了阐述。目的是帮助广大环境试验人员对环境试验设备的正确使用有个初步了解。

[关键词]：环境试验设备使用维护

环境试验设备是在试验室内用人工方法模拟一种或多种严酷环境的组合试

验设备，是研制、开发新产品和检验产品质量性能的环境试验设备。是我们所必

不可少的检验试验设备。所以正确使用和维护环境与可靠性试验设备尤其重要。

按试验设备所模拟的环境因素，环境试验设备大致可分为：气候环境设备（含

生物环境试验设备）、机械环境试验设备、气候机械综合环境试验设备和其他环境

试验设备等。我们所就有各种环境试验设备几十台套。环境试验设备为现代高科

技产品研制开发和产品定期检验及验收试验提供了必要的信息和数据。

一．环境试验设备的现状

目前国内环境试验设备大多是为了满足国标GB2423 《电工电子产品基本试

验规程》而生产的，这些环境试验设备现都有相应的产品国标，如

GB10586-89《湿热试验箱技术条件》

GB10589-89《低温试验箱技术条件》

GB10591-89《高/低温试验箱技术条件》

GB10591-89《高/低温试验箱技术条件》等。

八十年代以前，我国使用的大多数环境试验设备都是从西方国家引进的，价

格比较昂贵，而如今，随着电子技术的发展，特别是控制技术的发展，从模拟控

制到现在的数字控制；显示方式从指针到数字再到现在的触摸屏显示；控制精度

从±1℃提高到0.1℃甚至于0.01℃之内；设备体积从很小的箱体，到几百立方大

的房（室），我国的环境试验设备生产厂家已经能生产符合试验要求的设备。性能

可以与进口设备相媲美，而价格只有进口设备一半左右。但某些特殊设备,如温度

冲击设备、温度快速变化（15℃/min）还不能国产化或生产的设备不能符合要求。

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二．正确使用环境试验设备

尽管如此，但环境试验设备仍是一种精密、贵重设备。正确使用和操作环境

试验设备不仅能为检测人员提供准确的依据，而且能使环境试验设备长时间的正

常运行和延长其设备的使用寿命。

首先在做环境试验时，对所需试验的样品性能、试验条件、试验程序和试验

技术要熟悉，要对所使用的试验设备的技术性能要熟悉，对设备的构造要有所了

解，尤其是对控制器的操作及性能要熟悉。还要仔细阅读试验设备的操作使用手

册，这样可以避免因操作失误而引起试验设备的不正常运行从而引起试验样品的

损坏，试验数据的不正确。

其次，合理选择试验设备。为保证试验正常进行，应该根据试验样品的不同

情况，选择合适的试验设备，试验样品和试验箱的有效容积之间也要保持一个合

理的比例。对于发热试验样品的试验，其体积应不大于试验箱有效容积的十分之

一。对于不发热试验样品其体积应不大于试验箱有效容积的五分之一。比如，一

台21`彩电在做温度储存试验时，选用一个一立方体积的试验箱就能满足要求，而

在通电工作时，它就不能满足要求了，应该换一个更大一些的试验箱，因为电视

机在工作时要发散热量。

第三，正确放置试验样品。试验样品的安放位置，应离开箱壁10cm 以上，

对多个样品应尽量放在同一平面上。样品放置应不堵塞出风口和回风口，给温湿

度传感器也应留出一定距离。以保证试验温度的正确。

第四，对于试验中所需加入介质的环境试验，应根据试验要求正确添加。如

湿热试验箱用水是有一定要求的，试验箱用水电阻率不得低于500 欧.米，一般自

来水电阻率10--100 欧.米，蒸馏水电阻率100--10000 欧.米，去离子水电阻率

10000-100000欧.米，因此湿热试验用水要用蒸馏水或去离子水，而且一定要用新

鲜的，因为水与空气接触后，易受到二氧化碳和灰尘污染，水有能溶多种物质的

性质，时间长了后，电阻率要下降。现在市面上有一种纯净水比较经济，而且方

便，它的电阻率相当于蒸馏水。

第五．对湿热试验箱的使用。湿热试验箱用湿球纱布(湿球纸)是有一定要求,

不是任何纱布都能代用，因为相对湿度的读数是根距是温湿度之差，严格说还与

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当地当时的大气压力、风速有关。湿球温度示值与纱布吸入的水量、表面蒸发的

