一、前言

    近几年，国内模拟环境可靠性测试广受重视，并得到了广泛的应用。模拟环境可靠性测试不仅可以进行更真实的电子产品的实际环境的模拟试验；而且还可以进行环境应力筛选试验，尽早激发出因元器件和工艺缺陷造成的故障，以保证电子产品在使用中的可靠性，实践证明，后者比前者的意义更大。

    环境应力筛选的根本目的在于使产品交付外场前，消除其潜在的缺陷隐患。在产品研制、鉴定和生产的不同阶段采用环境应力筛选，可以获益匪浅。在研制阶段采用应力筛选，能够查出缺陷 - 故障原因，找出设计上的问题，采取有效的纠正措施，这样不仅能大大节省以后的试验时间和费用，还能提高产品的固有可靠性；在可靠性鉴定试验前采取应力筛选，可消除制造工艺和元件方面的缺陷，使鉴定试验的结果有效、正确；在产品生产前增加筛选这一工序，由于消除了产品中的潜在缺陷，大大提高了产品的使用可靠性，并可减少外场维修费用。
    我司前几年就研制成功了一款应用于综合环境可靠性试验的温度循环试验箱。这种温度循环试验箱适用于航天航空、电子电工行业及科研单位等部门，对电子产品，在高温或低温环境下，能同时与振动台配会，进行综合环境可靠性试验，并且还可以以大变温速率对电子元器件，零部件进行环境应力筛选试验。

     二、瑞凯温度循环试验箱技术指标

    作室容积：1 m³
    工作室内部尺（长*宽*高）：1000*1000*1000mm
    温度范围：-60℃ ～ 150℃
    变温速率：降温 5℃/min，升温 10℃/min
    工作室风速：（0.5~2）m/s连续可调
    允许试件发热量：0.5KW
    设备总功率54.9 KW 
    压缩机功率4*7.5 KW
    加热器功率：2*12 KW
    照明灯功率：40 W
     油温加热器功率：120 W
    风机功率：750 W
    冷凝器冷却方式：水冷式
    制冷工质：高温部分R-22，低温部分R-13

    设备耗水量：4.8吨/小时

    三、结构设计和工作原理

    1、瑞凯温度循环试验箱结构

    箱体璧面保温结构见图1。箱体内壁的不锈钢板为1.5毫米。外壁是1毫米厚的A3钢板，固定在角钢上。内外壁之间为绝热层，以阻断冷热传递。绝热材料为超细玻璃棉，厚度150毫米。

    箱体的底板是活动式的，温箱准备有两块底板，一块是无孔的，用以仅有温度循环的试验；另一块是中间开孔的可以与振动台相连接，以满足其有振动项目的综合环境可靠性试验需要。底板结构为图2所示。底板的绝热材料用的是硬质聚氨酯泡沫。

    箱体门的绝热材料用的也是硬质聚氨酯泡沫，门上装有加个用钢化玻璃组成的观察窗，门的结构如图3所示。箱壁留有引线孔100mm一个，并装有20个接线柱。

     2、制冷和加热系统
    温度可调范围为-60℃ ～ 150℃。
    若要将箱内空气温度降至-60℃，可以采用两种制冷循环方式，一种是双级压缩制冷循环，另一种是复叠式制冷循环。那么如何决择呢？从理论循环分析，复叠式由于冷凝蒸发器存在传热温差，使经济性有所降低。同时，复叠式系统比较复杂，温度调节范围也比较小。但是，复叠式制冷系统每台压缩机工作压力范围较适中，使低温部分压缩机的输气量减少，输气系数及指示效率都有所提高，特别是摩擦功率大大减小，因而实际循环的制冷系数比双级压缩制冷循环还要高。因此，一般说来以采用复叠式为宜。本温度循环试验箱采用了复叠式制冷设备，制冷设备是两套复叠式制冷机组。
    在温箱风道内安装了三个液氮喷咀并配置了相应的电磁阀。这样，只要再配置一个小液氮罐，即可用液氮制冷的方法进行大于5℃/分降温速率的低温试验或温度循环试验。可以据不同的降温速率要求，来决定相应液氮喷咀的个数。
加热设备用的是电加热器，加热功率可以从0至100%无级连续可调。
    3、瑞凯温度循环试验箱工作原理

    温度循环试验箱的系统构成简图见图4。

    3.1 空气循环系统

    空气循环系统配有两个蒸发器，两台风机和两组电加热器。试验箱内的空气经过顶部两侧的回风口，然后流向加热器和蒸发器。后经顶部中间的两个送风口又被风机送入试验箱内，如此不断循环。空气循环系统图见图5.

