中華人民共和國國家標準

電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程

溫度變化試驗導(dǎo)則GB 2424.13-81

    引言

    本導(dǎo)則為有關(guān)設(shè)計和試驗人員在應(yīng)用GB 2423．22-81時提供指導(dǎo)。

    溫度變化試驗的目的，在于確定一次或連續(xù)多次的溫度變化對試驗樣品的影響．而不適用于僅僅是考核高溫或低溫的影響作用的試驗，即不用作評定在兩種極端溫度的穩(wěn)定狀態(tài)下工作時，產(chǎn)品的電氣、機械性能或材料的性能變化。

    溫度變化試驗的嚴酷程度決定于下列諸因素：

    (1)條件試驗的高溫和低溫限值；

    (2)試驗樣品保持在這些溫度條件中的試驗時間；

    (3)由高到低（或由低到高）溫度間的變化速度；

    (4)條件試驗的循環(huán)次數(shù)；

    (5)試驗樣品輸入或輸出的總熱量。

現(xiàn)場的溫度變化情況

    溫度逐漸變化情況

    在貯存、運輸或不工作狀態(tài)時，產(chǎn)品（設(shè)備或裝置）內(nèi)部的元件，所受到的外界環(huán)境溫度變化的影響要比其外表面的零部件慢些。內(nèi)部元器件所受到的溫度變化是逐漸變化的．

    溫度迅速變化的情況：

    (1)當產(chǎn)品從溫暖的室內(nèi)環(huán)境中搬到寒冷的室外環(huán)境或者是相反情況的時候．

    (2)當戶外產(chǎn)品或經(jīng)強烈太陽輻射后，受到突然的雨淋或浸泡在冷水里突然冷卻時．

    (3)裝在飛機上非密封艙中的產(chǎn)品，在飛機迅速升高或下降時．

    (4)在某些運輸和儲存過程中．

    (5)在某些使用過程中，如設(shè)備開動后，當內(nèi)部有高溫度變化梯度的發(fā)熱（如電阻器）或冷卻（如人工冷卻驗裝置）元件時，該元件或其鄰近的產(chǎn)品就會因輻射影響而受到溫度迅速變化的應(yīng)力．

    (6)在某些生產(chǎn)過程中也會產(chǎn)生迅速的溫度變化。

    溫度變化嚴酷程度除決定于溫度變化速度外，尚有溫度變化幅度、循環(huán)次數(shù)及其時間間隔等參數(shù)．

    當高溫和低溫之間的交換時間愈小時，試驗樣品所受的熱應(yīng)力愈大。當交換時間為二、三分鐘時，小件試驗樣品由于各部分溫度易于均衡，故其所受之熱應(yīng)力要比大件試驗樣品小得多。

    溫度變化時試驗樣品所受的熱應(yīng)力，是同該試驗樣品在運輸時從某一極值溫度大氣中，于數(shù)分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)換到另一極值溫度大氣中有關(guān)。

    在某一環(huán)境溫度下，試驗的溫升或溫降對元件或零部件和對設(shè)備或裝置的影響是不盡相同的。由低溫環(huán)境轉(zhuǎn)換到高溫環(huán)境時，在產(chǎn)品或元件上出現(xiàn)露或霜，會引起某些附加的應(yīng)力．在不希望有這些額外應(yīng)力的地方，必須適當?shù)乜刂聘邷丨h(huán)境中的濕度，以減少其影響。

2溫度變化試驗的設(shè)計

      (1)在設(shè)計溫變試驗時，必須確定高溫溫度和低溫溫度值，這可采用有關(guān)產(chǎn)品使用環(huán)境條件標準，或有關(guān)產(chǎn)品標準中規(guī)定的溫度變化值指標．

    高溫和低溫溫度是指試驗樣品的周圍環(huán)境溫度的**溫度和低檔溫度，這些溫度大多數(shù)試驗樣品將會達到，只是時間稍為滯后一些．在某些情況，如戶外產(chǎn)品受太陽輻射的影響，其高溫值會大于環(huán)境溫度的上限值．因此這些溫度變化值是試驗樣品使用中短時間內(nèi)會遇到的溫度變化值。

    (2)規(guī)定從一種溫度到另一種溫度轉(zhuǎn)換的時間，若用一箱法試驗時，則應(yīng)確定升溫或降溫的速率．這一試驗是加速了的，其變化速率要較實際的快一些。

    (3)規(guī)定兩種溫度下的暴露時間．

    (4)從室溫到低溫，經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換，再到高溫，而后又回到室溫的這一過程叫做一個試驗循環(huán)．

