怎样选择环境试验箱测试设备
一、设备选择依据
存在于地球表面及大气层空间中的自然环境因素和诱发环境因素的种类，目前还无法统计出一个确切的数目，其中对工程产品(设备)的使用及寿命影响较大的因素不下十几种。从事工程产品环境条件研究的工程师们将自然界存在以及人类活动所诱发的环境条件整理归纳为一系列的试验标准和规范，用以指导工程产品的环境及可靠性试验。如指导军工产品进行环境试验GJB150――中华人民共和国国家军用标准《军用设备环境试验方法》，指导电工电子产品进行环境试验的GB2423――中华人民共和国国家标准《电工电子产品环境试验方法指南》等。因此，我们选择环境及可靠性试验设备时主要的依据是工程产品的试验规范和试验标准。
三、温湿度箱的选择
1、容积的选择
总括上述三点规定，气候环境试验箱的工作腔容积至少应是被试产品外廓体积的3～5倍。作出这种规定的理由有以下几点：
1〕被试验件置入箱体后挤占了流畅的通道，通道变窄将导致气流流速的增加。加速气流与被试验件之间的热交换。这与环境条件的再现不符，因为在有关标准中对涉及温度环境试验都规定试验箱内试验样件周围的空气流速不应超过1.7m/s，以防止试验样件和周围气氛产生不符合实际的热传导。在空载时试验箱内平均风速为0.6～0.8m/s，不超过1m/s，满足a)、b)两点要求所规定的空间及面积比时，流场的风速可能增大(50～100)%，平均最高风速为(1～1.7)m/s。满足标准规定的要求。如果在试验中不加限制地加大试验件的体积或迎风断面积，则实际试验时气流风速将增大到超出试验标准所规定的最高风速，其试验结果的有效性将受到怀疑。
2〕气候箱工作腔内环境参数〔如温度、湿度、盐雾沉降率等〕的精度指标都是在空载状态下检测的结果，一旦置入被试验件后，对试验箱工作腔内环境参数的均匀性将产生影响，试验件占有的空间越大，这种影响也就越严重。实测试验数据表明，流场中迎风面与背风面的温差可达到3～8℃，严重时可大到10℃以上。因此，必须尽量满足a〕、b〕两项要求，以保证被试产品周围环境参数的均匀性。
3〕根据热传导的原理，箱壁附近气流的温度通常与流场中心温度相差2～3℃，在高低温的上下限时，还可能达到5℃。箱壁的温度与箱壁附近流场的温度又相差2～3℃(视箱壁的结构和材料而定)试验温度与外界大气环境相差越大，上述温差也越大，因此，距箱壁(100～150mm)距离内的空间是不可利用空间。
2、温度范围的选择
目前，国外温度试验箱的范围大体上为-73～177℃，或-70～180℃。国内多数厂家一般为-80～130℃，-60～130℃，-40～130℃，也有高温到150℃。这些温度范围通常可以满足国内绝大多数军用、民用产品温度试验的需要，除非确有特殊需要，如安装位置靠近发动机等热源的产品外，不可盲目提高温度上限。因为上限温度越高，箱体内外的温差越大，箱体内部流场的均匀性也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面，上限温度值越高，对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的耐热性要求越高。箱体密封性的要求也越高，使箱体的制作成本增加。
3、湿度范围的选择
国内外环境试验箱给出的湿度指标大都是20～98%RH或30～98%RH，如果湿热试验箱没有除湿系统，则湿度范围为60～98%，这一类试验箱只能做高湿试验，但它的价格低得多。值得注意的是在湿度指标后面应该注明相应的温度范围，或给出最低露点温度。因为相对湿度是与温度直接相关的，对于同样的绝对含湿量，温度越高，相对湿度就越小，如绝对含湿量为5g/Kg(指1公斤干空气中含有5克的水蒸汽)，当温度为29℃时，相对湿度为20%RH，温度为6℃时，相对湿度为90%RH，当温度降至4℃以下，相对湿度超过100%，在箱体内会出现结露现象。
4、控制方式的选择
温度、湿度试验箱有恒定试验箱、交变试验箱两种情况。
