一、引言

二、兩槽式冷熱沖擊試驗(yàn)箱的基本結(jié)構(gòu)

（一）高溫槽

1. 加熱系統(tǒng)
   高溫槽內(nèi)部配備了高效的加熱系統(tǒng)，通常采用電加熱方式。加熱元件均勻分布在槽壁或特定位置，以確保熱量能夠在槽內(nèi)均勻傳遞。這些加熱元件可以是加熱絲或加熱板，其功率和數(shù)量根據(jù)試驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)規(guī)格而定，能夠快速將槽內(nèi)空氣或介質(zhì)加熱到設(shè)定的高溫值。

2. 溫度傳感器
   在高溫槽內(nèi)安裝有高精度的溫度傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)槽內(nèi)溫度。常見的溫度傳感器類型包括熱電偶或熱電阻，它們能夠準(zhǔn)確測(cè)量溫度并將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)。傳感器的位置經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以獲取代表性的溫度數(shù)據(jù)，保證溫度控制的精度。

3. 循環(huán)系統(tǒng)（如有）
   部分高溫槽還配備了循環(huán)系統(tǒng)，通過風(fēng)扇或泵等設(shè)備使槽內(nèi)的空氣或加熱介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)。這有助于進(jìn)一步提高溫度的均勻性，使試驗(yàn)樣品周圍的溫度環(huán)境更加穩(wěn)定，避免出現(xiàn)局部溫度差異過大的情況。

（二）低溫槽

1. 制冷系統(tǒng)
   低溫槽的核心是制冷系統(tǒng)，一般采用壓縮機(jī)制冷原理。壓縮機(jī)通過壓縮制冷劑氣體，使其在低溫槽的蒸發(fā)器中膨脹吸熱，從而降低槽內(nèi)溫度。制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿足低溫槽能夠達(dá)到并維持較低的溫度，例如 - 60℃甚至更低，并且要具備快速制冷的能力。

2. 溫度傳感器與保溫材料
   與高溫槽類似，低溫槽內(nèi)也安裝有溫度傳感器，用于精確控制溫度。此外，低溫槽的外壁通常采用高性能的保溫材料進(jìn)行包裹，如聚氨酯泡沫等，以減少熱量的傳入，降低制冷系統(tǒng)的負(fù)荷，同時(shí)保證低溫環(huán)境的穩(wěn)定性。

3. 防霜裝置（如有）
   在低溫槽運(yùn)行過程中，由于溫度較低，空氣中的水蒸氣容易在槽壁表面結(jié)霜。為了避免霜層對(duì)制冷效果和試驗(yàn)的影響，一些低溫槽配備了防霜裝置，如加熱絲或定時(shí)化霜系統(tǒng)，能夠及時(shí)清除霜層，確保制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（三）樣品轉(zhuǎn)移裝置

1. 吊籃或轉(zhuǎn)移架
   兩槽式冷熱沖擊試驗(yàn)箱通過吊籃或轉(zhuǎn)移架實(shí)現(xiàn)樣品在高溫槽和低溫槽之間的快速轉(zhuǎn)移。吊籃通常由耐高溫和低溫的材料制成，如不銹鋼或特殊的工程塑料。它能夠牢固地固定試驗(yàn)樣品，并在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，在兩個(gè)槽之間迅速移動(dòng)。

2. 傳動(dòng)系統(tǒng)
   傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)樣品轉(zhuǎn)移裝置的運(yùn)動(dòng)。它通常由電機(jī)、皮帶、鏈條或絲桿等部件組成，能夠在短時(shí)間內(nèi)將吊籃從高溫槽移動(dòng)到低溫槽或反之。傳動(dòng)系統(tǒng)的速度和精度對(duì)于溫度沖擊試驗(yàn)的效果有著重要影響，快速而準(zhǔn)確的移動(dòng)可以確保樣品在最短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷溫度變化，減少溫度過渡過程中的熱量交換。

三、溫度沖擊機(jī)制的運(yùn)作過程

（一）初始狀態(tài)設(shè)定

1. 溫度設(shè)定
   在試驗(yàn)開始前，操作人員根據(jù)試驗(yàn)要求在控制系統(tǒng)中設(shè)定高溫槽和低溫槽的目標(biāo)溫度。這些目標(biāo)溫度是根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、被測(cè)試材料或產(chǎn)品的特性來確定的。例如，對(duì)于電子元件的冷熱沖擊試驗(yàn)，高溫可能設(shè)定為 125℃，低溫為 - 40℃。

2. 時(shí)間設(shè)定
   除了溫度設(shè)定外，還需要設(shè)定樣品在高溫槽和低溫槽內(nèi)的保持時(shí)間以及溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。保持時(shí)間決定了樣品在每個(gè)溫度環(huán)境下的停留時(shí)長，以充分達(dá)到熱平衡或冷平衡狀態(tài)。溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間則限制了樣品從高溫到低溫或從低溫到高溫的轉(zhuǎn)移速度，一般要求盡可能短，以實(shí)現(xiàn)快速的溫度沖擊。

（二）高溫階段

1. 加熱與溫度穩(wěn)定
   當(dāng)試驗(yàn)開始后，高溫槽的加熱系統(tǒng)啟動(dòng)，根據(jù)溫度傳感器的反饋信號(hào)，持續(xù)加熱槽內(nèi)的空氣或介質(zhì)。加熱過程中，控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)加熱功率來保持溫度的穩(wěn)定上升，直到達(dá)到設(shè)定的高溫目標(biāo)值。在這個(gè)過程中，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，并將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，確保溫度誤差在允許范圍內(nèi)，一般可控制在 ±2℃以內(nèi)。

