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

溫度變化試驗導則GB 2424.13-81

    引言

    本導則為有關設計和試驗人員在應用GB 2423．22-81時提供指導。

    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。

    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力．在不希望有這些額外應力的地方，必須適當?shù)乜刂聘邷丨h(huán)境中的濕度，以減少其影響。

2溫度變化試驗的設計

      (1)在設計溫變試驗時，必須確定高溫溫度和低溫溫度值，這可采用有關產(chǎn)品使用環(huán)境條件標準，或有關產(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性，用試驗Na或試驗Nc．

    (5)考核部件的結(jié)構(gòu)耐抗人工應力的適應性，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備，當需要模擬與溫度日變化有關的較慢的溫度變化時（通常這一變化速率大大低于10C/分鐘），這時雖可應用Nb試驗方法，但溫度變化速率應在有關標準中加以規(guī)定和說明．

7應用溫度變化試驗的注意事項

    (1)應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特性，以及熱容量的主體分布及其尺寸的大小．在試驗樣品表面上某點的溫度變化情況，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則中得到指導．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)，只應當用于密封的及對水不敏感的試驗樣品．對水侵入后會導致性能惡化的試驗樣品則應當采用其它液體（如油等）來進行試驗。

在設計用其它液體進行試驗時，應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)，并應照顧到試驗樣品的恢復時間或*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。

11檢測項目

    在溫度變化試驗時，應該預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。對于試驗樣品為設備，或材料與結(jié)構(gòu)較復雜的產(chǎn)品時，則應當優(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。