环境试验箱温度偏差分析及修正探讨

杜远霜

（广州五所环境仪器有限公司， 广东 广州 510800）

0 引言

环境试验箱是一种考核产品在不同温度下的适应性指标的设备， 现已得到了广泛的应用。 尤其是在使用武器装备的军事领域中， 环境试验箱的使用频率更高， 也更广泛。 其结果会直接影响到武器质量的鉴定结果。 但是试验箱在使用多年之后， 温度的监测会出现偏差。 本文主要是针对环境试验箱的温度偏差问题， 进行分析和修正， 以使环境试验箱的应用效果更好一些。

1 环境试验箱的工作原理和工作概况

环境试验箱的研究初衷是为了可以对用于战争时期的武器等装备进行战场环境模拟， 检测武器的质量， 后来其使用范围不断地扩大， 在日常检测当中也被广泛地使用。

环境试验箱主要是通过设备进行自然场景的模拟， 为了更好地模拟出相关设备在未来可能使用的环境情况， 应尽可能地进行多次试验。 但是， 环境试验箱的模拟场景和真实的使用场景仍然是存在差别的， 只能尽可能地接近， 并不能完全一样。 所以， 在进行模拟项目的选择时， 应该根据实验物品的使用要求有针对性地进行场景模拟， 这样不仅可以有效地检测物品的质量， 还可以加快试验的进度， 减少模拟所需要的经费。

环境试验箱的使用范围比较广泛， 本文主要是进行温度环境的模拟， 并对温度模拟时出现的偏差进行分析和修正。 关于温度的模拟， 环境试验箱主要是通过调温和增湿两个部分来进行的。 首先， 通过试验箱顶的风扇系统将空气输进环境试验箱中，保持试验箱内外空气的流通和压强相等； 然后， 通过调节箱内的温度控制器进行温度的调节并通过温度传感器进行温度数据的采集。

2 环境试验箱温度试验环境条件

使用环境试验箱进行温度的检测主要是通过反复多次将不同的温度物品置于环境试验箱中进行温度的测定， 将温度试验箱所测得的结果和实际物品的温度数据进行记录和比较， 确定环境试验箱的温度检测是否存在偏差。 但是， 如果环境试验箱周围的环境没有得到良好的控制， 使用环境试验箱进行温度检测的话就很容易会受到试验箱周围环境的影响， 导致温度偏差较大。 比如： 在强光照射或者是潮湿很明显的环境下很容易会对环境试验箱造成影响， 严重时甚至会导致环境试验箱所保存的数据丢失或损坏。 在这样的环境下进行温度的检测是不稳定的， 所取得的结果也不能作为很好的参考依据[1]。

一般环境试验箱的试验都需要保持常态下进行， 相关试验可以很直观地检测到环境试验箱所取得的温度数据比较稳定。 除去那些会对环境试验箱的检测结果造成明显影响的因素之外， 如果在检测过程中出现问题也可以得到及时、 有效的解决。

因此， 在接下来的实验过程中， 应该要保证环境试验箱周围环境比较稳定， 避免受到强光或者是较重湿气等因素的影响。 这样才能根据检测数据查找出导致温度出现偏差的具体原因并进行修正。

3 标准对环境试验箱温度检测的要求

根据有关环境试验箱的检测规范要求， 环境试验箱即使保证了检测的条件平稳， 还需要保证检测温度的次数要在3 次及以上， 而且检测结果和实际的温度相差应在5 ℃以内， 这3 组数据相互之间的平均误差也要保证不能超过0.25。 这样所取得的数据才算是有效的数据， 才可以用来进行后续的分析计算。

4 环境试验箱温度偏差测试的基本设备

4.1 环境试验箱

在本次的实验过程中， 选取5 台比较典型的温度环境试验箱进行相关温度的测试并对检测数据进行记录和误差的分析。 通过对数据的分析进行误差产生原因的分析和修正。 5 台温度试验箱分别为4台高温试验箱和一台低温试验箱。 用编号1、 2、3、 4 和5 来表示。 1-4 号箱为高温试验箱， 5 号箱为低温试验箱。 1、 2 两台试验箱常设置的温度分别是20、 40、 50 ℃， 而3、 4 台高温试验箱常设置的温度分别为15、 20、 40 ℃； 5 号试验箱常设置的温度是0、 -20、 -50 ℃。