2. 樣品受熱
   當(dāng)高溫槽溫度穩(wěn)定后，裝有試驗(yàn)樣品的吊籃位于高溫槽內(nèi)。樣品在高溫環(huán)境下開始受熱，熱量通過空氣或介質(zhì)的對(duì)流、傳導(dǎo)等方式傳遞給樣品。隨著時(shí)間的推移，樣品內(nèi)部溫度逐漸升高，直至達(dá)到與高溫槽環(huán)境相近的溫度，實(shí)現(xiàn)熱平衡。這個(gè)過程所需的時(shí)間取決于樣品的材質(zhì)、形狀、尺寸以及高溫槽的加熱效率和溫度均勻性等因素。

（三）低溫階段

1. 制冷與溫度穩(wěn)定
   在高溫階段結(jié)束后，樣品轉(zhuǎn)移裝置迅速將吊籃從高溫槽轉(zhuǎn)移到低溫槽。與此同時(shí)，低溫槽的制冷系統(tǒng)一直保持運(yùn)行，確保槽內(nèi)溫度穩(wěn)定在設(shè)定的低溫值。與高溫槽類似，低溫槽的溫度傳感器和控制系統(tǒng)協(xié)同工作，精確控制制冷過程，使溫度波動(dòng)極小。

2. 樣品受冷
   當(dāng)樣品進(jìn)入低溫槽后，開始經(jīng)歷冷卻過程。低溫槽內(nèi)的低溫環(huán)境使樣品迅速散熱，其內(nèi)部溫度逐漸降低。由于低溫槽的制冷能力和溫度均勻性，樣品能夠在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到與低溫槽環(huán)境相近的溫度，實(shí)現(xiàn)冷平衡。在這個(gè)過程中，樣品可能會(huì)發(fā)生物理和化學(xué)變化，如材料收縮、內(nèi)部應(yīng)力變化等，這些變化正是溫度沖擊試驗(yàn)所關(guān)注的內(nèi)容。

（四）溫度沖擊循環(huán)

1. 快速轉(zhuǎn)移與沖擊
   在樣品在低溫槽內(nèi)完成冷平衡后，樣品轉(zhuǎn)移裝置再次啟動(dòng)，將吊籃快速送回高溫槽，如此在高溫槽和低溫槽之間反復(fù)循環(huán)。每次轉(zhuǎn)移過程都要盡可能快，以實(shí)現(xiàn)瞬間的溫度變化，對(duì)樣品形成強(qiáng)烈的溫度沖擊。這種快速的溫度變化會(huì)在樣品內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，模擬了產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中可能遇到的溫度變化情況，如電子產(chǎn)品在開機(jī)和關(guān)機(jī)瞬間的溫度變化。

2. 循環(huán)次數(shù)與試驗(yàn)結(jié)束
   根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定溫度沖擊的循環(huán)次數(shù)。在完成規(guī)定的循環(huán)次數(shù)后，試驗(yàn)結(jié)束。整個(gè)試驗(yàn)過程中，控制系統(tǒng)會(huì)記錄每個(gè)階段的溫度數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)以及可能出現(xiàn)的故障信息等，為后續(xù)的試驗(yàn)分析提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

四、影響溫度沖擊機(jī)制運(yùn)作的因素

（一）設(shè)備性能因素

1. 加熱和制冷功率
   加熱和制冷功率的大小直接決定了高溫槽和低溫槽達(dá)到目標(biāo)溫度的速度。如果功率不足，升溫或降溫過程會(huì)變得緩慢，影響溫度沖擊的效率和效果。反之，過大的功率可能導(dǎo)致溫度過沖或控制不穩(wěn)定等問題。

2. 溫度傳感器精度
   溫度傳感器的精度對(duì)于溫度控制至關(guān)重要。低精度的傳感器可能導(dǎo)致溫度測(cè)量誤差較大，使得控制系統(tǒng)無法準(zhǔn)確調(diào)節(jié)溫度，從而影響樣品所經(jīng)歷的實(shí)際溫度環(huán)境，最終影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3. 樣品轉(zhuǎn)移速度
   樣品轉(zhuǎn)移裝置的轉(zhuǎn)移速度決定了溫度轉(zhuǎn)換的快慢。如果轉(zhuǎn)移速度過慢，樣品在轉(zhuǎn)移過程中會(huì)有更多的時(shí)間與周圍環(huán)境進(jìn)行熱量交換，降低了溫度沖擊的強(qiáng)度，無法真實(shí)模擬實(shí)際環(huán)境中的快速溫度變化情況。

（二）試驗(yàn)參數(shù)因素

1. 溫度設(shè)定值
   高溫和低溫的設(shè)定值決定了溫度沖擊的幅度。不同的材料和產(chǎn)品對(duì)溫度沖擊幅度有不同的承受能力，不合理的溫度設(shè)定可能導(dǎo)致樣品在試驗(yàn)過程中損壞或無法準(zhǔn)確反映其在實(shí)際環(huán)境中的性能。

2. 保持時(shí)間
   樣品在高溫槽和低溫槽內(nèi)的保持時(shí)間會(huì)影響樣品內(nèi)部溫度的均勻性和熱平衡狀態(tài)。如果保持時(shí)間過短，樣品可能未充分達(dá)到熱平衡或冷平衡，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確；如果過長，則會(huì)增加試驗(yàn)周期，降低試驗(yàn)效率。

3. 循環(huán)次數(shù)
   循環(huán)次數(shù)的多少根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮蜆悠返念A(yù)期使用情況而定。過少的循環(huán)次數(shù)可能無法充分暴露樣品在溫度沖擊下的潛在問題，而過多的循環(huán)次數(shù)可能會(huì)對(duì)樣品造成過度破壞，也可能增加試驗(yàn)成本和時(shí)間。

五、結(jié)論