風(feng)扇(shan)電機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空氣強迫對(dui)(dui)流(liu)，終使冷(leng)熱(re)(re)沖(chong)擊(ji)試(shi)驗(yan)箱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)逐漸(jian)趨向(xiang)平衡(heng)而(er)達(da)到(dao)極(ji)(ji)限值(zhi)。在(zai)這個溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變化(hua)過程中(zhong)由(you)于(yu)(yu)(yu)鋁(lv)材的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)不(bu)(bu)(bu)斷釋(shi)(shi)放(fang)(fang)(fang)，使得(de)低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)限溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)降速率有(you)所減(jian)緩(huan)，而(er)不(bu)(bu)(bu)像溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)沖(chong)擊(ji)那樣，吊(diao)籃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)瞬間(jian)就下(xia)降到(dao)低(di)(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)極(ji)(ji)限值(zhi)。反之，當吊(diao)籃上(shang)升至高溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)時(shi)，也(ye)由(you)于(yu)(yu)(yu)鋁(lv)材在(zai)不(bu)(bu)(bu)斷地(di)吸(xi)收熱(re)(re)量(liang)，將高溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)限溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)降△t1，同樣也(ye)由(you)于(yu)(yu)(yu)高溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)繼(ji)續(xu)加熱(re)(re)及風(feng)扇(shan)電機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空氣強迫對(dui)(dui)流(liu)，終使冷(leng)熱(re)(re)沖(chong)擊(ji)試(shi)驗(yan)箱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高溫(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)逐漸(jian)趨向(xiang)平衡(heng)而(er)達(da)到(dao)極(ji)(ji)限值(zhi)。根(gen)據(ju)以上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)，我(wo)們(men)在(zai)不(bu)(bu)(bu)影響冷(leng)熱(re)(re)沖(chong)擊(ji)試(shi)驗(yan)箱吊(diao)籃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)承(cheng)重力情(qing)(qing)況下(xia)通過多次(ci)適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)調整鋁(lv)材的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)，并按國家有(you)關《電工(gong)(gong)電子(zi)產品(pin)環境(jing)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設備基本(ben)參數檢定方(fang)法》標(biao)準，在(zai)吊(diao)籃內有(you)關的(de)(de)(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)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)傳感器進(jin)行了(le)(le)(le)測(ce)量(liang)，溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)偏差均在(zai)規定值(zhi)內，總的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)平均速率也(ye)均在(zai)10℃/min左右。這樣在(zai)試(shi)品(pin)對(dui)(dui)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變化(hua)沒有(you)線性度(du)(du)(du)要求(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)(qing)況下(xia)，基本(ben)上(shang)滿(man)足(zu)了(le)(le)(le)試(shi)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)條件要求(qiu)，使試(shi)品(pin)成(cheng)功地(di)通過了(le)(le)(le)試(shi)驗(yan)。后(hou)來，我(wo)們(men)根(gen)據(ju)同樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法又做了(le)(le)(le)一次(ci)摸底試(shi)驗(yan)。兩次(ci)試(shi)驗(yan)不(bu)(bu)(bu)僅均滿(man)足(zu)檢測(ce)需(xu)求(qiu)，又節約了(le)(le)(le)試(shi)驗(yan)材料費用(yong)4萬余元(按每天一瓶液(ye)氮450元計，共需(xu)90瓶)。
圖1、圖2是用冷熱沖擊試(shi)驗箱延(yan)長溫(wen)度(du)轉(zhuan)換時(shi)間得到的溫(wen)度(du)升降(jiang)曲線。
從圖(tu)中可看出，高溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)作(zuo)區(qu)的(de)(de)極限溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度與低溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)工(gong)作(zuo)區(qu)的(de)(de)極限溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)轉換時間約在10~ 15 min之間，而且在溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度上(shang)升(sheng)(sheng)或下降(jiang)(jiang)區(qu)域的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度變化速(su)率較快(kuai)。運用熱(re)交換定(ding)律(lv)，用冷熱(re)沖擊試驗(yan)箱(xiang)做快(kuai)速(su)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度循環試驗(yan)，每次做試驗(yan)，都要(yao)根據(ju)試品的(de)(de)質(zhi)量(liang)和具體(ti)試驗(yan)條(tiao)件的(de)(de)要(yao)求，需(xu)反復進行測算(suan)和調整鋁(lv)材的(de)(de)質(zhi)量(liang)的(de)(de)模(mo)(mo)擬(ni)試驗(yan)。據(ju)了(le)解，現國內有(you)(you)兩種(zhong)高低溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)快(kuai)速(su)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)變試驗(yan)箱(xiang)。一(yi)種(zhong)是(shi)升(sheng)(sheng)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度速(su)率沒有(you)(you)線(xian)性(xing)度要(yao)求的(de)(de)試驗(yan)箱(xiang)，另一(yi)種(zhong)是(shi)升(sheng)(sheng)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)速(su)率有(you)(you)線(xian)性(xing)度要(yao)求的(de)(de)試驗(yan)箱(xiang)。經試驗(yan)比較，從用熱(re)交換定(ding)律(lv)和模(mo)(mo)擬(ni)試驗(yan)后的(de)(de)升(sheng)(sheng)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)曲(qu)線(xian)來(lai)看，使用效果近似于沒有(you)(you)線(xian)性(xing)度要(yao)求的(de)(de)快(kuai)速(su)升(sheng)(sheng)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)試驗(yan)箱(xiang)。
