一、引言

二、計量特性

（一）溫度范圍

1. 定義與重要性

• 溫度范圍是指試驗箱能夠穩(wěn)定達到的低溫度與高溫度之間的區(qū)間。例如，某試驗箱的溫度范圍為 - 60℃至 150℃。這個范圍決定了試驗箱能夠適應(yīng)的產(chǎn)品測試需求的廣度。不同的產(chǎn)品在不同的應(yīng)用場景下可能需要在特定的溫度區(qū)間內(nèi)進行測試，如航空航天部件可能需要在極低溫度下測試其材料性能，而電子元器件可能需要在較高溫度下評估其耐熱性。如果試驗箱的溫度范圍不能滿足產(chǎn)品測試要求，將導(dǎo)致無法準確評估產(chǎn)品在相應(yīng)溫度環(huán)境下的性能，影響產(chǎn)品的質(zhì)量把控和可靠性評估。

2. 影響因素

• 制冷系統(tǒng)的性能是影響低溫下限的關(guān)鍵因素。強大的制冷壓縮機、高效的冷凝器和蒸發(fā)器以及合適的制冷劑等，能夠確保試驗箱達到較低的溫度。對于高溫上限，加熱系統(tǒng)的功率和穩(wěn)定性起著決定性作用。加熱絲的功率大小、分布均勻性以及加熱控制電路的精度等都會影響試驗箱的高溫性能。此外，試驗箱的保溫材料和箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計也會對溫度范圍產(chǎn)生影響。良好的保溫材料可以減少熱量的散失，使制冷或加熱系統(tǒng)能夠更有效地維持箱內(nèi)溫度，而合理的箱體結(jié)構(gòu)可以避免局部溫度異常，保證整個箱內(nèi)空間溫度的一致性。

（二）溫度波動度

1. 定義與重要性

• 溫度波動度是指在穩(wěn)定狀態(tài)下，試驗箱工作空間內(nèi)任一點的溫度隨時間的變化幅度。一般用一段時間內(nèi)（如 10 分鐘）高溫度與低溫度之差的一半來表示。例如，在 10 分鐘內(nèi)，某點溫度高為 30.5℃，低為 29.5℃，則溫度波動度為 (30.5 - 29.5)/2 = 0.5℃。溫度波動度反映了試驗箱溫度控制的穩(wěn)定性。在產(chǎn)品測試過程中，較小的溫度波動度可以提供更精確的測試環(huán)境，避免因溫度變化過大而導(dǎo)致測試結(jié)果的誤差。特別是對于一些對溫度敏感的產(chǎn)品，如高精度電子儀器、生物樣本等，溫度波動度的大小直接影響到測試數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

2. 影響因素

• 溫度控制系統(tǒng)的精度是影響溫度波動度的主要因素之一。先進的溫度控制器能夠通過高精度的傳感器實時監(jiān)測箱內(nèi)溫度，并根據(jù)設(shè)定值精確地調(diào)節(jié)制冷或加熱系統(tǒng)的運行。傳感器的靈敏度和準確性也至關(guān)重要，它直接決定了溫度反饋信號的可靠性。此外，試驗箱的熱慣性也會對溫度波動度產(chǎn)生影響。熱慣性較大的試驗箱在溫度調(diào)節(jié)過程中反應(yīng)相對較慢，容易出現(xiàn)溫度波動。例如，箱體的質(zhì)量較大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜或保溫材料的熱傳導(dǎo)性能較差等情況，都會增加試驗箱的熱慣性，從而導(dǎo)致溫度波動度增大。

（三）溫度均勻性

1. 定義與重要性

• 溫度均勻性是指在穩(wěn)定狀態(tài)下，試驗箱工作空間內(nèi)各點溫度之間的差異程度。通常用工作空間內(nèi)最高溫度與低溫度之差來表示。例如，在某一時刻，工作空間內(nèi)最高溫度為 40℃，低溫度為 38℃，則溫度均勻性為 40 - 38 = 2℃。溫度均勻性是衡量試驗箱性能的重要指標之一。在產(chǎn)品測試中，如果箱內(nèi)溫度不均勻，會導(dǎo)致不同位置的產(chǎn)品所經(jīng)歷的溫度環(huán)境不同，從而影響測試結(jié)果的一致性和可比性。對于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品進行質(zhì)量檢測時，溫度均勻性差可能會使部分產(chǎn)品因溫度差異而出現(xiàn)誤判，無法準確篩選出存在質(zhì)量問題的產(chǎn)品。