普通的高低温试验箱一般指的是恒定高低温试验箱，其控制方式为：设定一个目标温度，试验箱具有自动恒温到目标温度点的能力。恒定温湿度试验箱的控制控制方式也类似，设定一个目标温度、湿度点，试验箱具有自动恒温到目标温度、湿度点的能力。高、低温交变试验箱具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程序，试验箱有能力根据预置的曲线完成试验过程，并且可以在最大升温、降温速率能力的范围内，精确控制升温、降温的速率，即可以根据设定的曲线的斜率控制升温、降温速率。同样，高低温交变湿热试验箱也具有预置温度、湿度曲线，并且根据预置进行控制的能力。当然，交变试验箱都具有恒定试验箱的功能，但交变试验箱的制造成本较高，因为交变试验箱需配置有曲线自动记录装置、程序控制仪，还须解决试验箱在工作室内温度较高的情况下开启制冷机等问题，因此，交变试验箱的价格比恒定试验箱的价格一般要高20%以上。因此，我们应当实事求是的以试验方法的需要为出发点，选用恒定试验箱或者是交变试验箱。
5、变温速率的选择
普通的高低温试验箱没有降温速度的指标，从环境温度降温到标称的最低温度的时间一般为90～120min。高低温交变试验箱、高低温交变湿热试验箱都有变温速度的要求，其变温速率一般要求1℃/min，在此速率的范围内速度可调。而快速温度变化试验箱的变温速率较快，升温、降温速率可以达到3℃/min～15℃/min，在某些温度段升温、降温速率甚至可以达到30℃/min以上。
各种规格、速度的快速温度变化试验箱的温度范围一般都是相同的，即-60～130℃，但考核降温速度的变温范围却不尽相同，根据试验不同的试验要求，快速温度变化试验箱变温范围有的是-55～80℃，而有的是-40～80℃。
6、风速
有关标准规定，进行环境试验时温湿箱内的风速应小于1.7m/s，对于试验本身来说，风速越小越好，风速过大会加速试验件表面与箱体内流动气流的热交换，于试验的真实性不利。但为了保证试验箱工作室内的均匀性，试验箱内具有循环风是必需的。但是快速温度变化试验箱以及温度、湿度、振动等多因素综合环境试验箱，为追求变温速率，必须加快箱体内循环气流的流速，风速通常在2～3m/s。因此，对于不同的使用目的，风速的限制是不一样的。
7、温度波动度
温度波动是一个比较容易实现的参数，所有环境试验设备厂家生产的多数的试验箱实际的温度波动都可以控制在±0.3℃的范围以内。
8、温度场均匀度
为了更正确地模拟产品在自然界所遭受的实际环境状况，在环境试验中必须保证被试产品的周边处在同一温度环境条件下，为此，必须对试验箱内的温度梯度和温度的波动度加以限制。在国军标GJB150.1-86军用设备环境试验方法总则中明确规定“试验样品附近测量系统的温度应在试验温度的±2℃以内，其温度工不超过1℃/m或总的最大值为2.2℃(试验样品不工作)”。
9、湿度的精度控制
环境试验箱中测量湿度多数是采用干湿球法，环境试验设备的制造标准GB10586要求，相对湿度偏差应在±23%RH。为满足湿度控制精度的要求，湿度试验箱的温度控制精度较高，温度波动一般小于±0.2℃。否则很难达到湿度控制精度的要求。
四、温湿度试验设备状况分析
1〕温湿度环境试验设备的生产是持续了几十年的机械制造行业，其基本技术(如制冷，加热)已经成熟。便是随着工业技术的进步和发展，很多新的应用技术不断引入到环境试验设备中，如计算机技术，模糊控制理论，多箱同步运行等，因此，很难给制造厂家下一个孰优孰劣的武断性结论。各个生产厂家积几十年的制造经验所生产的设备都是可以使用的，其工作原理、所应用的技术，甚至结构、材料等都有很多相似之处。但是由于环境试验设备“多非标、多品种、小批量”的生产方式的制约，产品的可靠性始终是困绕国内、国外制造商的一个问题。关键在于生产厂家必须管理精细，工艺完备、检测手段齐全、对质量认真负责(如通过ISO9000论证)。同时，环境试验设备是一种耐用品，一些问题和设计缺陷需要多年使用才能暴露出来，通过统计分析才能发现问题所在。一个成熟的、高可靠性的产品往往需要多年改进、完善。因此，环境试验设备生产厂家具有一定生产规模和生产历史，是产品具有较高可靠性的必要条件之一。
2〕生产过程的质量控制。国内生产过程的质量控制有很大提高。生产过程的质量控制与生产厂家的管理水平、生产习惯有关，通过ISO9000的论证是生产过程质量控制走上规范化的一个标志。
国内外生产温湿度环境试验设备的厂家在生产气候环境试验方面都积累了丰富的经验。提供的都是可供使用的，在质量上都可信赖。至于究竟应该选用哪一家，哪一种型号的产品更符合要求，除了本文前面所述的一些原则和具体的技术指标要求外，还有一些值得重视和考虑的因素。