4.2 用于检测的温度系统

对于温度试验箱内部的温度测定主要是通过一定的测试设备进行温度检测。 环境试验箱用于进行温度检测的系统是带有热传感器的热电阻。

5 环境试验箱温度偏差测试的步骤

首先， 将热电阻放置到1 号温度试验箱中， 热电阻主要是采用分层摆放的方式放置到温度试验箱当中； 其次， 关闭温度试验箱的舱门， 将温度调节到20 ℃， 待试验箱内的温度显示稳定以后， 在温度的测试系统当中收集温度的数据； 然后， 将温度调节到40 ℃和50 ℃待试验箱内的温度显示稳定以后， 在温度的测试系统当中收集温度的数据； 最后， 2、 3、 4 和5 号温度试验箱分别按照上述操作步骤进行操作和数据采集。

6 环境试验箱温度偏差测试数据分析

在实验结束之后需要做的便是对数据进行分析。 首先， 用Til符号来代表在环境试验箱内热电阻上传到传感器的温度数值， 而对于环境试验箱自身设置的温度在相关操作的面板上呈现的数据用Tjk表示[2]。 Til符号中的i 是热电阻在温度试验箱里摆放的数量， 本次实验中， 在每一个环境试验箱中都放置了7 个热电阻进行不同部分的温度检测，每一个热电阻对应的传感器的实际温度是不同的。Til符号中的l 表示的是总共进行的采样的次数。

假设1＜i≤M， 1＜l≤N， 通过实验可以得到Til和Tjk的数据， 将Til和Tjk带入到以下公式中进行温度偏差的计算。 对于Til和Tjk的分析， 首先是计算两个数据的平均值， Til和Tjk的平均值用A 和B来表示：

在数据分析过程中发现Tjk数据与其温度试验箱在温度稳定之后计算得到的B 值都在±0.1 以内，所以计算Tjk的B 值并没有多大的意义。 对于后面的数据， 主要是采用Ts（k）（k=1， 2， 3……）来代替上述的B 值进行后续的数据分析。 Ts（k）的含义是环境试验箱实际上设置的温度数值。 对于每一台的温度试验箱计算出其A 值并且记录下Ts（k）之后， 就可以进行温度偏差值的计算。 温度的偏差可以用C进行表示， C=A-Ts（k）。 如果是在理想的状态下， C的值一般是为零， 但是在实际生活中， 实际温度的数值会受到多种因素的影响， 与理想值会存在差异， 所以C 值为零是不太可能的。 但是在一般情况下， 只需要保证设备最终所求的C 值误差不大，约等于零就可以。 最终计算得出的C （1）， C （2），C （3） 等数据可以使用约等号， 那么就可以认定设备的温度是恒定的。

但是， 本次试验过程中选择的5 台设备， 计算出相应的C 值之后， 存在比较明显的差异。 从这里可以得出设备本身设置的温度和环境试验箱内实际的温度仍然存在差异并且存在不稳定的现象。 以下主要是以1 号设备为例进行详细的说明[3]。 对于1 号温度试验箱需要进行3 次实验， 每次设置的温度不同。 第一次的实验首先根据操作步骤进行温度数据的测量和收集。 在1 号环境试验箱内分层放置了7 个热电阻对环境试验箱里不同部分的温度进行感受和数据记录。 对1 号箱所设置的一些热电阻通过传感器返回的数据可以看到每一个传感器都和实际的温度试验箱温度变化的趋势是保持一致的。如图1 所示， 图1 中横坐标为时间， 纵坐标为Til，S 所表示的是电热阻， 数字表示电热阻的数目。