2. 影響因素

• 試驗箱的風(fēng)道設(shè)計是影響溫度均勻性的關(guān)鍵因素。合理的風(fēng)道設(shè)計能夠使冷熱空氣在箱內(nèi)均勻地循環(huán)流動，確保各個角落都能得到充分的熱量或冷量交換。例如，采用多風(fēng)道、均勻分布的出風(fēng)口和回風(fēng)口，以及優(yōu)化的風(fēng)道形狀和尺寸等，可以有效提高溫度均勻性。風(fēng)機的性能也很重要，風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓以及轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性等會影響空氣的循環(huán)效果。此外，箱內(nèi)的負載分布也會對溫度均勻性產(chǎn)生影響。如果負載放置不均勻，可能會阻礙空氣的正常流通，導(dǎo)致局部溫度異常。

（四）升降溫速率

1. 定義與重要性

• 升降溫速率是指試驗箱在升溫或降溫過程中，單位時間內(nèi)溫度變化的數(shù)值。例如，某試驗箱從 20℃升溫至 100℃的時間為 20 分鐘，則升溫速率為 (100 - 20)/20 = 4℃/min。升降溫速率反映了試驗箱對溫度變化的響應(yīng)速度。在一些產(chǎn)品的測試標準中，對升降溫速率有明確的要求，如某些電子元器件需要在特定的快速升降溫條件下進行熱應(yīng)力測試，以模擬其在實際使用中的快速溫度變化環(huán)境。如果試驗箱的升降溫速率不能滿足要求，將無法準確評估產(chǎn)品在這種動態(tài)溫度環(huán)境下的性能和可靠性。

2. 影響因素

• 制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的功率是影響升降溫速率的主要因素。大功率的制冷壓縮機和加熱絲能夠在短時間內(nèi)提供足夠的冷量或熱量，從而加快溫度的變化。同時，溫度控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度也很關(guān)鍵?？焖俚目刂祈憫?yīng)可以及時調(diào)節(jié)制冷或加熱系統(tǒng)的輸出，使溫度按照設(shè)定的速率變化。此外，試驗箱的熱容量和熱傳導(dǎo)性能也會對升降溫速率產(chǎn)生影響。較小的熱容量和良好的熱傳導(dǎo)性能可以使試驗箱更快地吸收或釋放熱量，提高升降溫速率。

（五）轉(zhuǎn)換時間

1. 定義與重要性

• 轉(zhuǎn)換時間是指試驗箱從高溫工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到低溫工作狀態(tài)或反之所需的時間。例如，從 120℃轉(zhuǎn)換到 - 40℃的時間為 5 分鐘。轉(zhuǎn)換時間對于模擬產(chǎn)品在快速冷熱交替環(huán)境下的性能變化具有重要意義。在一些實際應(yīng)用場景中，產(chǎn)品可能會迅速從高溫環(huán)境進入低溫環(huán)境，如航空發(fā)動機部件在飛行過程中的溫度變化。準確的轉(zhuǎn)換時間可以使試驗箱更好地模擬這種溫度轉(zhuǎn)換情況，從而更真實地評估產(chǎn)品在這種環(huán)境下的可靠性和耐久性。

2. 影響因素

• 制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的切換速度以及制冷、加熱能力的平衡是影響轉(zhuǎn)換時間的關(guān)鍵因素?？焖俚南到y(tǒng)切換可以減少轉(zhuǎn)換過程中的延遲，而制冷和加熱能力的合理匹配可以確保在轉(zhuǎn)換過程中能夠迅速達到目標溫度。此外，試驗箱的保溫性能和熱慣性也會對轉(zhuǎn)換時間產(chǎn)生影響。良好的保溫性能可以減少熱量的散失或吸收，降低轉(zhuǎn)換過程中的能量消耗，使系統(tǒng)能夠更快地達到穩(wěn)定狀態(tài)。較小的熱慣性可以使試驗箱在溫度轉(zhuǎn)換時更迅速地響應(yīng)，縮短轉(zhuǎn)換時間。

三、計量方法

（一）溫度范圍計量方法

1. 設(shè)備與工具

• 需要使用高精度的溫度傳感器（如鉑電阻溫度計，其精度可達 ±0.1℃）、數(shù)據(jù)采集儀以及標準溫度計（作為校準參考）。

2. 測量步驟

• 將溫度傳感器均勻分布在試驗箱的工作空間內(nèi)，包括中心位置、角落以及靠近門和后壁等位置。設(shè)定試驗箱的低溫度，待溫度穩(wěn)定后（一般穩(wěn)定時間不少于 2 小時），使用數(shù)據(jù)采集儀記錄各個傳感器的溫度值，并與標準溫度計進行對比，確保測量的準確性。然后逐漸升高溫度，每隔一定溫度間隔（如 10℃）重復(fù)上述測量步驟，直至達到試驗箱的最高溫度。通過分析采集的數(shù)據(jù)，確定試驗箱的實際溫度范圍，并與設(shè)備標稱的溫度范圍進行比較，判斷是否符合要求。