存在于地球表面及大气层空间中的自然环境因素和诱发环境因素的种类，目前还无法统计出一个确切的数目，其中对工程产品(设备)的使用及寿命影响较大的因素不下十几种。从事工程产品环境条件研究的工程师们将自然界存在以及人类活动所诱发的环境条件整理归纳为一系列的试验标准和规范，用以指导工程产品的环境及可靠性试验。如指导军工产品进行环境试验GJB150――中华人民共和国国家军用标准《军用设备环境试验方法》，指导电工电子产品进行环境试验的GB2423――中华人民共和国国家标准《电工电子产品环境试验方法指南》等。因此，我们选择环境及可靠性试验设备时主要的依据是工程产品的试验规范和试验标准。
三、温湿度箱的选择
1、容积的选择
总括上述三点规定，气候环境试验箱的工作腔容积至少应是被试产品外廓体积的3～5倍。作出这种规定的理由有以下几点：
1〕被试验件置入箱体后挤占了流畅的通道，通道变窄将导致气流流速的增加。加速气流与被试验件之间的热交换。这与环境条件的再现不符，因为在有关标准中对涉及温度环境试验都规定试验箱内试验样件周围的空气流速不应超过1.7m/s，以防止试验样件和周围气氛产生不符合实际的热传导。在空载时试验箱内平均风速为0.6～0.8m/s，不超过1m/s，满足a)、b)两点要求所规定的空间及面积比时，流场的风速可能增大(50～100)%，平均最高风速为(1～1.7)m/s。满足标准规定的要求。如果在试验中不加限制地加大试验件的体积或迎风断面积，则实际试验时气流风速将增大到超出试验标准所规定的最高风速，其试验结果的有效性将受到怀疑。
2〕气候箱工作腔内环境参数〔如温度、湿度、盐雾沉降率等〕的精度指标都是在空载状态下检测的结果，一旦置入被试验件后，对试验箱工作腔内环境参数的均匀性将产生影响，试验件占有的空间越大，这种影响也就越严重。实测试验数据表明，流场中迎风面与背风面的温差可达到3～8℃，严重时可大到10℃以上。因此，必须尽量满足a〕、b〕两项要求，以保证被试产品周围环境参数的均匀性。
3〕根据热传导的原理，箱壁附近气流的温度通常与流场中心温度相差2～3℃，在高低温的上下限时，还可能达到5℃。箱壁的温度与箱壁附近流场的温度又相差2～3℃(视箱壁的结构和材料而定)试验温度与外界大气环境相差越大，上述温差也越大，因此，距箱壁(100～150mm)距离内的空间是不可利用空间。
2、温度范围的选择
目前，国外温度试验箱的范围大体上为-73～177℃，或-70～180℃。国内多数厂家一般为-80～130℃，-60～130℃，-40～130℃，也有高温到150℃。这些温度范围通常可以满足国内绝大多数军用、民用产品温度试验的需要，除非确有特殊需要，如安装位置靠近发动机等热源的产品外，不可盲目提高温度上限。因为上限温度越高，箱体内外的温差越大，箱体内部流场的均匀性也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面，上限温度值越高，对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等)的耐热性要求越高。箱体密封性的要求也越高，使箱体的制作成本增加。
3、湿度范围的选择
国内外环境试验箱给出的湿度指标大都是20～98%RH或30～98%RH，如果湿热试验箱没有除湿系统，则湿度范围为60～98%，这一类试验箱只能做高湿试验，但它的价格低得多。值得注意的是在湿度指标后面应该注明相应的温度范围，或给出最低露点温度。因为相对湿度是与温度直接相关的，对于同样的绝对含湿量，温度越高，相对湿度就越小，如绝对含湿量为5g/Kg(指1公斤干空气中含有5克的水蒸汽)，当温度为29℃时，相对湿度为20%RH，温度为6℃时，相对湿度为90%RH，当温度降至4℃以下，相对湿度超过100%，在箱体内会出现结露现象。
4、控制方式的选择
温度、湿度试验箱有恒定试验箱、交变试验箱两种情况。
