温度环境试验及其标准综述（三）温度试验的试验条件和剪裁方法

蔡良续，祝耀昌，于江波，王克强

（中国航空综合技术研究所，北京 100028）

如前所述，温度试验程序多种多样，不同的环境试验标准中规定的试验程序和试验条件也不尽相同，本文将最典型的军用和民用环境试验标准中规定的温度试验程序分类汇总在表1 中，并列出各试验程序对应的试验条件和作了相应的说明。

不管是什么试验程序，温度试验条件通常包括试验温度，在试验温度下的保持时间或循环次数；对于温度冲击和温度变化试验来说，还包括转换时间或温度变化速率及循环或温冲次数。

1 高低温贮存试验

1.1 贮存温度

贮存试验温度取决于贮存场合、模拟方式和选用的风险。当装备贮存于直接受太阳照射的环境时，由于受到太阳辐射诱发加热的影响，其内部温度通常要比自然环境温度(即气象温度)高出15℃～20℃。高温贮存温度要考虑这一诱发温升，选用GJB 150.3A 表1 诱发条件高温作贮存温度。

当考虑对贮存状态进行真实的日循环模拟时，则采用GJB 150.3A 中的诱发条件下的日循环，温度在33℃～71℃之间变化；当不考虑进行日循环模拟，而采用峰值温度模拟时，则采用GJB 150.3A 中诱发条件下日循环温度中的峰值温度。GJB 150.3 中的70℃实际对应于GJB 150.3A 中热气候区日循环温度中的峰值温度71℃。如果明确装备未来不会应用于热气候区而是基本热气候区，则应选用基本热气候区对应的诱发条件，日循环试验采用GJB 150.3A 表1 中的基本热的30℃到63℃的24h 循环；恒定温度贮存试验则采用该循环的峰值温度63℃，按GJB 150.3 进行48h 的贮存试验。如果使用方不打算采用标准中1%时间风险的值，则应首先确定选用的风险值是5%、10%还是15%，然后根据该风险值从MILHDBK-310《研制军用产品用的全球气候数据》中查取相应的温度日循环数据或该日循环的峰值温度作为试验用的温度值。

当装备贮存场合不受太阳光直接照射，完全取决于其附近的发热设备或有关热源，则应以测得的贮存环境温度作为贮存试验温度，此时由于不受太阳辐射影响，温度不会按日循环变化，因此只进行恒定温度贮存试验。

1.2 试验持续时间

温度试验的持续时间与受试产品状态有关：如果受试产品不工作状态随试验箱升温，则总持续时间应是其在试验温度下达到温度稳定的时间，加上由于受试产品工作发热表面升温，破坏了原来的温度平衡，再次达到温度稳定的时间和温度稳定后检测产品功能和性能所需的时间；如果产品处于工作状态随试验箱升降温，则应是受试产品在试验温度下达到温度稳定的时间加上进行检查和性能测量所需的时间。有关什么是温度稳定在试验方法中往往按试件工作状态和试验不工作状态两种情况进行定义，通过直接测量其关键功能部件的温度来确定受试产品达到温度稳定所需的时间。

这种方法虽然科学合理，但长期以来在我国一直未能得到推广应用，主要原因是涉及到要购置微型传感器、测试线路及仪表；受试产品交付状态往往难以安装传感器和测试线路；还要确定作为测试点的关键功能部件和布置传感器，比较复杂，因而大多坚持采用早期的不科学的重量法，或延用相似设备数据，甚至拍脑袋确定。GJB 150.3A 中明确要求要在受试产品内部关键功能部件处安装传感器测量响应温度，这一要求与测量温度稳定方法可以合并使用。应用直接测量法确定受试产品温度稳定是必然趋势，设计人员在设计产品时应尽量考虑使产品结构便于进行这一操作或者在研制阶段早期通过环境响应特性调查试验获取温度稳定时间和响应温度信息，为后续试验备用。

由于温度稳定时间通常是试验箱空气温度达到规定的试验温度时算起，因此温度试验持续时间也可称为试验箱保温时间，即试验箱温度保持在试验温度所用的时间。

在各种环境试验方法中，贮存试验的持续时间有不同的规定，具体如表1 所示。对于GJB 150.3《高温试验》来讲，不提试件温度稳定，标准中直接规定48h。48h 是一个经验数据，认为受试产品在70℃太阳诱发贮存高温下放置48h，能够暴露高温贮存诱发的各种问题，这一做法比较简便。GJB 150.4《低温试验》则规定受试产品要在试验温度下达到温度稳定而后再持续24h，所以持续时间是受试产品在试验温度下达到温度稳定所需的时间再加上24h，受试产品达到温度稳定的时间用直接测量方法获得。

