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国内外冷热冲击试验箱发展概况

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: www.riukai.com 发布日期: 2019.09.10
    随着科学技术的快速发展,各国对可进行高低温循环冲击的试验设备需求量逐年扩大,而且不同国家、不同行业对冷热冲击试验箱的使用环境和使用要求又各不相同,为了满足客户需求,提高市场竞争力,国外、国内的开发单位对冷热冲击试验箱研制和改进都在不停的进行中,但是开发水平和发展方向各有不同。
    国外概况:美国、德国、日本的研制工作起步较早,开发和生产的技术水平比较高,美国通用设备公司、日本爱斯派克公司、意大利ACS公司、德国和法国的部分企业,在制冷方式、冲击方式、制冷剂的选择等方面做了大量工作,已完成了产品的多样化、系列化。
    国内概况:虽然国内在这方面起步比较晚,但是也已有一些科研机构、大学、企业作了大量的工作,并取得了较大进步,生产出了能够满足温度冲击试验要求的机组,如:北京航空航天大学对高低温液压试验台的研制6l;中电集团第16研究所基于高低温实验箱的技术基础对此种冲击实验箱产品的开发:东莞瑞凯环境检测仪器有限公司生产的气压传动温度冲击试验箱;还有台湾的部分企业等。但以国内现有的试验箱产品与国外大公司的系列产品相比,机组在温度控制精度、自动化程度、运行的稳定性等方面还有一定的差距。

    冷热冲击试验箱研究的主要方向:

    1、制冷方式

    在制冷技术中,制取 -20℃ ~ -80℃温度时,常采用两级压缩制冷和复叠式制冷两种方式。两级压缩制冷中间压力控制相对复杂,要求工质的蒸发压力低冷凝温度较高,工质的选择范围窄且多数达不到环保要求,所以两级压缩制冷在冲击试验设备上多不被采用。复叠式制冷可以在夏天工况实现-80℃低温,不但可以解决压缩机压比过高问题,而且可以找到满足环保要求的制冷剂,所以此种制冷方式被广泛采用。在复叠式制冷中,根据制冷系统使用的压缩机数量和制冷剂的循环方式,又可以分为二元复叠制冷和自然复叠制冷。二元复叠制冷是将两个分别使用高、低温制冷剂的独立系统复叠在一起,将低温环境的热量逐步的释放给冷却介质,完成制冷。自然复叠制冷采用混合工质,在一个系统内利用分凝原理将制冷剂分离,并使它们进入各自的蒸发器蒸发制冷,间接实现复叠。该制冷循环只使用一台压缩机,使系统的结构和控制大为简化,将是冷热冲击试验箱的一个重要发展方向。

    2、冲击方式

    国外主要以气压传动、气流和箱体移动等冲击方式为主。由于气压传动式冲击试验箱所需配套设备多数为标准件,零部件选择方便,这种冲击方式试验设备被广泛采用,技术比较成熟。此类气压传动式冲击试验箱通过机组的加热系统和制冷系统,分别产生一个高温环境(+70℃~+ 150℃)和一个低温环境(-25℃~-65℃),根据温度冲击试验的相关要求,将被测元件放入指定温室的载物篮内,待两温室达到预设温度且稳定时,通过气压传动机构牵动载物篮,实现篮内被测元件(如:电子器件)在高低温室间的移动。移动过程中高低温室相通,被测元件也由高温或低温状态进入另一温室,所以会有大量冷热负荷带入,机组要通过制冷系统或加热系统迅速恢复到各温室预定温度。当被测元件所在温室温度长时间保持稳定后,再经过传动机构将载物篮反向牵动,把被测元件带回原温室,同样须迅速恢复到预定温度,当温度再次长时间稳定后,再重复上述操作,完成多次温度循环冲击试验。工作原理如下图所示。

冷热冲击试验箱工作原理示意图

图1-1气压传动式冲击试验箱工作原理图

    气流式冲击试验箱温度冲击原理与气压传动式冲击试验箱类似,但其结构设计新颖,靠交换改变进入试验箱内的冷热气流,来实现对元件的冷热冲击。元件在箱体内无需移动,运动部件少,机构简单可靠性高,而且可以承载更多试验元件,提高了空间利用率和试验效率。这种冲击方式出现较晚,机构整体布置和配套设备都要重新设计,与以往的冷热冲击试验箱有较大区别。而此类试验箱又分为可移动式、不可移动式两种。
    箱体移动式冲击试验箱应用于大负荷冲击试验场所,被测物多为运行状态的整体设备。此类试验箱靠液压传动或电机传动实现箱体的移动,机组体积庞大。

    3、箱体布置方式

    冷热冲击试验箱分为两箱体形式和三箱体形式,箱体布置方式又分为水平布置和垂直布置两种。气压传动式冲击试验箱箱体分为两箱式和三箱式,布置方式全部是垂直布置;气流式冲击试验箱全部是三箱式,箱体布置方式为垂直布置和水平L型布置。箱体移动式冲击试验箱箱体,分为两箱式和三箱式,布置方式全部是水平一字型布置。箱体具体布置情况如下图所示。

    4、制冷工质选择

    根据1987年蒙特利尔协定,欧美等发达国家已全面禁止R12、R13、R22等制冷剂的使用,在欧美地区使用的冲击试验箱制冷系统高温级制冷剂多为R404a, 低温级制冷剂为R23;而在发展中国家,对R22的使用尚未到禁止期限,所以出口到发展中国家的冲击试验箱制冷系统高温级制冷剂为R22 (少数为R404a),低温级制冷剂为R23。

    5、控制方式

    目前,市场上使用的冷热冲击试验箱基本上实现了智能化、程序化、可视化,但是为了满足客户更高的要求,各开发单位又在数字化等方面:做了大量工作,提高设备网络信息通信能力,通过计算机实现对试验箱的远程控制。
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