高低温试验箱温度过冲的问题探讨

摘要：探讨了GB/T5170.2-2008《电工电子产品环境试验设备检验方法温度试验设备》中给出的“温度过冲量”、“温度过冲恢复时间”两个检测参数在具体使用中存在的问题，并就克服温度过冲提出了几点建议。

高低温试验箱(简称温度箱)、湿热试验箱(简称湿度箱)是气候环境试验设备中两大类重要的气候模拟试验箱。这些温度湿度气候条件模拟设备被广泛的应用在电子、机械、化工、建筑等行业中，对各种设备、材料、零部件的环境适应性研究提供可靠的人工环境。这些设备提供的人工环境的可靠程度对整个试验结果无疑起着至关重要的作用。其中需要控制的因素有很多，本文仅就与高低温试验箱温度过冲问题的国家标准要求、产品设计制造、老设备解决方法等谈谈看法。

高低温试验箱示意图

1、国家标准对高低温试验箱温度过冲的要求和疑义产品检验实践告诉我们，高低温试验箱在开机和每次的加温、保温过程中产生的温度过冲对被试验产品是非常有害的。尤其是那些温度敏感的产品和胶合材料，瞬时过冲的温度都会导致产品的损坏和胶合材料的失效。但这个问题在以往的国标“温度箱技术条件”和国标“温度试验设备检验方法”中都未作规定，使得部分温度箱的用户承担了标准规定缺失带来的风险。

标准现状也导致温度箱制造商不愿在这方面花费太多成本，也是国内温度箱制造水平上不去的诸多因素之一。可喜的是在新修订的GB/T170.2-2008《电工电子产品环境试验设备检验方法温度试验设备》、GBT5170.5-2008《电工电子产品环境试验设备检验方法湿度试验设备》中对温度过冲、甚至湿度过冲都做出了要求。但笔者对标准中温度过冲的要求有一些疑义。

标准中给出了“温度过冲量”、“温度过冲恢复时间的要求和计算方法，但按照标准中9.1“数据处理结果”中给出的条款不能找到数据结果判定依据，令执行该标准的人感到困惑。关于检测项目，在GBT10589-2008《低温试验箱技术条件》、GB/T118-2008《高温试验箱技术条件》、GB/T10592-2008《高、低温试验箱技术条件》三个技术条件中也没有规定。检测项目与试验箱设计制造的技术条件脱节，使“温度过冲量”、“温度过冲恢复时间”处在悬空状态。

笔者很希望通过这个问题的提出能从相关标准起草单位或同行专家处获得信息支持，因为同期颁布的《电工电子产品环境试验设备检验方法湿度试验设备》中，对“湿度过冲量”、“湿度过冲恢复时间”两参数的判定也存在同样问题。这样对正确理解和执行标准是不利的。

2、使用高低温试验箱时克服温度过冲的几个建议笔者通过对上述问题的思考和大量温度箱的检测经验，建议标准中可以将“温度过冲量”明确规定为：与相应的±2℃的温度偏差要求相一致或要求试验箱的过冲量与试验点的温度值成一定比例，如0℃～100℃温度过冲量不超过±2℃，100℃以上过冲量不超过试验点的2%，-80℃～0℃温度过冲量不超过3℃。这个要求按目前控制仪表的调节控制精度来说是比较容易实现的。况且对于那些配有压缩机、冷却水等冷热对抗功能的设备，做到这一点就更不是问题了。同时对于产生了“温度过冲量”的温度箱，可以在标准中就“温度过冲恢复时间”给出几个时间建议，如：3、5、8、10、15min等供用户选择。对目前企业中还在“服役”的控温能力较差的温度试验箱，根据经验给出如下建议：

（1）箱体的加热和制冷方式可以分为单加热、单制冷和冷热对抗三种形式，对于冷热对抗的箱体不管是加热过程还是制冷过程都能得到很好的控制，在仪表控制精度足够的前提条件下，产生的温度过冲量比较小，但单加热和单制冷的过程其过冲影响较大。单制冷的箱体由于制冷机组不能实现大幅度的调节，只能依靠机组的开关机来实现控制，所以对于温度过冲的问题只能依靠仪表的控制精度和开关机的频率来控制。对于单加热的箱体来说一般都配备两至三组加热器，这是生产厂家为了合理的分配加热功率所提供的，很多使用者在启动试验箱的过程中习惯直接将所有加热器全部打开，这样就使得温度总是在设定指标的上限左右，如果箱体控制系统的精度较低，在加热器加温、保温周期运行时还会出现间断性的过冲问题，使箱体温度无法很好地稳定在设定值上。

这两种情况基本是使用者本身对设备不了解造成的温度过冲，解决的方法是仔细阅读产品说明书，说明书中一般都会给出其所做试验温度所需打开的加热器组数，如果加热时间过长，可先打开所有加热器，在距离目标试验点10℃左右的时候关掉多开的加热器，这样就可以基本保障箱体处于正常的状态。另外单加热设备都配备有风门，用于调节箱体内部的温度，正确使用风门也能避免温度过冲和温度波动度过大的问题，以日本ESPEC生产的PH-401为例，其最高温度为300℃，在做100℃以下的试验时风门应全部打开，做100℃～200℃试验时风门应打开一半，在做200℃以上的试验时风门应关闭，这样既能保证温度过冲量很小，也可以保证温度波动度在较小范围。

（2）造成温度过冲的原因还有仪表的精度问题。过去很多试验设备生产厂家所用的仪表精度一般偏低，而且反应速度相对较慢，有时箱体内部的温度已经很高了，但是仪表还没有反应，加之很多的单纯高温设备是不配备压缩机和冷却水等降温设备的，所以在温度过冲之后只有靠自然冷却，这就更容易造成温度过冲。如有些国产试验箱用的是精度在0.5℃～1℃的控制表，以0.5℃的控制表为例，表本身的精度是±0.5℃，加上传感器反应速度给温度带来的影响，实际试验箱控制精度就已经接近±1℃了，况且还有加热断电后加热管的余热带给温度的影响。一般温度箱的仪表精度应该控制在0.2℃以下为好。现在新生产的试验箱大部分都是采用PID(比例、微分、积分)控制，温度过冲的问题已经得到了比较好的控制，但是PID控制的设定还是比较重要的，这个问题一般由设备制造厂商完成，在新设备到达现场后的首次检定过程中，最好有检测人员和设备制造人员同时在场，来协商调整其PID控制的设定。

（3）造成温度过冲的还有传感器的布放位置以及搅拌风的方向。通过试验证明将传感器布放在出风口的位置是较好的一种方法。这是由于控制的原理决定的因为传感器在出风口的位置，在升降温过程中出风口温度相对于箱体内其他位置的温度要超前一些，传感器的感应温度没有达到设定值时，箱体的加热器(或制冷机组)将满功率工作，达到温度后加热器(或制冷机组)停止满功率工作而变为断续工作，在搅拌风的作用下逐步将试验箱内的各点温度拉平。在这时如果传感器的反应速度慢，则会造成加热器(或制冷机组)在到达温度后继续工作一段时间，这就造成了温度过冲的另一种情形，且这样的过冲一般比较严重。

这种过冲在检测的过程中是最常遇到的一种情况，现在还没有什么好的方法来解决它，因为仪表以及传感器在出厂前已调整好，使用单位是没有办法在使用过程中进行调整的，故而这样的问题建议请生产厂的技术人员进行维修校正。