（二）溫度波動度計量方法

1. 設(shè)備與工具

• 高精度溫度傳感器（如熱電偶，其響應(yīng)速度快，適合測量溫度波動）、數(shù)據(jù)采集儀。

2. 測量步驟

• 在試驗箱工作空間內(nèi)選擇具有代表性的幾個點（如中心、前壁、后壁、左側(cè)壁、右側(cè)壁等位置）放置溫度傳感器。設(shè)定試驗箱為某一穩(wěn)定溫度（如 50℃），啟動數(shù)據(jù)采集儀，連續(xù)采集溫度數(shù)據(jù)，采集時間不少于 10 分鐘。采集結(jié)束后，分析數(shù)據(jù)，找出每個測量點在采集時間內(nèi)的最高溫度和低溫度，計算溫度波動度。例如，某點最高溫度為 50.3℃，低溫度為 49.7℃，則溫度波動度為 (50.3 - 49.7)/2 = 0.3℃。對各個測量點的溫度波動度進行評估，確保其均在設(shè)備規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

（三）溫度均勻性計量方法

1. 設(shè)備與工具

• 多個高精度溫度傳感器（如鉑電阻溫度計）、數(shù)據(jù)采集儀。

2. 測量步驟

• 在試驗箱工作空間內(nèi)按照一定的網(wǎng)格狀分布方式放置溫度傳感器，例如，在水平和垂直方向上每隔一定距離（如 20cm）放置一個傳感器，確保傳感器能夠覆蓋整個工作空間。設(shè)定試驗箱為某一穩(wěn)定溫度（如 30℃），待溫度穩(wěn)定后（穩(wěn)定時間不少于 1 小時），使用數(shù)據(jù)采集儀同時采集所有傳感器的溫度數(shù)據(jù)。采集結(jié)束后，分析數(shù)據(jù)，找出最高溫度和低溫度，計算溫度均勻性。例如，最高溫度為 30.5℃，低溫度為 29.8℃，則溫度均勻性為 30.5 - 29.8 = 0.7℃。將計算結(jié)果與設(shè)備標準要求進行對比，判斷試驗箱的溫度均勻性是否合格。

（四）升降溫速率計量方法

1. 設(shè)備與工具

• 高精度溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、計時器。

2. 測量步驟

• 在試驗箱工作空間內(nèi)放置溫度傳感器，一般放置在中心位置。首先設(shè)定試驗箱的起始溫度（如 0℃）和目標溫度（如 100℃），啟動數(shù)據(jù)采集儀和計時器，同時開啟試驗箱的升溫功能。數(shù)據(jù)采集儀記錄溫度隨時間的變化數(shù)據(jù)，當溫度達到目標溫度后，停止數(shù)據(jù)采集和計時。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，計算升溫速率，例如，從 0℃升溫至 100℃用了 25 分鐘，則升溫速率為 (100 - 0)/25 = 4℃/min。同樣的方法可以測量降溫速率，設(shè)定起始溫度為較高溫度（如 100℃），目標溫度為較低溫度（如 0℃），重復(fù)上述步驟進行測量和計算。

（五）轉(zhuǎn)換時間計量方法

1. 設(shè)備與工具

• 高精度溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、計時器。

2. 測量步驟

• 在試驗箱工作空間內(nèi)放置溫度傳感器，通常放置在中心位置。設(shè)定試驗箱的初始工作狀態(tài)為高溫（如 150℃），待溫度穩(wěn)定后，啟動數(shù)據(jù)采集儀和計時器，同時切換試驗箱至低溫工作狀態(tài)（如 - 50℃）。數(shù)據(jù)采集儀記錄溫度隨時間的變化數(shù)據(jù)，當溫度達到低溫設(shè)定值并穩(wěn)定后，停止數(shù)據(jù)采集和計時。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和計時結(jié)果，確定從高溫到低溫的轉(zhuǎn)換時間。同樣的方法可以測量從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換時間，初始設(shè)定為低溫狀態(tài)，然后切換至高溫狀態(tài)進行測量。

四、總結(jié)