溫度循環(huán)試驗箱的工作原理
作者：
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瑞凱儀器
來源：
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發(fā)布日期： 2021.05.08
近年來，綜合環(huán)境可靠性試驗(CERT)在國內外均已受到高度的重視，并得到了廣泛的應用。CERT是在單項環(huán)境試驗的基礎上發(fā)展起來的，它不僅可以進行更真實的電子產品的實際環(huán)境的模擬試驗；而且還可以進行高效環(huán)境應力篩選試驗，盡早激發(fā)出因元器件和工藝映陷造成的故障，以保證電子產品在使用中的可靠性，實踐證明，后者比前者的意義更大。
高效環(huán)境應力篩選
的根本目的在于使產品交付外所前，消除共潛在的缺陷隱患。在產品研制、鑒定和生產的不同階段采用高效環(huán)境應力篩選，可以獲益匪淺。在研制階段采用應力篩選，能夠查出缺陷一故障原因，找出設計上的問題，采取有效的糾正措施，這樣不僅能大大節(jié)省以后的試驗時間和費用，還能提高產品的固有可靠性；在可靠性鑒定試驗前采取應力篩選，可消除制造工藝和元件方面的缺陷，使鑒定試驗的結果有效、正確；在產品生產前增加篩選這一工序，由于消除了產品中的潛在缺陷，大大提高了產品的使用可靠性，并可減少外場維修費用。自八十年代初以來，各先進工業(yè)國家竟相研制生產綜合環(huán)境可靠性試驗設備,以滿足推廣CERT試驗的需要。
瑞凱儀器研制成功了能應用于綜合環(huán)境可靠性試驗的溫度循環(huán)試驗箱
。這種溫度循環(huán)試驗箱適用于航天航空、電子工業(yè)及科研單位等部門，對電子產品，在高溫或低溫環(huán)境下;能同時與振動臺配合，進行綜合環(huán)境可靠性試驗，并且還可以以大變溫速率對電子元器件、零部件進行高效環(huán)境應力篩選試驗。
結構設計和工作原理
1、箱體結構.
溫度循環(huán)試驗箱箱體內壁的不銹鋼板為1.5毫米，外壁是1毫米厚的A3鋼板，固定在角鋼上。內外壁之間為絕熱層，以阻斷冷熱傳遞。絕熱材料為超細玻璃棉，厚度150毫米。
箱體的底板是活動式的，溫箱誰備有兩塊底板。一塊是無孔的，用以僅有溫度循環(huán)的試驗:另塊是中間開孔的，可以與振動臺相連接，以滿足具有振動項目的綜合環(huán)境可靠性試驗需要。底板的絕熱材料用的是硬質聚氨酯泡沫。
箱體門的絕熱材科用的也是硬質聚氨酯泡沫，門上裝有一個用鋼化玻璃組成的觀察窗，箱璧留有引線孔?50mm一個，并裝有20個接線柱。
2、制冷和加熱系統(tǒng)
溫度可調范圍為-60℃~+90℃。
若要將箱內空氣溫度降至-60℃，可以采兩用種制冷循環(huán)方式，一種是雙級壓縮制冷循環(huán)，另一種是復疊式制冷循環(huán)。那么如何決擇呢?從理論循環(huán)分析，復疊式由于冷凝蒸發(fā)器存在傳熱溫差，使經許性有所降低。同時，復疊式系統(tǒng)比較復雜，溫度調節(jié)范圍也比較小。但是，復疊式制冷系統(tǒng)每臺壓縮機工作壓力范圍較適中，使低溫部分壓縮機的輸氣量減少，輸氣系數(shù)及指示效率都有所提高，特別是摩擦功率大大減小，因而實際循環(huán)的制冷系數(shù)比雙級壓縮制冷循環(huán)還要高。因此，一般說來以采用復疊式為宜。
本溫度循環(huán)試驗箱采用了復疊式制冷設備。制冷設備是兩套復疊式制冷機組。
在溫箱風道內安裝了主個液氮噴咀并配置了相應的電磁閥。這樣，只要再配置一個小液氮罐，即可用液氮制冷的方法,進行大于5℃/分降溫速事的低溫試驗或溫度循環(huán)試驗。可以根據不同的降溫速率要求，來決定相應液氮噴咀的個數(shù)。
加熱設備用的是電加熱器，加熱功率可以從0至100%無級連續(xù)可調。
