環境試驗箱溫度場問題的探討（一）
摘要：采用溫度分布圖、溫度分布曲線與計算、綜合分析等方法，探討試驗箱工作空間溫度場問題，對試驗箱工作空間溫度場在不同條件下的不同特點進行了簡要分析。從企業大量的試驗箱測試數據看，這些特點具有一定的普遍性。
關鍵詞：試驗箱；工作空間溫度場；特點；研究方法
1． 問題的提出
在試驗箱（這里指含有溫度參數的環境試驗設備，如高溫箱、低溫箱、濕熱箱、干燥箱、培養箱及其他綜合試驗箱等）的設計、制造、調試、使用中，都涉及到工作空間的溫度場問題。
一個（組）相同的工作空間溫度場（數據），對于不同的產品標準與試驗標準，從不同的角度出發，采用了不同的名詞術語（如溫度偏差、溫度均勻度等），不同的測試計算方法來描述，它反映了工作空間溫度場不同的側面，其數據結果也不相同。
本文采用“工作空間溫度場”這一術語，而不是采用某一標準中的術語，如“溫度偏差”或“溫度均勻度”來討論，就是想從更寬的范圍來探索試驗箱工作空間溫度場的規律性。
同一臺試驗箱，工作空間在不同溫度段的溫度場狀態如何？不同結構的試驗箱，工作空間在相同溫度段的溫度場狀態如何？相同結構不同批次的試驗箱，工作空間相同溫度段的溫度場狀態如何？這對試驗箱設計、調試人員及用戶來說，肯定是一個感興趣的問題
本文對試驗箱工作空間溫度場的幾個特點及溫度場的研究方法進行初步探討。其中大部分觀點來自眾所周知的結論，少部分觀點來自企業實踐經驗的總結。但愿本文能起到拋磚引玉的作用，促進企業設計、制造出更多工作空間溫度場有關性能指標優良且穩定的試驗箱，滿足用戶越來越高的要求。
2． 描述工作空間溫度場的幾個概念
2． 1工作空間溫度場
——試驗箱工作空間所有試點的溫度的集合，它包含工作空間各試點隨時間變化的所有值。
這里，我們不但關心各試點的溫度值或者按相關標準的計算值，而且關心各試點間的溫度變化關系。
實踐中，我們不可能測量工作空間的全部（無限個）測試點，一般是按相關技術標準或技術協議的要求測量有限的點；我們也不必要測量每個測試點的無限個溫度值（記錄儀除外），一般是按相關技術標準或技術協議測量有限的溫度值。
2． 2溫度允許誤差，溫度梯度，試驗條件（溫度——筆者注）的均勻性，試驗條件（溫度——筆者注）的容差。
GJB150-86《軍用設備環境試驗方法》系列標準中分別有上述提法，但沒有對每一個術語下定義，至于如何測量與計算，也沒有明確的規定。
3． 3溫度偏差
——試驗箱在穩定狀態不，工作空間各測試點在規定時間內實測最高溫度（Tmax）和最低溫度（Tmin）與標稱溫度（Tn）的上下偏差。
上偏差： △Tmax = Tmax – Tn
下偏差： △Tmin = Tmin －Tn
（引自GB/T5170.1-1995《電工電子產品環境試驗設備基本參數檢定方法 總則》）
該術語有3個特點：（1）以標稱溫度作為溫度基準（這里指按試驗方法要求規定的溫度值或按需要預先確定的溫度值）；（2）取測量值的最高（最低）溫度與標稱溫度比較；（3）它不關心最高（最低）溫度點或其他溫度點之間的溫度變化關系。
試驗箱規定的溫度偏差一般為±2℃
3．4溫度均勻度
定義1——試驗箱在穩定狀態下，工作空間在某一瞬間各測試點溫度之間的差值。
（引自GB/T5170.1-1995《電工電子產品環境試驗設備基本參數檢定方法 總則》）
該術語的定義有3個特點：（1）沒有溫度基準；（2）取測量值的最高（最低）溫度之差，但有平均值的概念；（3）它不關心最高（最低）溫度點或其他溫度點之間的溫度變化關系。
試驗箱規定的溫度均勻度一般為2℃，沒有±號。
定義2——干燥箱在穩定狀態下，各測試點的溫度平均值與基準點（中心點——筆者）溫度平均值的最大差值。
（引自JB/T5520 –91 《干燥箱技術條件》）
該術語的定義有3個特點：（1）以工作空間中心點溫度平均值為溫度基準（標準中也稱為標稱溫度）；（2）取測量值的最高（最低）溫度平均值與標稱溫度（工作空間中心點的溫度）平均值比較，而不是極值；（3）它不關心最高（最低）溫度點或其他溫度點之間的溫度變化關系。
電熱鼓風干燥箱規定的溫度均勻度一般為最高工作溫度的±2.5%。
2． 工作空間溫度分布的研究方法
3．1研究方法簡介
本文采用了以下幾種研究方法：
a． 溫度分布圖——此方法來自環境試驗設備國家標準及GB/T5170等標準，在各生產企業得到長期廣泛的應用。
b． 溫度分布曲線與計算——此方法來自對企業實踐經驗的歸納。
c． 綜合分析——來自相關技術資料及企業實踐經驗。
3．2研究目的
a． 對工作空間溫度場進行比較形象的描述，關注各溫度點之間的溫度變化關系。
b． 企圖對工作空間溫度場進行量的計算與分析。
c． 對不同標準描述工作空間溫度場的概念進行量的比較。
d． 尋找改進試驗箱工作空間溫度場技術指標的方法。
3．3溫度分布圖