在民用飞机机载设备环境试验标准HB 6167/HB 6167A（相当美国航空无线电技术委员会标准DO 160B/DO160F）中高低温贮存试验的持续时间则均为受试产品达到温度稳定后不少于3h。

在GJB 150.3A/4A 中，高低温贮存试验的持续时间与GJB 150.3/.4 有所不同。GJB 150.3A 的高温日循环贮存试验的持续时间为至少7 天即168h，而其高温恒定温度贮存试验持续时间为受试产品达到温度稳定的时间加上至少2h，GJB 150.4A 低温恒温贮存试验的持续时间为受试产品达到温度稳定后再加上至少4h、24h 或72h，具体取决产品自身材料结构特性和使用情况，GJB 150.4A 的4.3.3 其中给出了选用原则。

民用电工电子产品环境试验标准GJB/T 2423 中未明确规定持续时间，其基本思路是按照GJB 2421《总则》第4.8 条热稳定定义和直接测量得到的时间园整化到与试验方法标准中规定的最近的时间等级即可。必须指出，电工电子产品环境试验方法标准中有关温度试验的持续时间，虽然也要求用直接测量法，但温度稳定的定义和所用确定方法与军用标准是不完全一样的。

2 高低温工作试验

2.1 温度

高低温工作试验的温度通常是指平台的诱发环境温度。平台诱发环境温度虽然受自然环境基础温度的影响，但主要取决平台特性。安装于平台的设备经受的诱发环境温度不仅取决于平台的任务特性，还取决于其在平台上的位置、有否冷却措施和周围产品发热情况等，因此，通用试验方法标准中一般无法规定具体的温度，这种温度应当通过实测或者根据相似设备已经使用过的温度按具体情况适当调整。当然，如果平台是大自然，如野外地面固定设备处于地球表面的自然环境中，则其工作温度可以按照自然界环境空气温度，因此，GJB 150.4A 中给出的1%出现频率和20%出现频率的自然环境中高低温工作试验温度，包括日循环温度或日循环温度中的峰值温度。由于冬季低纬度地区太阳辐射影响微弱，GJB 150.4A 中给出的低温工作温度不推荐使用日循环模拟，自然环境温度和太阳诱发的温度是趋于一致的。

不同的环境试验方法标准中对高低温工作试验的温度的确定还会在上述原则的基础上作一些工程性处理。例如，民用飞机环境试验标准HB 6167/6167A（RTCA DO160B/160F）中对民机机载设备按载机飞行高度和机载设备所在舱段是否增压和是否进行温度控制分成六大类20 小类，并对大部分类别的设备的高低温工作温度作了规定，这是因为一方面民用飞机的飞行模式单一，飞行高度有相对明确的规定，另一方面各类设备所在舱段，采取了增压或部分增压和温度控制措施，对其温度进行了人为控制。提供这些温度使标准更便于使用。又如GB/T 2423 标准，其高、低温工作温度仅推荐温度等级，要求标准使用者根据实际测量得到的或用其他方法得到的温度数据向其规定的温等级圆整化。

2.2 持续时间

温度试验中使受试产品达到温度稳定是一个必须遵循的重要原则，因为只有在其(关键部件)真正达到规定工作温度时检测得到的功能和性能数据才能真正代表其能适应这一温度，试验才有效。

高低温工作试验持续时间，原则上应是受试产品在试验温度下达到温度稳定(即热透或冷透)所需时间，加上对受试产品进行检测所需的时间。

由于试验实施方式不同，产生不同的表述方式。如果受试产品处于不工作状态随温度试验箱升降温，则应按GJB 150.1/150.1A 中的不工作状态温度稳定的定义来确定温度稳定时间。试验持续时间应当是受试产品不工作状态达到温度稳定的时间，受试产品启动后工作状态重新达到温度稳定(即二次稳定)所需的时间，加上二次稳定后进行功能性能检测所需的时间。GJB 150.3 和GJB 150.4 的2.2.2 节均是这样规定的。

如果受试产品以工作状态随温度试验箱升温或降温，则温度稳定测量过程应以GJB 150.1/150.1A 中规定的工作状态定义确定温度稳定时间，试验持续时间应当是受试产品工作状态达到温度稳定的时间加上功能性能检测所需要的时间。