3、工作原理
(1)空氣循環(huán)系統(tǒng)
空氣循環(huán)系統(tǒng)配有兩個蒸發(fā)器，兩臺風機和兩組電加熱器。試驗箱內的空氣經過頂部兩側的回風口,然后流向加熱器和蒸發(fā)器，后經頂部中間的兩個送風口又被風機送入試驗箱內。如此不斷循環(huán)。
空氣循環(huán)系統(tǒng)以空氣為介質，蒸發(fā)器為冷源，加熱器為熱源，實現(xiàn)升溫、降溫和恒溫控制。
（2）制冷及加熱工作原理
復疊式制冷機組成，分別為高溫部分及低溫部分。高溫部分使用中溫制冷劑，低溫部分使用低溫制冷劑。這兩個部分各自成分一個使用單一制冷劑的制玲系統(tǒng)。其中高溫部分系統(tǒng)中制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分系統(tǒng)中的制冷劑冷凝，用一個冷凝蒸發(fā)器將兩部分聯(lián)系起來，它既是低溫部分的冷凝器，也是高溫部分的蒸發(fā)器。這樣低溫部分制冷劑吸取的熱量（即冷量）就可傳給高溫部分的制冷劑，而高溫部分的制冷劑再將熱量傳給環(huán)境介質（空氣或水）。
高溫部分中的制冷劑R-22在壓縮機內由于飽和蒸汽壓縮成高壓氣體通過油分離器，將油氣分離，冷凍機油回到壓縮機內，高壓氣體進入冷凝器被冷卻水冷凝成高壓液體；然后經過干燥過濾器，所經過熱力膨脹閥節(jié)流降壓為低壓低溫的R-22液體,后經過冷凝蒸發(fā)器進行汽化，吸收熱量，冷凝R -13高溫高壓氣體，從而變成了低溫低壓汽體。同樣，從試驗箱中蒸發(fā)器來的低溫部分制冷劑R13也通過壓縮機壓縮變成高壓氣體，再經過油分離器，進入冷凝蒸發(fā)器被R-22冷凝成高壓液體，接著經過干燥過濾器，作經過熱力膨脹閥節(jié)流成低壓汽液兩相流體，進入蒸發(fā)器吸熱制冷。
為了有效地實現(xiàn)快速降溫，在熱力膨脹閥和起控制作用的電磁閥。
壓縮機組的冷卻水是由冷卻水系統(tǒng)供給。冷卻水系統(tǒng)由水泵、水箱、冷卻塔組成。冷卻水經過冷凝器吸收高溫高壓的R~22氣體的熱量然后，進入冷卻塔受風冷冷卻降溫，再流到水箱里，由水泵繼續(xù)抽入冷凝器進行冷卻循環(huán)。
電加熱器可分為兩組，均由可控硅控制電加熱器，加熱功事為24kW。
根據不同的升降溫述率的試驗要求,開啟不同數(shù)量的制冷機組和)加熱器。升溫時，可開一組或兩組加熱器;降溫時，也可開一套或兩套制冷機組；在小降溫速率情況下，可用電加熱器加熱進行冷熱對抗在保溫過程中，也可采用冷熱對抗的方法，來控制溫度精度。
（3）控制方式
控制系統(tǒng)是個雙工系統(tǒng)。它既可實現(xiàn)以z80為核心的可編程的數(shù)字調節(jié)器的微機控制，又可實現(xiàn)由模擬儀表組成的PID調節(jié)器的模擬控制。在特殊情況下，還可以切換成人工控制。
由于制冷壓縮機不宜頻繁啟動，所以在降溫和低溫階段，制冷機常開(根據需要開一套或兩套制冷機組)，靠控制加熱量來保證溫度精度。
這個系統(tǒng)具有溫度檢測，控制操作，超限報警，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(tǒng)或模擬 PID調節(jié)器，或手動調節(jié)器挖制執(zhí)行機構動作，使試驗箱內溫度保持在所需的控制溫度值。
升溫時，通過控制系統(tǒng)中可控硅導通角的調節(jié)作用來提供合適的加熱功率，以保證試驗所需的升溫速率。降溫時，先控制啟動高溫部分R-22的機組，三分鐘后自動延時啟動低溫部分R-13的機組，可以通過電熱自動補償來減小降溫速率。保溫時，同時控制啟動壓縮機和導通加熱器，進行冷熱對抗來保證控溫精度。
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