一、前言

    高低温试验箱主要是电子行业对元器件、组件及整机进行高温低温或高低温交变试验不可缺少的一种环境试验设备。液氮高低温试验箱通过液氮获得低温，用电热红外陶瓷片获得高温。温度的测量与控制采用数字式温度调节仪实现自动控制。箱内温度可在土90°C之间任意调控。

    二、工作原理

    当试验箱需要高温时，设定温度必须高于室温，由内箱体上的红外陶瓷片加热升温，箱内温度达到设定温度时，便自动切断加热电源，停止加热，箱内温度随着试验箱的漏热而慢慢降低,低于设定温度时，又接通电源加热而升温。当试验箱需要低温时,设定温度低于室温，利用液氮的潜热和显热吸热降温。箱内温度高于设定温度,机械泵启动,将液氮从杜瓦瓶中抽入内箱体的蛇形管内，由于箱内温度高于液氮的沸点，液氮在蛇形管内急剧蒸发而吸热，然后，冷的氮蒸汽沿管内继续向前流动，也要吸收箱内的热量，从而获得低温。箱内温度低到设定温度时，便自动断开机械泵电源，液氮停止流入蛇形管内，箱内温度随试验箱的漏热慢慢升高，高于设定温度时，又接通机械泵电源降温。这样，周而复始便可以获得所需要的温度。

    三、设计计算

    1、绝热层的 设计
    绝热层直接影响试验箱的绝热性能。首先，绝热材料要具有很小的热导率,吸水性小，性能稳定，便于成型加工，同时，必须具有一定的耐高温和低温性能。为此，我们选用聚氨酯泡沫塑料作绝热材料,采用整体浇注成型。绝热层的厚度-般以绝热结构的外表面不结露为基本条件，即外表面的温度要高于露点。试验箱为长方体，是平壁形绝热结构。
    2、试验箱的热导
    试验箱的热传递分两种情况，当箱内温度高于室温时，箱内热量通过绝热层传至箱外，当箱内温度低于室温时，箱外的热量通过绝热层传到箱内。由于绝热层采用整体浇注发泡，箱体口采用两道密封，因此，试验箱的热损主要是绝热层及箱口面的固体导热。
    3、加热功率
    (1)平衡时的加热功率
    试验箱平衡时的加热功率应大于或至少等于其漏热，漏热与箱体内外的温差有关。
    (2)起始加热功率
    设在起始加热过程中，环境温度不变。起始加热功率决定了试验的温度上升特性。采用通断式控温时,起始加热功率大，箱内温度的超调量大，所控温度的波动增大。在满足升温时间的条件下，尽可能减小起始加热功率。为了兼顾，开始采用大功率加热,待温度快接近设定温度时，改用小功率加热。
    4、液氮耗量
     液氮高低温试验箱平衡时所需要的冷量至少等于其箱体的漏热，温差为△T时的漏热为:
    Q= K△T
    由上式可知，不同的温差所需要的冷量不同，这就要求液氮的流量应随△T的变化而变。为了简化结构及控制，我们采用恒定的液氮流量，以液氮通流的时间长短来获得不同的低温温度，箱内温度到-90℃时所需冷量为Q=58. 4W。
    5、蛇形换热 器的设计
    绕在内箱体上的蛇形紫铜管，用于液氮和内箱体进行热交换。试验箱制冷时,液氮在蛇形管内总是产生两相流动。当液氮初进入铜管时，喷到热的管壁上，便急速沸腾,产生强烈的压力振荡,然后冷蒸汽继续流动使铜管得到冷却，由于铜管与内箱体采用锡焊，具有良好的传热，使内箱体也迅速被冷却。为充分利用液氮冷量，必须合理选择蛇管直径和长度,管径较小较长，流动阻力增加，影响降温时间和制冷量。根据液氮耗量和流动阻力估算,据实验结果，蛇形管换热器设计为∅8X0.5mm，长度为11米较佳。