情况有关。这些都直接与纱布质量有密切关系，所以气象上规定，湿球纱布必须

是亚麻织成的专用“湿球纱布”。否则难以保证湿球温度计示值的正确性，也就是

湿度的正确。另外湿球纱布的安放也有明确规定，纱布长度：100mm ，紧密缠绕传

感器探头，探头离湿度水杯25—30mm，纱布浸入水杯，这样才能保证设备控制的

正确性和湿度的正确性。

三．环境试验设备的维护

环境试验设备品种繁多，但使用最广泛的环境试验设备为高温、低温、湿热

试验箱，而现今比较流行是集合了高温、低温、湿热为一体的试验箱—高低温湿

热试验箱，它的修理难度较其它环境试验设备大，且具有代表性。下面就高低温

湿热试验箱为例，谈一谈高低温湿热试验箱的构造及一些常见故障和排除方法。

（一）、常见高低温湿热试验箱的构造

试验人员除正确按操作规程操作，还应该对其结构有所了解。高低温湿热试

验箱由箱体、风循环系统、制冷系统、加温系统和控湿系统组成。风循环系统一

般采用可调节送风方向的结构；加湿系统有采用锅炉加湿的和表面蒸发二种；降

温、去湿系统采用空调工况制冷结构；加热系统采用电热鳍片加热和电炉丝直接

加热二种结构；温湿度测试方法采用干湿球测试方法，也有用湿度传感器直接测

量方法；控制和显示操作界面采用温湿度分开独立和温湿度组合控制器等方式。

（二）高低温湿热试验箱的一些常见故障和排除方法：

1.在高温试验中，如温度变化达不到试验温度值时，可以检查电器系统，逐

一排除故障。如温度升得很慢，就要查看风循环系统，看一下风循环的调节挡板

是否开启正常，反之，就检查风循环的电机运转是否正常。如温度过冲厉害那么

就需要整定PID 的设置参数。如果温度直接上升，过温保护，那么，控制器出故

障，须更换控制仪表。

2.低温达不到试验的指标，那你就要观察温度的变化，是温度降的很慢，还

是温度到一定值后温度有回升的趋势，前者就要检查一下，做低温试验前是否将

工作室烘干，使工作室保持干燥后再将试验样品放入工作室内再做试验， 工作室

内的试验样品是否放置的过多，使工作室内的风不能充分循环，在排除上述原因

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后，就要考虑是否是制冷系统中的故障了，这样就要请厂家的专业人员进行检修。

后者的现象是设备的使用环境不好所致，设备放置的环境温度，放置的位置（箱

体后与墙的距离）要满足要求（在设备操作使用说明中都有规定）。

3.在做湿热试验中，出现实际湿度会达到100%或者实际湿度与目标湿度相差

很大，数值低得很多，前者的现象：可能是湿球传感器上的纱布干燥引起，那就

要检查湿球传感器的水槽中是否缺水，水槽中的水位是由一水位控制器自动控制

的，查水位控制器供水系统是否供水正常，水位控制器工作是否正常。另一种可

能就是湿球纱布因使用时间长，或供水水质纯净度的原因，会使纱布变硬，使纱

布无法吸收水份而干燥，只要更换或清洗纱布即可排除以上现象。后者的现象主

要是加湿系统不工作，查看加湿系统的供水系统，供水系统内是否有一定的水量，

控制加湿锅炉水位的水位控制是否正常，加湿锅炉内的水位是否正常。如以上一

切都正常，那就要检查电器控制系统，这要请专业维修人员进行检修。

4.设备在试验运行过程中突然出现故障时，控制仪表上出现对应的故障显示

提示并有声讯报警提示。操作人员可以对照设备的操作使用中的故障排除一章中

快速检查出属于哪一类故障，即可请专业人员快速排除故障，以确保试验的正常

进行。

其它环境试验设备在使用中还会有其它的现象，那就要具体现象，具体分析

和排除。

环境试验设备还要定期进行维护保养，制冷系统的冷凝器定期清理，对于活

动部件应按说明书加油润滑，电器控制系统定期维护检查等等，这些工作是必不

可少的。

                                                        摘自《中国可靠性网》

锅内安全装置：锅门若未关紧则机器无法启动。
安全阀：当锅内压力超过最大工作值自动排气泄压。
双重过热保护装置：当锅内温度过高时，机器呜叫警
报并自动切断加热电源。
门盖保护：ABS材质制成可防止操作人员接触烫伤。

老化试验箱 特点：

具有自动加水功能并且在试验过程中水位过低时自动补水。
试验过程自动运转至完成结束，使用简便。
温度控制：LED数字型温度控制器可作精确试验温度之设定、控制及显示。
计时器：LED数字型计时器，当锅内温度到达後才开始计时以确保试验完全。
精准的压力／温度表随时显示锅内压力与相对温度。
运转时流水器自动排出未饱和蒸气以达到最佳蒸气品质。
一体成型矽胶门垫圈，气密度良好，且使用寿命长。
老化试验箱内经抛光处理经久耐用美观不沾污。

