某溫濕高度試驗(yàn)箱低溫-高度試驗(yàn)溫度漂移原因分析與對(duì)策

楊喜存，單軍勇

（西安電子工程研究所，西安 710100）

某國(guó)產(chǎn)3 m3溫濕高度試驗(yàn)箱是一種中小型環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，使用該設(shè)備可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行溫度、濕熱、低氣壓（高度）或溫度-低氣壓（高度）、溫度-濕度交變環(huán)境試驗(yàn)，以檢驗(yàn)產(chǎn)品對(duì)溫度、濕度或低氣壓（高度）環(huán)境條件的單獨(dú)或綜合作用的適應(yīng)性[1]。通常這類設(shè)備具有溫度、低氣壓（高度）速率要求，在按試驗(yàn)條件要求的速率將箱體溫度（或高度）變化到條件溫度（或高度）值時(shí)，保持之；同時(shí)，開始按試驗(yàn)條件要求的速率，將箱體高度（或溫度）變化到條件高度（或溫度）值。在持續(xù)時(shí)間內(nèi)，溫度和高度值的允許誤差不得超出標(biāo)準(zhǔn)[2]要求。但是，在某國(guó)產(chǎn)溫濕高度試驗(yàn)箱使用中，當(dāng)溫度降至設(shè)定溫度并保持一段時(shí)間后，再將氣壓（高度）調(diào)整到設(shè)定氣壓（高度）的過程中，由于試驗(yàn)箱內(nèi)部空氣越來越稀薄，攪拌機(jī)風(fēng)機(jī)所起的作用越來越小，箱內(nèi)冷傳播方法不全是靠風(fēng)機(jī)引起的對(duì)流而是靠制冷器的幅射[3]。對(duì)于試驗(yàn)箱容積較大、氣壓較低（高度在15，000 m以上）的情況，靠箱內(nèi)制冷器的幅射很難保證溫度在低氣壓環(huán)境中達(dá)到設(shè)定值并保持穩(wěn)定。因此，對(duì)某國(guó)產(chǎn)溫濕高度試驗(yàn)箱在低溫-低氣壓試驗(yàn)時(shí)的溫度漂移現(xiàn)象進(jìn)行研究分析，找出低溫-低氣壓試驗(yàn)時(shí)溫度漂移的原因，給出設(shè)備控制參數(shù)設(shè)置的參考數(shù)據(jù)，利用箱體微電腦觸摸屏重新對(duì)試驗(yàn)設(shè)備編程控制，對(duì)于保證試驗(yàn)的真實(shí)有效性十分重要。

1 某國(guó)產(chǎn)溫濕高度試驗(yàn)箱簡(jiǎn)介

某國(guó)產(chǎn)3 m3溫濕高度試驗(yàn)箱，制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器為主副蒸發(fā)器，加熱系統(tǒng)為兩組管狀加熱器，緊貼于內(nèi)室外壁，可在低溫低氣壓、高溫低氣壓狀態(tài)下加大冷熱幅射，提高試驗(yàn)箱在低氣壓狀態(tài)下的溫度傳導(dǎo)及幅射。該試驗(yàn)箱適用于考核和確定軍工電子及其他產(chǎn)品的零部件或材料，在恒定濕熱、低溫、高溫、低氣壓環(huán)境中儲(chǔ)存和使用的適應(yīng)性，但對(duì)溫度-高度綜合環(huán)境試驗(yàn)就很難滿足要求了。該試驗(yàn)箱為微電腦觸摸屏控制式高低濕熱低氣壓試驗(yàn)箱，可接PC機(jī)控制，實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)和顯示試驗(yàn)曲線。溫度范圍：-70～160 ℃；氣壓范圍:常壓～0.3 kPa（海拔＞35，776 m）；平均升降溫速率：≥3℃/min，溫度偏差和溫度均勻度：≤2℃；氣壓偏差和氣壓均勻度，手冊(cè)上未作說明，但試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氣壓允許誤差為±5%。

2 某機(jī)載B類端機(jī)溫度漂移現(xiàn)象和原因分析

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件為：-55℃，高度15，250 m（約11.6 kPa）。如圖1所示。

圖1 低溫-高度試驗(yàn)控制圖Fig.1 Low temperature-altitude test

2.2 試驗(yàn)過程中的溫度漂移現(xiàn)象

2012年初夏，某機(jī)載B類端機(jī)按圖1所示的條件，在該試驗(yàn)箱做低溫-高度試驗(yàn)。由于該試驗(yàn)為一次性試驗(yàn)，不進(jìn)行循環(huán)，試驗(yàn)人員采用微電腦觸摸屏手動(dòng)控制模式進(jìn)行試驗(yàn)。在對(duì)某機(jī)載B類端機(jī)做了預(yù)處理，并進(jìn)行了初始檢測(cè)后，將它放在試驗(yàn)箱中安裝好，將測(cè)試線穿過測(cè)試孔蓋板中央穿線孔并與試件連接好，最后將測(cè)試孔蓋板擰緊，用真空泥將縫隙及漏洞封好。試驗(yàn)開始后，先按試驗(yàn)條件要求的降溫速率，將箱體溫度降至-55℃并保持2 h后，按條件要求的速率開始抽氣。在將氣壓抽至11.6 kPa并保持4 h的過程中，壓力控制得非常好，但溫度漂移非常明顯，溫度誤差均大于5℃，甚至超過10℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度漂移的低溫-高度試驗(yàn)曲線Fig.2 Temperature excursion during the low temperature-altitude test