    (5)確定試驗循環(huán)的次數(shù)時，在給定時間內(nèi)試驗的溫度變化次數(shù)是比實際上遇到的次數(shù)要多．

3  試驗方法的選用

    根據(jù)對試驗樣品考核的要求選擇以下試驗方法：

    (1)考核溫度變化期間的電氣性能時，用試驗Nb一具有規(guī)定溫度變化率的溫度變化試驗方法．

    (2)考核溫度變化期間的機械性能時，用試驗Nb一具有規(guī)定變化率的溫度變化試驗方法。

    (3)考核在規(guī)定溫度急劇變化次數(shù)后的電氣性能，用試驗Na（具有規(guī)定轉(zhuǎn)換時間的溫度變化試驗方法）或試驗Nc（溫度快速變化、兩液槽法）。

    (4)考核機械部件及材料和材料組合耐抗溫度急劇變化的適應(yīng)性，用試驗Na或試驗Nc．

    (5)考核部件的結(jié)構(gòu)耐抗人工應(yīng)力的適應(yīng)性，用試驗Na或試驗Nc。

4暴露時間的選擇

    暴露時間取決于試驗樣品（或其易受損壞部分）達到周圍空氣或液槽溫度時的熱平衡時間。故應(yīng)當根據(jù)試驗樣品的熱時間常數(shù)來選擇試樣暴露所需要的時間。由于大件試驗樣品（產(chǎn)品或設(shè)備）內(nèi)部和表面的熱時間常數(shù)可能相差很大，故以考慮*里面或*易受損壞部分的熱時間常數(shù)為妥。

    試驗樣品的熱時間常數(shù)取決于周圍介質(zhì)（在試驗Na和Nb中是空氣，在試驗Nc中是水或，其它液體）的性質(zhì)和運動速度。因此，希望在試驗時的實際周圍環(huán)境條件中通過試驗把它測定出來。

    試驗樣品在某一周圍環(huán)境溫度中的溫度變化，大致符合指數(shù)規(guī)律．如在高溫試驗時，當溫度變化幅值為D時，則試驗樣品的溫升過程如下式及下圖所示。

 注：d為試驗介質(zhì)溫度和試驗樣品溫度之差。

   D為冷熱（低溫和高溫）試驗溫度之差，為TB-TA。

   由上表可知，若要試驗樣品溫度與試驗介質(zhì)溫度之差d值愈小，則需要的暴露時間也就愈長．一般取d= (0.05～0.02)D即可，即試驗暴露時間取(3～4)τ就可以了，否則暴露時間雖然延長了較多，而試驗樣品的溫度則變化不大。

5轉(zhuǎn)換時間的選擇

    在兩箱法兩槽法中，如果是大件試驗樣品，若二、三分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)換不了，則在對試驗結(jié)果沒有顯著影

響的情況下，轉(zhuǎn)換時間可以增加為：

    t2 ≤0.05 τ

    式中t2為轉(zhuǎn)換時間，τ為試驗樣品的熱時間常數(shù)，

    實際上，由于大件試驗樣品的熱時間常數(shù)較大，周圍較大的溫度變化對其內(nèi)部部件的影響是較緩慢的

6溫度變化速率的選擇

在一箱法中，當箱體溫度由低溫變到高溫或由高溫變到低溫時．試驗樣品除受高溫（或低溫）溫度影響外，還受溫度的變化速率的影響。溫度變化速率的選擇應(yīng)根據(jù)試驗樣品在使用或運貯過程中實際可能遇到的情況來確定，本導(dǎo)則第3章提供了一些溫度迅速變化的實際例子．

    對于實際安裝使用于棚下的某些固定的設(shè)備，當需要模擬與溫度日變化有關(guān)的較慢的溫度變化時（通常這一變化速率大大低于10C/分鐘），這時雖可應(yīng)用Nb試驗方法，但溫度變化速率應(yīng)在有關(guān)標準中加以規(guī)定和說明．

7應(yīng)用溫度變化試驗的注意事項

    (1)應(yīng)當了解一個試驗樣品內(nèi)部的溫度變化的情況，如溫度變化的速率取決于其所用材料的熱傳導(dǎo)特性，以及熱容量的主體分布及其尺寸的大?。谠囼灅悠繁砻嫔夏滁c的溫度變化情況，大體上是遵循指數(shù)規(guī)律．在穩(wěn)定的周圍環(huán)境溫度下，其內(nèi)部某點的溫度變化情況就同樣大體上是遵循指數(shù)規(guī)律．但是當周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化時，對大件試驗樣品來說，特別是在大件試驗樣品內(nèi)部，這種交替的指數(shù)升降會重疊起來，**階段的溫度（高溫）變化未完成，又經(jīng)歷**階段的（如低溫）變化，這時就類似于恒定溫度下間斷工作制時的情況，試驗樣品一會兒按指數(shù)升溫，一會兒又按指數(shù)降溫冷卻，導(dǎo)致鋸齒形的周期性的變化，其幅度將比所施加的試驗條件的高低溫變化幅值要小，特別是在大試驗樣品內(nèi)部將小得多（視條件試驗時間而定）．如下圖所示，