                                                        摘自《中国橡塑机械之窗》

我们这里讲的环境试验是狭义的，实际是指人工模拟的环境试验（以下称为环境试验）。广义上环境试验基本分为“自然暴露试验”、“人工模拟试验”和“现场运行试验”三类。自然暴露试验，是将样品长期暴露在自然环境条件下进行测试。现场运行试验，是将样品装置在各种典型的使用现场并使它处于正常运行状态进行测试。这两种试验都能直接反映产品实际使用中的性能和可靠性，也是验证人工模拟试验准确性的基础。但是试验周期都较长，花费人力物力大，并且前者试验条件不能控制，影响试验的再现性，且有时跟不上产品的发展；后者数据反馈慢。因此为了在较短时间内能鉴定产品对环境的适应能力，在科研和生产工作中多采用人工模拟环境试验，即在实验室的试验设备（箱或室）内模拟一个或多个环境因素的作用，并予以适当的强化。人工模拟试验的试验条件的确定，要求既能模拟环境中主要因素影响的真实性，又能在时间上起一定的加速作用，但是加速的程度不应改变产品实际损坏机理的规律。为此，人工模拟试验的试验条件和方法必须与产品环境条件的等级、数值有机地联系起来。

如图1所示，环境试验简单划分可分为“气候环境试验”、“机械环境试验”和“综合环境试验”。与气候有关的环境试验包括温度、湿度与压力等环境应力试验，而机械环境试验则包括冲击和振动等环境应力试验，综合环境试验则是综合气候和机械等环境因素的应力试验。

当然，使用环境试验设备进行的试验并不可能完全精确地再现出产品的使用环境以及模拟出所有的环境因素，在这里必须理解环境试验的局限性。由单一因素（温度、湿度、压力、振动、冲击或某一物质如盐）构成的环境试验称之为简单环境试验。实际上产生完全单一的环境很困难，而且大部分试验环境都是十分复杂的。因此在设计试验条件时，试验人员需要选择对产品有最大影响最为重要的环境因素，所以说环境试验只能是一个与真实环境还存在很大区别的人为环境。

一般性，产品的缺陷是由以下几个方面造成的：

a. 原材料的浓度和多样性、摩擦、磨损、应力、热、电流以及电场强度，这些因素会影响产品某些方面的性能；

b. 在产品设计和制造过程中由产品特性（原材料、制造工艺、结构部件以及大规模生产时）所引发的因素；

c. 外界环境产生的应力。

因此，试验条件必须依据具体的产品条件而定，对于不同的产品是不一样的。如果被试验研究的产品发生了变化，相应的环境试验也要改变。

2. 温度应力

环境应力条件可以引起产品失效，Hughes航空公司（美国）技术资料明确地表示了失效与环境应力之关（见图2）。可见在各种应力影响之中温度和湿度环境应力所引发地失效占所有环境应力引发失效的60％左右，而温度应力与失效之间存在着密切的关系。

目前，在世界各地，无论从陆地到海洋或者从高空到宇宙空间，都广泛地使用电子电工以及其他领域的产品。由于气温随着高度的增加而降低或在冬季高纬度地区，或者有些产品所在位置接近制冷元件、设备或系统，或者有些产品本身就包括制冷元件、设备或系统，从而产生低温环境。低温几乎对所有的材料都会产生不同程度的有害影响，构成产品的各种材料的物理性能、电性能等将发生变化，导致暂时性或永久性的性能下降，甚至引起失效。

同样，低纬度热带地区的自然高温、太阳辐射的增温、通风不良引起的温升以及散热样品在使用中自身发热引起的温升等产生的高温，高温会使电子组合可靠性下降，机械结构的密封件、橡胶件和塑料件等受高温和太阳照射作用会迅速老化和劣化，其他各种材料的结构、物理性能、电性能也会发生很大的变化，导致暂时或永久性的损伤和性能变化。