2.3 試驗(yàn)過程中溫度漂移原因分析

低溫條件下，某國(guó)產(chǎn)溫濕高度試驗(yàn)箱氣壓抽至低氣壓狀況下（如11.6 kPa），試驗(yàn)箱內(nèi)空氣很稀薄，箱內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)引起的對(duì)流只能起到有限的作用，而且透過試驗(yàn)箱視窗發(fā)現(xiàn)，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇早已停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

由于此時(shí)蒸發(fā)器的冷量主要靠溫度傳導(dǎo)與幅射散發(fā)出去，受某國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)箱制冷系統(tǒng)中主副蒸發(fā)器數(shù)量的限制，不能很好地將蒸發(fā)器的冷量傳導(dǎo)幅射出來。而室外環(huán)境溫度氣體卻通過外箱體進(jìn)入保溫層和內(nèi)室，造成低溫低氣壓環(huán)境時(shí)溫度不斷向上漂移的后果。

3 抑制溫度漂移的對(duì)策

從圖2可知，抽氣開始后，當(dāng)氣壓降至一定值時(shí)，溫度就開始往上快速漂移。隨后，較平穩(wěn)地幾乎線性往上漂移，整個(gè)保壓階段一直是這樣漂移的，超過試驗(yàn)容差范圍。

那么能否采取一些措施（如重置設(shè)備控制參數(shù)、進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)龋?，在低氣壓條件下，將低溫保持在試驗(yàn)要求的誤差范圍內(nèi)呢？如果按試驗(yàn)條件在降壓階段將溫度設(shè)定得更低，如-58℃（但不超過±3℃的容差范圍），待溫度降到-58℃保持2 h后，采取微電腦觸摸屏編程控制方法，在開始抽氣降壓的同時(shí)，利用擬合圖1溫度記錄曲線溫度漂移的速度，反向降溫，在抵消向上漂移溫度的同時(shí)，保證溫度穩(wěn)定在（-55±3）℃。

按此想法，進(jìn)行了一次模擬試驗(yàn)。

3.1 設(shè)備控制參數(shù)重置

某國(guó)產(chǎn)溫濕高度試驗(yàn)箱鼓風(fēng)機(jī)壓力出廠設(shè)定值見表1。

表1 鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)壓力設(shè)定值Table 1 Value of pressure setting when fan stopped

由于試驗(yàn)條件壓力值為11.6 kPa，＜15 kPa，因此試驗(yàn)過程中當(dāng)箱體壓力值低于15 kPa時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)停止工作，試驗(yàn)箱內(nèi)風(fēng)道中的空氣完全停止了流動(dòng)，在一定程度上導(dǎo)致試驗(yàn)箱中空氣和試品溫度漂移。

調(diào)低鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限值，調(diào)整的依據(jù)是：與低溫-低氣壓試驗(yàn)條件中的壓力值相比較，要求低于這個(gè)值即可。如：某機(jī)載B類端機(jī)試驗(yàn)條件中的壓力值為11.6 kPa，小于設(shè)備出廠鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限設(shè)定值15 kPa，就將這個(gè)值設(shè)定為低于11.6 kPa即可。如果試驗(yàn)條件為溫度-高度交變?cè)囼?yàn)，那么取試驗(yàn)條件中所有壓力值中的最小值，鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限值小于這個(gè)最小值即可。以后為了方便，可將鼓風(fēng)機(jī)壓力閥限值設(shè)定得更低，以滿足大多數(shù)試驗(yàn)條件要求，見表2。這樣能在一定程度上，使箱內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)引起的對(duì)流起到有限的作用。

表2 鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)壓力設(shè)定值Table 2 Value of pressure setting when fan stopped

3.2 微電腦觸摸屏編程試驗(yàn)

3.2.1 摸底試驗(yàn)條件

摸底試驗(yàn)（條件如圖3所示）前，分析擬合圖2中溫度漂移的速率，見表3。

圖3 低溫-高度試驗(yàn)控制圖Fig.3 Low temperature-altitude test

表3 溫度漂移速度表Table 3 Temperature excursion rate

3.2.2 摸底試驗(yàn)編程

摸底試驗(yàn)編程見表4。

表4 微電腦觸摸屏編程Table 4 Microcomputer control programme

3.2.3 摸底試驗(yàn)結(jié)果

摸底試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。從圖4可見，在保溫保壓階段，溫度波動(dòng)小于±3℃，說明編程思路和方法是正確的。

圖4 溫度沒有漂移的低溫-高度試驗(yàn)曲線Fig.4 Low temperature-altitude test without temperature excursion

4 結(jié)語(yǔ)

某溫濕高度試驗(yàn)箱試驗(yàn)過程中，壓力和溫度的控制是否滿足試驗(yàn)條件大綱的要求，這對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械和電氣性能能否符合要求至關(guān)重要。通過對(duì)某機(jī)載B類端機(jī)在某國(guó)產(chǎn)溫濕高度試驗(yàn)箱進(jìn)行低溫－高度試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)溫度向上漂移的原因進(jìn)行分析，找出了解決問題的對(duì)策。通過設(shè)備控制參數(shù)重置，特別是通過一種擬合編程摸底試驗(yàn)，成功地解決了低溫-高度試驗(yàn)時(shí)的溫度漂移問題。試驗(yàn)結(jié)果滿足試驗(yàn)技術(shù)條件要求，并且節(jié)約了人力物力，為產(chǎn)品的交付使用贏得了時(shí)間。在此后的類似試驗(yàn)中，采取這一擬合編程方法試驗(yàn)，均達(dá)到了試驗(yàn)要求。

參考文獻(xiàn)：

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