冷热冲击破坏性试验箱主要类型与工作原理

根据样品在高温和低温之间切换方式的不同，主要分为以下三种类型：

1. 两箱式（提篮式）冷热冲击箱

• 结构：拥有一个高温箱、一个低温箱和一个悬挂于两者之间的提篮。测试样品放置在提篮中。

• 工作流程：

1. 预处理：样品在高温箱或低温箱中暴露一段时间。

2. 冲击：提篮在电机的驱动下，在数秒内从当前温区移动到另一个温区。

3. 恢复：样品在新温区中保持预设时间。

4. 循环：重复此过程，完成设定的循环次数。

• 优点：温度转换速率极快，温变速率可达 15°C/sec ~ 30°C/sec 以上。高温和低温隔离，无干扰。

• 缺点：由于提篮需要机械运动，运行时有噪音和振动。

2. 三箱式（吊篮式）冷热冲击箱

• 结构：拥有一个高温箱、一个低温箱和一个位于中间的测试区。样品篮始终位于测试区。

• 工作流程：

1. 高温箱和低温箱的门关闭，对测试样品进行温度预处理。

2. 冲击：通过气动或机械方式，打开高温箱（或低温箱）与测试区之间的风门，并通过风扇将高温（或低温）气流快速吹入测试区，对样品进行冲击。

3. 恢复：风门关闭，样品在测试区保持温度。

4. 循环：切换风门，进行反向冲击。

• 优点：测试样品静止不动，无移动产生的振动，适合对振动敏感的产品。

• 缺点：温度转换速率相对两箱式稍慢，通常为 5°C/sec ~ 15°C/sec。可能存在少量的冷热气流混合。

3. 液体槽式冷热冲击箱

• 结构：使用两个液槽（高温硅油槽和低温硅油槽）来代替空气作为热传导介质。

• 工作流程：通过机械臂将样品篮在两个液槽之间快速切换。

• 优点：高的热传导效率，温变速率快，可达 30°C/sec ~ 50°C/sec 甚至更高。

• 缺点：设备复杂、昂贵；测试后样品需要清洁；不适用于对液体敏感或不能接触油污的产品。

• 应用：主要用于航天等对温度冲击速率要求的领域。

 核心系统与结构组成

无论哪种类型，冷热冲击箱通常包含以下核心系统：

1. 箱体结构：内外箱通常采用高级不锈钢（SUS304），中间填充高强度保温材料（如超细玻璃纤维），确保绝热。

2. 高温系统：采用镍铬合金电加热器，配合高性能风机，确保高温区快速升温和温度均匀。

3. 低温系统：采用机械式压缩制冷，通常使用复叠式制冷系统（两个或多个压缩机串联），以达到-55°C、-65°C甚至更低的温度。

4. 控制系统：

• 核心：PLC（可编程逻辑控制器） + 触摸屏人机界面。

• 功能：设定高低温温度、冲击时间、循环次数、运行模式等，并可实时显示温度曲线和运行状态。

5. 转换机构：

• 两箱式：电机、链条/钢丝绳、提篮。

• 三箱式：气动风门、风道、循环风机。

6. 安全保护系统：超温保护、过流保护、压缩机延时保护、漏电保护、样品异常监控等。

 关键性能参数

在选择和使用冷热冲击箱时，需要关注以下参数：

• 温度范围：高温范围（如 +150°C, +200°C），低温范围（如 -40°C, -55°C, -65°C）。

• 高温槽升温时间：从常温升至高温度所需时间。

• 低温槽降温时间：从常温降低温度所需时间。

• 试验槽温度恢复时间：样品转换后，试验槽温度恢复到设定温度所需时间（通常要求在5分钟内）。这是衡量冲击性能的关键指标。

• 温度转换时间：从高温到低温或反之的切换时间，通常要求在 10秒以内（两箱式可做到5秒内）。

• 温度波动度：设备在稳定时，控制点温度的波动范围。

• 温度均匀度：在稳定时，测试区域内各点的温度差异。

• 样品篮尺寸/负载能力：能够容纳的样品大小和重量。

• 主要应用领域

• 电子电器：PCB、IC芯片、LED、汽车电子、手机、电脑、家电等

• 航空航天：卫星、飞机零部件、导航系统。

• 汽车行业：发动机控制单元、传感器、连接器、轮胎、密封件。

• 材料科学：塑料、橡胶、金属、复合材料、涂层、粘合剂。

• 科研机构与质检单位。

 标准与规范

冷热冲击试验通常遵循一系列国际和国家标准，例如：

• IEC 60068-2-14

• MIL-STD-810H

• JESD22-A104

• GB/T 2423.22

这些标准对试验条件（温度、时间、转换时间、循环次数）做出了明确规定。

安全操作与注意事项

1. 严禁测试物品：易燃、易爆、易挥发性物品及强腐蚀性物质。

2. 样品摆放：样品应合理放置，确保气流循环畅通，不堵塞风道。

3. 定期检查：定期检查电源线、电气部件、制冷系统压力等。

4. 个人防护：试验过程中及结束后，箱内温度高低，严禁直接用手触摸箱体和样品，需佩戴高温/低温手套。

5. 设备接地：必须确保设备良好接地，以防静电或漏电危险。

6. 紧急情况：熟悉急停开关的位置，遇到异常立即按下。总结

冷热冲击破坏性试验箱是现代工业中的可靠性测试设备，它通过创造严酷的温度剧变环境，在短时间内暴露产品的潜在缺陷，为提升产品质量、可靠性和寿命提供了至关重要的数据支持。选择合适的类型并严格按照规范操作，是确保测试有效性和安全性的关键。