(2)在溫度變化試驗時，應(yīng)當考慮試驗樣品和試驗箱（室J或液槽間的熱傳輸?shù)臋C理。這可從低溫和高溫試驗導(dǎo)則中得到指導(dǎo)．對于試驗樣品周圍的冷卻或加熱介質(zhì)是流動的流體時，其散熱或吸熱效率是大不一樣的，靜止的空氣或液體的換熱效率是低的，而高速運動的空氣或液體將大大提高熱交換的效率．

(3)用水作試驗介質(zhì)的兩水槽法(試驗Nc)，只應(yīng)當用于密封的及對水不敏感的試驗樣品．對水侵入后會導(dǎo)致性能惡化的試驗樣品則應(yīng)當采用其它液體（如油等）來進行試驗。

在設(shè)計用其它液體進行試驗時，應(yīng)考慮這種液體的傳熱特性與水的差異．

8再現(xiàn)性

    條件試驗程序?qū)υ囼灥脑佻F(xiàn)性有一定的影響，如條件試驗前的溫度，以及先進行高溫試驗還是低溫試驗。

    試驗參數(shù)的**程度對試驗結(jié)果的再現(xiàn)性有重大的影響，如：

    (1)高溫，低溫試驗溫度的偏差值．

    (2)試驗溫度的變化速率。

    (3)熱傳輸機理如熱在對流、輻射、傳導(dǎo)方面的分配情況，特別是空氣循環(huán)速度及方向的差異將有重大的影響．

    (4)試驗介質(zhì)特性的差異，如氣體和液體的密度等．

    (5)試驗樣品在試驗箱（室）內(nèi)或液槽內(nèi)放置的位置與狀態(tài)、方向等。

    試驗樣品對試驗的再現(xiàn)性的影響

    溫度變化試驗的結(jié)果，因受試驗樣品在下列參數(shù)方面的差別而受到影響：

    (1)試驗樣品熱容量的大小，使用材料的特性與重量、面積等；

    (2)試驗樣品表面的熱量及其傳輸在試驗樣品表面上的分布情況：

    (3)試驗樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、熱傳導(dǎo)特性的不均勻；

    (4)試驗樣品結(jié)構(gòu)及材料的熱膨脹特性，及由此而產(chǎn)生的機械性能（如熱彈性與抗張強度）上的差異情況；

    (5)試驗樣品的結(jié)構(gòu)尺寸及其配合公差；

(6)影響試驗樣品內(nèi)部溫度分布的其它性質(zhì)，如內(nèi)部元件安裝位置的差異所引起的等．

9試驗的組合

    溫度變化試驗N*好是用作組合試驗的一部分，但這時應(yīng)很好地考慮組合試驗的順序．這是因為對有些產(chǎn)品類型的損壞，不能在試驗N方法的*后測試中顯現(xiàn)出來，而只是在其后的試驗才顯現(xiàn)出來．在溫度變化試驗之后，再順序進行下列試驗時，有可能較快地顯現(xiàn)溫度變化試驗的影響，例如。

    (1)密封試驗Q;

    (2)'振動試驗Fc;

    (3)恒定濕熱試驗Ca;

    (4)交變濕熱(12+12小時循環(huán))試驗Db；

    溫度的快速變化兩液槽法試驗Nc，不應(yīng)當用來代替密封試驗Q。

10試驗的時間安排

    條件試驗的時間應(yīng)盡可能這樣來安排，即使所配置的循環(huán)次數(shù)的整數(shù)適在日常的工作時間內(nèi)，并應(yīng)照顧到試驗樣品的恢復(fù)時間或*后檢測的時間。

    如果出于某些原因，如避免在夜間或非通常的工作時間轉(zhuǎn)換而影響檢測的安排，有必要將試驗樣品繼續(xù)在試驗箱（室）中保留比規(guī)定時間t，較長的時間時，則應(yīng)保留在冷箱中而不是在熱箱中，以減小或避免可能產(chǎn)生的老化效應(yīng)。

11檢測項目

    在溫度變化試驗時，應(yīng)該預(yù)先考慮試驗樣品的特點與性質(zhì)，及其在溫度變化條件影響下可能損壞的機理，并據(jù)此來確定初始檢測和*后檢測的項目及內(nèi)容。

    在某些情況下，只要檢查試驗樣品在溫度變化試驗后的機械損壞就可以了。對于試驗樣品為設(shè)備，或材料與結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的產(chǎn)品時，則應(yīng)當優(yōu)先考慮在溫度變化試驗期間的性能檢測。

    因此，在進行溫度變化試驗前應(yīng)對試驗樣品進行認真的考慮，試驗結(jié)果能否考核溫度變化的影響，多半取決于對試驗樣品的結(jié)構(gòu)、性能等在溫度迅速變化影響下所產(chǎn)生的損壞機理等技術(shù)資料有無基本的了解與掌握。