图1 1 号温度试验箱的温度变化和电热阻温度变化

根据图1 可以看出： 每一个热电阻向传感器传输的温度和温度试验箱的温度变化几乎是一致的。随后进行偏差的计算， 得到的结果如表1 所示。

表1 1 号温度试验箱的设置温度和实际温度及其偏差计算

根据图1 和表1 所展示的数据可以看出： 1 号温度试验箱最后的偏差数据相互之间的差异较大，并不能够满足上述相互之间近似相等的条件。

剩余的温度试验箱的数据也应该按照1 号温度试验箱的分析过程进行仔细的分析， 最终得出结论。

通过对具体数据的分析可以得到， 检测温度的环境试验箱在温度上出现偏差最主要的原因并不是周围环境的问题， 更多的是环境试验箱长时间使用， 所以环境试验箱出现老化的情况或者是热电阻的传感器等元件有问题[4]。 但是热电阻和其传感器所使用的是比较先进的设备， 其精度和灵敏度都是比较好的。 在温度的变化下， 其涂层也可以保持良好的稳定性， 性能十分的可靠。

并且， 为了验证热电阻的性能， 对热电阻进行了温度的监测， 最终根据得到的数据所绘制的曲线也证实了热电阻的性能是比较优秀的。 所以得出了热电阻存在缺陷的可能性。 那么最终的结论就是环境试验箱因为长时间的使用， 自身的设备出现了老化的情况导致了偏差较大的现象。

而且， 通过对5 个环境试验箱温度的检测和数据处理， 最终发现， 3 号的整体性能是最差的。 再比较每一台环境试验箱的偏差数据和环境试验箱的使用寿命我们可以看到， 环境试验箱使用的时间越长， 其偏差越大； 这就比较好地解释了温度出现偏差的原因。

7 对于环境试验箱温度偏差的修正方法

7.1 更换元件

对于环境试验箱， 如果出现老化的现象， 最直接的方法就是更换设备当中已经老化的元件， 用新元件进行替代可以很好地解决因为硬件问题而导致温度偏差的现象。

但是环境试验箱的元件更换比较繁琐， 而且过程复杂， 价格也比较昂贵。 如果预算不够的话并不能更换较好的元件设备， 环境试验箱也就不能保证温度的准确性。 而且进行元件的更换也需要时间，如果对于某一样物品急需要进行环境模拟实验， 环境试验箱的使用就需要等到更换完成并且检验之后才能投入到使用中， 这样一来就会耽误其他试验的进度[5]。

7.2 选取合适的修正值

除了更换元件之外， 还可以采取修正值的方式进行数据的修正， 提高其准确性。 但是， 对于合适的修正值的选取是十分重要的过程， 这也是需要解决的难题。

在一般情况下， 如果数据出现的偏差相互之间近似， 那么我们只需要取计算所得到的偏差值作为温度的修正值就可以； 但是每一台设备需要使用的温度不同时， 其偏差值也是不相同的。 如何选择合适的修正值， 保证每一台设备在设置不同的温度时， 其准确性为最高， 这是需要进行探讨的事项。

首先， 可以确定每一台环境试验箱的工作温度区间， 保持在区间内进行实际数据和理想数据的拟合， 拟合之后根据结果来选择合适的修正数据； 随后， 将修正的数据带入到环境试验箱中去， 对于实际温度的斜率进行测量和验算， 由此就可以求出最佳的修正数据。

8 结束语

综上所述， 环境试验箱主要是通过模拟物品的使用环境进行物品质量的检测。 其适用范围比较广泛， 但是， 如果环境试验箱所处的环境较差， 对于结果也会产生一定的影响。 在本次环境试验箱温度偏差的设计中， 选取了5 台环境试验箱来进行试验， 并用稳定性较好和热感性比较灵敏的热电阻进行温度的检测， 通过实验操作和对数据的分析发现， 影响环境试验箱温度偏差的原因主要是设备自身的老化程度。 面对这样的情况， 最优的选择是进行元件的更换； 其次是对环境试验箱相关温度设置进行修正值的综合确定。 如果数据偏差有较大的差异， 那么修正值确定需要对相关温度的方程斜率进行计算和确定。