    空气循环系统以空气为介质，蒸发器为冷源，加热器为热源。实现升温、降温和恒温控制。
    3.2 制冷及加热工作原理

    制冷系统示意图见图6。复叠式制冷机组成，分别为高温部分及低温部分。高温部分使用中温制冷剂。低温部分使用低温制冷剂。这两个部分各自成分一个使用单一制冷剂的制冷系统。其中高温部分系统中制冷剂的蒸发用来使低温部分系统中的制冷剂冷凝，用一个冷凝蒸发器将两部分联系起来，它既是低温部分的冷凝器，也是高温部分的蒸发器。这样低温部分制冷剂吸取的热量（即冷量）就可传给高温部分的制冷剂，而高温部分的制冷剂再将热量传给环境介质（空气或水）

    高温部分中的制冷剂R-22在压缩机内由于饱和蒸汽压缩成高压气体通过油分离器，将油气分离，冷冻机油回到压缩机内，高压气体进入冷凝器被冷却水冷凝成高压液体；然后经过干燥过滤器，再经过热力膨胀阀节流降压为低压低温的R-22液体，后经过冷凝蒸发器进行汽化。吸收热量，冷凝R-13高温高压气体，从而变成了低温低压汽体。同样，从试验箱中的蒸发器来的低温部分中的制冷剂R-13也通过压缩机压缩变成高压气体，再经过油分离器，进入冷凝蒸发器被R-22冷凝成高压液体，接着经过干燥过滤器，并经过热力膨胀阀节流成低压汽液两相流体，进入蒸发器吸热制冷。
    为了有效地实现快速降温，在热力膨胀阀和起控制作用的电磁阀。
    压缩机组的冷却水是由冷却水系统供给。冷却水系统由水泵、水箱、冷却塔组成。冷却水经过冷凝器吸收高温高压的R-22气体的热量，然后进入冷却塔受风冷冷却降温，再流到水箱里，由水泵继续抽入冷凝器进行冷却循环。
    电加热器可分为两组，均由可控硅控制电加热器，热功率为24k W.
    根据不同的升降温速率的试验要求，开启不同数量的制冷机组和加热器。升温时，可开一组或两组加热器；降温时，也可开一套或两套制冷机组。在小降温速率情况下，可用电加热器加热进行冷热对抗，在保温过程中，也可采用冷热对抗的方法，来控制温度精度。
    3.3 控制方式

    控制系统是个双工系统。它既可实现以z80为核心的可编程的数字调节器的微机控制，又可实现由模拟仪表组成的PID调节器的模拟控制。在特殊情况下，还可以切换成人工控制。它的原理图如图7所示。

    由于制冷压缩机不宜频繁启动，所以在降温和低温阶段，制冷机常开（根据需要开一套或两套制冷机组），靠控制加热量来保证温度精度。
     这个系统具有温度检测，控制操作，超限报警，屏幕显示和事故处理等功能。
    作为感温元件用的铂电阻放置在试验箱内，测温电桥将温度循环试验箱内温度变化转化成电位是输出。电位是经放大器放大，通过微机系统或模拟PID调节器，或手动调节器控制执行机构动作，使试验箱内温度保持在所需的控制温度值。
    升温时，通过控制系统中可控硅导通角的调节作用来提供合适的加热功率，以保证试验所需的升温速率。降温时，先控制启动高温部分R-22的机组。三分钟后自动延时启动低温部分R-13的机组。可以通过电热自动补偿来减小降温速率。保温时，同时控制启动压缩机和导通加热器，进行冷热对抗来保证控温精度。