不同的试验标准有不同的处理方式，GJB 150.3A/GJB 150.4A 中为了确保测量得到的内部元(部)件温度能真正达到温度稳定。其试验持续时间除了用直接测量法确定的温度稳定时间外，还要加上至少2h，而后加上试验样品启动后达到二次温度稳定时间和进行功能性能检测所需的时间。GJB 150.3A/150.4A 中说明了若无法直接测量内部元(部)件温度时，应根据热分析确定热浸时间，因此GJB 150.3A/150.4A 中的高低温工作试验持续时间要比GJB 150.3/150.4 增加至少2h。

HB 6167/6167A 标准规定试验样品以工作状态随试验箱升温或降温，高低温试验持续时间应为受试产品工作状态在试验温度下达到温度稳定的时间再加上至少2h，而功能性能检测应在受试产品温度稳定后的2h 或更长时间内进行完，因此不再加上功能性能检测所需的时间。由于是工作状态测得的温度稳定时间，不存在二次热稳定问题。

GB/T 2423 标准中对高、低温工作试验的时间无具体说明，原则上是测得的或用其他方法得到的温度稳定时间向标准中规定的时间等级圆整化。

GJB 150.3A 中高温工作日循环试验强调工作环境温度的模拟日循环变化，显然这种环境只有地面野外使用的固定安装设备才可能遇到，装在飞机、导弹、车辆、舰船上/内的设备在工作时不会遇到这种环境。GJB 150.4A 中规定要进行至少3 个日循环，即72h，认为3个日循环通常可以使试验样品达到其最高响应温度，当难以重现温度响应时，最多采用7 个循环，这种情况往往出现在热惯性大，温度响应很慢的产品，这种情况下有可能7 个循环以上还是看不到峰值温度经过24h 后变化值小于3℃的情况，此时，就用7 个循环。

3 温度冲击试验

GJB 150/150A 中安排有温度冲击试验，HB 6167/6167A 的S2 也采用温度冲击试验，用于安装在飞机外部或内部、但不知道温度变化率是否大于10℃/min 的设备。GJB 150.5/150.5A 的温度冲击试验与HB 6167/6167A 中的温度冲击试验的主要区别是HB 6167/6167A 规定高、低温下试验样品要工作，并在温度稳定过程中检测受试产品功能和性能，还要求在转换入另一个箱中前分别停止工作2min（高温）或30min（低温）。

温度冲击试验的环境条件参数包括：上、下限温度（即温度范围）、高低温持续时间、高低温之间转换时间、循环数或冲击方法和次数。

3.1 温度

温度冲击试验一般不进行中间检测，因此为了加大温度冲击效应采用高低温贮存试验的温度作为其上、下限温度。高低温贮存试验温度的确定方法如本文4.1 节1）中所述。GB/T 2423 为液体冲击规定了80℃～100℃的冲击范围。

温度冲击试验大多是恒定温度冲击，只有GJB 150.3A 等效采用810F 方法503 程序II，其上限温度部分，模拟高温日循环中从峰值高温降到试验样品最高响应温度经历的温度和最高响应温度。

3.2 上、下限温度的持续时间

温度冲击试验中在上、下限温度上的持续时间原则上应使试验样的达到温度稳定，这样才可能保证冲击温度的起始点符合要求。因此，大多数标准均规定为试验样品达到温度稳定的时间。各个标准中对这一试验的规定也有所不同，例如GJB 150.5 中，规定为1h 或试验样品达到温度稳定的时间，以长者为准，GB/T 中介质为空气时，温度保持时间要根据热容量，从10min，30min，1h，2h 和3h 五个等级中选取；介质为液体时，温度应保持时间从15s ～5min 和5min ～20min 中选取。GJB 150.5A 中基于日循环的温度冲击程序规定，在上限值保持时间为从日循环峰值高温日循环历程降到试验样品最高响应温度的时间和试验样品在最高响应温度下达到温度稳定或至少试件整个表面温度达到一致的时间。在下限保持达到温度稳定时间或至少试件整个外表温度一致。应当指出，整个外表面温度一致看来是放松了要求，但确定方法并不简单和方便。

3.3 转换时间和循环次数

温度冲击试验应使用两箱法或一箱两室法进行。受试产品在两箱或两室间转换的时间和循环次数各个标准也不一致，GJB 150.5 规定5min 和3 个循环。

GB/T 2423 规定以气体为介质时为2min ～3min，5个循环；液体为介质时，在8±2(s)和2±1(s)中选取10个循环，而GJB 150.5A 则规定转换时间为1min，但不是规定循环数(每个循环二次冲击)，而是规定从低温到高温和/或从高温到低温方向冲击的次数，实际使用中遇到冲击少的仅需一次，多的则可进行3 次，显然，GJB 150.5A 的冲击次数远少于GJB 150.5。

（待续）