一、前言

    近幾年，國內模擬環境可靠性測試廣受重視，并得到了廣泛的應用。模擬環境可靠性測試不僅可以進行更真實的電子產品的實際環境的模擬試驗；而且還可以進行環境應力篩選試驗，盡早激發出因元器件和工藝缺陷造成的故障，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。

    環境應力篩選的根本目的在于使產品交付外場前，消除其潛在的缺陷隱患。在產品研制、鑒定和生產的不同階段采用環境應力篩選，可以獲益匪淺。在研制階段采用應力篩選，能夠查出缺陷 - 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。
    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、瑞凱溫度循環試驗箱技術指標

    作室容積：1 m3
    工作室內部尺（長*寬*高）：1000*1000*1000mm
    溫度范圍：-60℃ ～ 150℃
    變溫速率：降溫 5℃/min，升溫 10℃/min
    工作室風速：（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 
    壓縮機功率4*7.5 KW
    加熱器功率：2*12 KW
    照明燈功率：40 W
     油溫加熱器功率：120 W
    風機功率：750 W
    冷凝器冷卻方式：水冷式
    制冷工質：高溫部分R-22，低溫部分R-13

    設備耗水量：4.8噸/小時

    三、結構設計和工作原理

    1、瑞凱溫度循環試驗箱結構

    箱體璧面保溫結構見圖1。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，溫箱準備有兩塊底板，一塊是無孔的，用以僅有溫度循環的試驗；另一塊是中間開孔的可以與振動臺相連接，以滿足其有振動項目的綜合環境可靠性試驗需要。底板結構為圖2所示。底板的絕熱材料用的是硬質聚氨酯泡沫。

    箱體門的絕熱材料用的也是硬質聚氨酯泡沫，門上裝有加個用鋼化玻璃組成的觀察窗，門的結構如圖3所示。箱壁留有引線孔100mm一個，并裝有20個接線柱。

     2、制冷和加熱系統
    溫度可調范圍為-60℃ ～ 150℃。
    若要將箱內空氣溫度降至-60℃，可以采用兩種制冷循環方式，一種是雙級壓縮制冷循環，另一種是復疊式制冷循環。那么如何決擇呢？從理論循環分析，復疊式由于冷凝蒸發器存在傳熱溫差，使經濟性有所降低。同時，復疊式系統比較復雜，溫度調節范圍也比較小。但是，復疊式制冷系統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，因而實際循環的制冷系數比雙級壓縮制冷循環還要高。因此，一般說來以采用復疊式為宜。本溫度循環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三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℃/分降溫速率的低溫試驗或溫度循環試驗。可以據不同的降溫速率要求，來決定相應液氮噴咀的個數。
加熱設備用的是電加熱器，加熱功率可以從0至100%無級連續可調。
    3、瑞凱溫度循環試驗箱工作原理

    溫度循環試驗箱的系統構成簡圖見圖4。

    3.1 空氣循環系統

    空氣循環系統配有兩個蒸發器，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。空氣循環系統圖見圖5.

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

    制冷系統示意圖見圖6。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冷系統。其中高溫部分系統中制冷劑的蒸發用來使低溫部分系統中的制冷劑冷凝，用一個冷凝蒸發器將兩部分聯系起來，它既是低溫部分的冷凝器，也是高溫部分的蒸發器。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，再經過熱力膨脹閥節流降壓為低壓低溫的R-22液體，后經過冷凝蒸發器進行汽化。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，從試驗箱中的蒸發器來的低溫部分中的制冷劑R-13也通過壓縮機壓縮變成高壓氣體，再經過油分離器，進入冷凝蒸發器被R-22冷凝成高壓液體，接著經過干燥過濾器，并經過熱力膨脹閥節流成低壓汽液兩相流體，進入蒸發器吸熱制冷。
    為了有效地實現快速降溫，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供給。冷卻水系統由水泵、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，由水泵繼續抽入冷凝器進行冷卻循環。
    電加熱器可分為兩組，均由可控硅控制電加熱器，熱功率為24k W.
    根據不同的升降溫速率的試驗要求，開啟不同數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。
    3.3 控制方式

    控制系統是個雙工系統。它既可實現以z80為核心的可編程的數字調節器的微機控制，又可實現由模擬儀表組成的PID調節器的模擬控制。在特殊情況下，還可以切換成人工控制。它的原理圖如圖7所示。

    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。
    升溫時，通過控制系統中可控硅導通角的調節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。