在GB10592-89《高低溫試驗箱技術件》、其他相關環境試驗設備國家標準及GB/T5170.X-1996中，都有這種溫度分布圖。
我們把各試點編號，并按編號填寫相應的測試值，便于進行綜合分析。這種編號是任意確定的，關鍵是編號一但確定，在整個研究分析過程中不得改變。
圖1 溫度分布圖
a． 通過該圖可以形象地看出工作空間溫度場的狀態。
b． 最好測試各試點的風速與風向，它有助于分析溫度場形成的原因，提出改進措施。
3．4產品風道結構示意圖
以某型高低溫試驗箱為例，繪出(如圖2所示)產品風道結構圖，它是軸流風葉、吸風、后單風道結構。日本ESPEC的高低溫試驗箱也采用了類似的單風道結構。
單風道結構也可能有很大的差異。例如：按風道位置分，有左（右、后、上、下等）單風道結構；按風葉形式分，有軸流（貫流、離心等）結構；按氣流方向分，有吹風（吸風）結構等，不能一概而論，也不能照搬。
圖2 某型高低溫試驗箱風道結構示意圖
a． 不同風道結構的試驗箱，其工作空間溫度場可能會有不同的特點。
b． 在研究試驗箱的溫度場特點時，只有將溫度分布圖與試驗箱風道結構圖進行對應的綜合分析，才能得出正確的結論。否則，這一張溫度分布圖就是無源之水，不能說明任何問題。
3．5填寫溫度分布表
某型的高低溫試驗箱數據為例（2004年8月2日測試），繪出如下溫度分布表。溫度測量值和溫度差的單位均為℃。
表1 某高低溫箱溫度分布表 單位:℃
| 試點編號 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 150℃ | 測量值 | 149.2 | 149.3 | 150.2 | 149.9 | 149.2 | 149.1 | 149.3 | 150.7 | 151.0 |
| 溫度差 | 0.1 | 0.2 | 1.1 | 0.8 | 0.1 | 0 | 0.2 | 1.6 | 1.9 | |
| 100℃ | 測量值 | 99.4 | 99.5 | 100.1 | 99.9 | 99.4 | 99.0 | 99.3 | 100.3 | 100.5 |
| 溫度差 | 0.4 | 0.5 | 1.1 | 0.8 | 0.4 | 0 | 0.3 | 1.3 | 1.5 | |
| 30℃ | 測量值 | 30.4 | 29.9 | 30.3 | 30.5 | 30.1 | 30.0 | 29.9 | 30.1 | 30.5 |
| 溫度差 | 0.5 | 0 | 0.4 | 0.6 | 0.2 | 0.1 | 0 | 0.2 | 0.6 | |
| 0℃ | 測量值 | 0.8 | 0.8 | 0.3 | 0.6 | 0.7 | 1.1 | 0.5 | -0.2 | 0.6 |
| 溫度差 | -0.3 | -0.3 | -0.8 | -0.5 | -0.4 | 0 | -0.6 | -1.3 | -0.5 | |
| -20℃ | 測量值 | -19.7 | -19.3 | -20.1 | -20.0 | -19.6 | -19.2 | -19.7 | -20.5 | -20.6 |
| 溫度差 | -0.5 | -0.1 | -0.9 | -0.8 | -0.4 | 0 | -0.5 | -1.3 | -1.4 | |
| -40℃ | 測量值 | -40.1 | -40.3 | -40.9 | -40.7 | -40.2 | -39.8 | -40.4 | -41.2 | -41.1 |
| 溫度差 | -0.3 | -0.5 | -1.1 | -0.9 | -0.4 | 0 | -0.6 | -1.4 | -1.3 | |
| -70℃ | 測量值 | -70.5 | -70.5 | -71.2 | -71.1 | -70.6 | -70.4 | -70.7 | -71.3 | -71.4 |
| 溫度差 | -0.1 | -0.1 | -0.8 | -0.7 | -0.2 | 0 | -0.3 | -0.9 | -1.0 | |
a. 各個溫度測試點的排序必須始終對應（本文中各試點排序如圖1所示）；
b. 在高溫段，取最低溫度點為“0”，其余各試點取其與“0”點的溫度差，為正值；
c. 在低溫段，取最高溫度點為“0”，其余各試點取其與“0”點的溫度差，為負值；
d. 在0℃附近，取最高溫度點為“0”，其余各試點取其與“0”點的溫度差，為負值；
e. 通過此表可以分析各試點溫度場變化的特點。
3．6繪制溫度場的溫度分布曲線
a． 各溫度測試點的排序必須始終對應（各測試點的排序先后對溫度分布趨勢的分析，并無影響）；
b． 這里的“曲線”并非函數意義上的曲線，它的作用是將溫度分布狀態形象化；
c．它可以分析試驗箱工作空間溫度場的特點和溫度場的穩定性。
圖3就是某型高低溫試驗箱的溫度分布曲線圖,
圖3 某型高低溫箱的溫度分布曲線圖