另外，在产品贮存、运输、使用和安装过程以及中，除自然气候的变化以外，也会遇到因人类的社会实践而诱发的环境温度的变化。例如设备从温度较高的室内移到温度相对较低的室外；或者从温度相对较低的室外移到温度较高的室内；或者在室外使用的设备在强烈的太阳辐射之后突然降雨或浸到冷水；或者温度的极度升高导致焊锡回流现象出现，或者启动马达时周围器件的温度急速升高，关闭马达时周围器件会出现温度骤然下降；或者设备可能在温度较低地环境中连接到电源上，导致设备内部产生陡峭的温度梯度，在温度较低地环境中切断电源可能会导致设备内部产生相反方向陡峭的温度梯度；或者当航空器起飞或者降落时，航空器机载外部器材可能会出现温度地急剧变化等等。由于急剧的温度变化将使产品受到一定热冲击力，在这种热冲击力的作用下，将导致电子电工元件的涂覆层脱落、密封材料龟裂甚至破碎、填充材料泄漏等，从而引起电子元器件电性能下降；对于由不同材料构成的产品，由于温度变化时产品受热不均匀，导致产品变形、开裂、破碎等。由于温度变化产生较大的温差，低温时产品表面会产生凝露或结霜，高温时蒸发或融化，如此高低温反复作用的结果导致和加速了产品的腐蚀。

下表给出了温度应力引发失效的主要类型。

表2 温度应力引发失效的主要类型

因而，当讨论与温度有关的产品寿命时，一般采用“θ℃规则”的表达方式。具体应用时可以表达为“10℃规则”等，例如当周围环境温度上升10℃时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升20℃时，产品寿命就会减少到四分之一。这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的。

反之，人们可以在较短的时间内，利用升高环境温度或降低环境温度或利用超高温和超低温的交替来加速产品的失效现象发生，确定产品的特性变化以及由于构成元器件的异种材料热膨胀系数不同而造成的故障问题。多应用于开发筛选试验、材料特性试验、极限试验、评估试验、品质确认试验、加速寿命老化试验等多种场合的需要。

3. 温度试验设备

温度试验设备一般由工作室、调节设备、辅助设备、控制系统组成。其中调节系统包括加热器、蒸发器和送风装置等，辅助设备主要室制冷机组，控制系统包括温度控制器、程序设定器、安全报警装置等。

加热器多用电阻丝或电热管的电加热方式实现；除了对无散热试样高温试验的干燥箱可以采用自然加热以外，一般都要都配有送风装置进行强迫空气循环，送风方式多用上侧送下侧回或全面孔板顶送下侧回的方式，对于整个试验设备的均匀性能很重要。

制冷方式使用较多为机械制冷，冷冻机有半封闭或全封闭形式，冷却回路也有水冷形式或空冷形式，冷媒现已多采用环保型冷媒，节流方式采用毛细管或者电子膨胀阀方式，可以提高精度和回路的寿命，并且能长期连续工作。

控制系统现在一般采用PID方式，使加热功率随设备实际温度与设定温度偏差自动进行调节、控制，实现无级调节，温度波动度小；显示部分也由以前数显方式提升到液晶触摸屏方式，例如ESPEC集团的P计装就是采用6.54英寸TFT彩色液晶显示画面，清晰美观，更便于操作。

另外，设备的保温层采用玻璃棉或者聚氨酯发泡层，导热系数小，耐温性好。温度检测采用热电偶、铂电阻和热敏电阻方式等，精度高。

进行温度试验时需要考虑详尽周全，所以考虑选择相应合适的试验设备也是至关重要的。

1. 必须要求测试范围要满足产品失效可能性试验范围，即无论是高温箱还是低温箱或者冷热冲击箱都应能够满足试验要求所规定的极值温度条件。

2. 必须以保证试验样品的体积不应大于试验设备工作容积的1/5的原则来选择试验设备。

3. 为保证试验区内温度的均匀性，根据样品的散热性来选择是否采用强迫空气循环或无强迫空气循环方式。例如上海ESPEC生产的LG型干燥箱采用热风自然对流方式，特别适宜粉状物干燥，而LC型干燥箱就采用热风强制循环方式。设备温度分布的差异对试验结果影响会更大，当采用较大的样品时，或者在同一时间测试的样品数量较大时，试验的结果将随着位置的不同而存在很大差别，因此应该选择温度均匀性尽可能好的设备。例如上海ESPEC生产的Z系列调温箱，均匀性达到2.0℃。

4. 样品温度有采用上风和采用下风传感器温度测量两种方式。设备的温度控制传感器位置及控制方法是可以选择的，要根据试验要求选择合适的设备。

5. 防止试验区产生热辐射或者热传导所引起的样品吸热或放热，要求设备的加热或冷却系统装置对样品无影响。

6. 便于记录、显示，进行循环试验时要求安装自动计数器、指示灯、记录设备以及自动关闭等仪表装置。

7. 便于样品放置可以要求用于放置或悬挂的样品架，且样品架不会因高低温变化改变其机械性能。

8. 应具有将测试电源引入设备工作室内的引线孔。