普通的高低温试验箱一般指的是恒定高低温试验箱，其控制方式为：设定一个目标温度，试验箱具有自动恒温到目标温度点的能力。恒定温湿度试验箱的控制控制方式也类似，设定一个目标温度、湿度点，试验箱具有自动恒温到目标温度、湿度点的能力。高、低温交变试验箱具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程序，试验箱有能力根据预置的曲线完成试验过程，并且可以在最大升温、降温速率能力的范围内，精确控制升温、降温的速率，即可以根据设定的曲线的斜率控制升温、降温速率。同样，高低温交变湿热试验箱也具有预置温度、湿度曲线，并且根据预置进行控制的能力。当然，交变试验箱都具有恒定试验箱的功能，但交变试验箱的制造成本较高，因为交变试验箱需配置有曲线自动记录装置、程序控制仪，还须解决试验箱在工作室内温度较高的情况下开启制冷机等问题，因此，交变试验箱的价格比恒定试验箱的价格一般要高20%以上。因此，我们应当实事求是的以试验方法的需要为出发点，选用恒定试验箱或者是交变试验箱。
5、变温速率的选择
普通的高低温试验箱没有降温速度的指标，从环境温度降温到标称的最低温度的时间一般为90～120min。高低温交变试验箱、高低温交变湿热试验箱都有变温速度的要求，其变温速率一般要求1℃/min，在此速率的范围内速度可调。而快速温度变化试验箱的变温速率较快，升温、降温速率可以达到3℃/min～15℃/min，在某些温度段升温、降温速率甚至可以达到30℃/min以上。
各种规格、速度的快速温度变化试验箱的温度范围一般都是相同的，即-60～130℃，但考核降温速度的变温范围却不尽相同，根据试验不同的试验要求，快速温度变化试验箱变温范围有的是-55～80℃，而有的是-40～80℃。
6、风速
有关标准规定，进行环境试验时温湿箱内的风速应小于1.7m/s，对于试验本身来说，风速越小越好，风速过大会加速试验件表面与箱体内流动气流的热交换，于试验的真实性不利。但为了保证试验箱工作室内的均匀性，试验箱内具有循环风是必需的。但是快速温度变化试验箱以及温度、湿度、振动等多因素综合环境试验箱，为追求变温速率，必须加快箱体内循环气流的流速，风速通常在2～3m/s。因此，对于不同的使用目的，风速的限制是不一样的。
7、温度波动度
温度波动是一个比较容易实现的参数，所有环境试验设备厂家生产的多数的试验箱实际的温度波动都可以控制在±0.3℃的范围以内。
8、温度场均匀度
为了更正确地模拟产品在自然界所遭受的实际环境状况，在环境试验中必须保证被试产品的周边处在同一温度环境条件下，为此，必须对试验箱内的温度梯度和温度的波动度加以限制。在国军标GJB150.1-86军用设备环境试验方法总则中明确规定“试验样品附近测量系统的温度应在试验温度的±2℃以内，其温度工不超过1℃/m或总的最大值为2.2℃(试验样品不工作)”。
9、湿度的精度控制
环境试验箱中测量湿度多数是采用干湿球法，环境试验设备的制造标准GB10586要求，相对湿度偏差应在±23%RH。为满足湿度控制精度的要求，湿度试验箱的温度控制精度较高，温度波动一般小于±0.2℃。否则很难达到湿度控制精度的要求。
四、温湿度试验设备状况分析
1〕温湿度环境试验设备的生产是持续了几十年的机械制造行业，其基本技术(如制冷，加热)已经成熟。便是随着工业技术的进步和发展，很多新的应用技术不断引入到环境试验设备中，如计算机技术，模糊控制理论，多箱同步运行等，因此，很难给制造厂家下一个孰优孰劣的武断性结论。各个生产厂家积几十年的制造经验所生产的设备都是可以使用的，其工作原理、所应用的技术，甚至结构、材料等都有很多相似之处。但是由于环境试验设备“多非标、多品种、小批量”的生产方式的制约，产品的可靠性始终是困绕国内、国外制造商的一个问题。关键在于生产厂家必须管理精细，工艺完备、检测手段齐全、对质量认真负责(如通过ISO9000论证)。同时，环境试验设备是一种耐用品，一些问题和设计缺陷需要多年使用才能暴露出来，通过统计分析才能发现问题所在。一个成熟的、高可靠性的产品往往需要多年改进、完善。因此，环境试验设备生产厂家具有一定生产规模和生产历史，是产品具有较高可靠性的必要条件之一。
2〕生产过程的质量控制。国内生产过程的质量控制有很大提高。生产过程的质量控制与生产厂家的管理水平、生产习惯有关，通过ISO9000的论证是生产过程质量控制走上规范化的一个标志。
国内外生产温湿度环境试验设备的厂家在生产气候环境试验方面都积累了丰富的经验。提供的都是可供使用的，在质量上都可信赖。至于究竟应该选用哪一家，哪一种型号的产品更符合要求，除了本文前面所述的一些原则和具体的技术指标要求外，还有一些值得重视和考虑的因素。
