一种高低温试验设备及其试验方法与流程

本发明属于高低温试验设备制造领域和电子电工产品环境试验领域，通过实时测量进行高低温试验的受试品的温度响应值，确定受试品是否已经达到了温度稳定，再对受试品通电测试或者调节试验设备的温度为另外的要求值进行试验。通过实测法，可以减少影响试验质量的不确定因素带来的不利影响，保证试验精度和质量。

背景技术：

高低温试验设备是现代电子设备制造、通讯制造、汽车制造等行业广泛使用的一种环境试验设备。高低温试验设备一般有设备箱体，风循环系统，加热系统和制冷系统，嵌入式控制器，温度传感器组成。高低温试验设备的工作原理：温度传感器负责采样试验区域内的温度值，并把采样的温度数据输入试验设备的嵌入式控制器，嵌入式控制器把温度数据和试验要求的试验规定值进行比较并进行相应的处理，形成控制指令，控制制热系统和制冷系统的工作状态，使高低温试验设备继续加热和继续制冷，温度传感器继续采样温度数据并输入到控制系统，完成试验闭环控制。

该高低温试验设备通过对受试品施加规定的高温应力、低温应力或者高低温循环交变应力，可以加速激发受试品内部的缺陷形成故障，针对故障，采取纠正措施改进产品的设计和制造工艺，提高产品质量和可靠性。

常规温度试验流程：①把受试品放入高低温试验设备的试验区中，把受试品和测试设备连接好，②调节试验设备的温度到试验规定值，保持该温度一定时间使受试品达到温度稳定，③启动受试品通电工作并测试受试品的工作状态(按照需要通电工作需要保持规定的时间)，④调整试验设备的温度到另外的温度值，或者恢复到常温条件，结束试验。

为保证试验质量，我国、国际的试验标准都要求受试品放置在试验设备后，必须在规定的温度条件下保持一定时间，以使产品达到温度稳定，即产品表面的温度达到了试验规定值，产品内部的温度场达到了热平衡。然后再对产品通电测试或者调节到另外的试验温度值。产品是否达到了温度稳定是影响试验质量的关键因素。

受试品达到温度稳定的时间是动态的，具有一定的随机性，一般受到以下因素的影响：①受试品自身的尺寸重量及构造，②试验条件，③同时进行受试品的数量和放置方式，④高低温试验设备的性能，⑤保障高低温试验设备正常运行的电、冷却水循环系统、试验室环境条件。

为了使受试品达到温度稳定，目前的方法是统一设置一个固定的时间，这样会造成欠试验，影响试验的精度和质量；也会造成过试验，给受试品造成损害。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种高低温试验设备及其试验方法，采取单个或多个可移动温度传感器实测受试品的温度值，实时自动确定产品是否达到了温度稳定时间，实时确定产品是否达到温度稳定状态，避免了影响试验稳定的不利因素的影响，提高试验效率并保证试验质量。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种高低温试验设备，包含放置受试品的试验区域2、嵌入式控制器1、加热系统5、制冷系统6、布置在试验区域出风口的固定温度传感器4和布置在试验区域内的多个可移动温度传感器3；

所述嵌入式控制器1根据选择的控制模式接收固定温度传感器4或者任意个可移动温度传感器3输入的温度数据，将实时测量的温度数据与试验规定值进行比较，根据比较结果形成并向制冷系统或加热系统发出控制指令，控制制冷系统或加热系统向试验区域降温或加温，使试验区域的温度达到试验规定值。

优选地，所述控制模式包含有以下几种：

1)多路平均控制：嵌入式控制器1先将各个可移动温度传感器3采集的温度数据进行平均，得到平均值，再将平均值与试验规定值进行比较，若平均值在试验规定值允许容差的范围内，则认为试验区的温度值达到了试验规定值，嵌入式控制器1向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低加热系统或制冷系统的工作功率，否则向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率；

2)单点控制：嵌入式控制器1将任意一个被指定的可移动温度传感器3采集的温度数据与试验规定值进行比较，若该值在试验规定值允许容差的范围内，则认为试验区的温度值达到了试验规定值，嵌入式控制器1向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低加热系统或制冷系统的工作功率，否则向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率；

3)多点与控制控制：先分别设定各采集点应达到的试验规定值，再将各个温度传感器采集的温度数据与对应的采集点的试验规定值进行比较，当所有采集点采集的温度数据都在试验规定值允许容差的范围内，则认为试验区的温度值达到了试验规定值，嵌入式控制器1向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低功率工作，否则向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率。

优选地，所述嵌入式控制器1包含若干个温度传感器信号输入接口、至少二个信号输出接口，微处理器、存储器、接口芯片、电源输入接口和软件；

所述温度传感器信号输入接口用于连接固定温度传感器、可移动温度传感器，将固定温度传感器、可移动温度传感器采集的温度数据传输给微处理器；

所述微处理器用于从存储器上调取驻留软件根据确定控制模式，并将试验过程中各个温度传感器的温度数值存储到存储器上；

所述二个信号输出接口分别连接加热系统和制冷系统，将微处理器输出的控制指令发送给加热系统和制冷系统。

优选地，所述嵌入式控制器1还包含温度指示装置，用于实时显示各采集点的实际温度数据、各采集点试验规定值、温度数据与试验规定值的差值。

优选地，所述温度指示装置采用图形显示方式或者文本显示方法。

优选地，所述嵌入式控制器还包含启动指令输出接口，所述启动指令输出接口与受试品连接，当微处理器认为试验区域的温度值达到了试验规定值时则通过启动指令输出接口向受试品发出启动指令。

本发明还提供了使用高低温试验设备的试验方法，包含以下步骤：

一、把受试品放入试验区中，确定控制模式，根据控制模式将可移动温度传感器布置在试验区域里面，可移动温度传感器和/或固定温度传感器采集温度数据；

二、嵌入式控制器把采集得温度数据与试验规定值进行比较，根据比较结果向制冷系统或制热系统发出控制指令，控制制冷系统或加热系统启动或停止工作，或者提高或降低制冷系统或加热系统的工作功率，使试验区的温度达到试验规定值；

三、当试验区的温度稳定后，对受试品进行通电测试。

优选地，所述控制模式包含：

1)多路平均控制：嵌入式控制器1先将各个可移动温度传感器3采集的温度数据进行平均，得到平均值，再将平均值与试验规定值进行比较，若平均值在试验规定值允许容差的范围内，则认为试验区的温度值达到了试验规定值，向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低加热系统或制冷系统的工作功率，否则嵌入式控制器1向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率；

2)单点控制：嵌入式控制器1将任意一个被指定的可移动温度传感器3采集的温度数据与规定值进行比较，若该温度数据在试验规定值允许容差的范围内，则认为试验区的温度值 达到了试验规定值，嵌入式控制器1向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低加热系统或制冷系统的工作功率，否则向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率；

3)多点与控制控制：先分别设定各采集点应达到的试验规定值，再将各个温度传感器采集的温度数据与对应的采集点的试验规定值进行比较，当所有采集点采集的温度数据都在试验规定值允许容差的范围内，则认为试验区的温度值达到了试验规定值，嵌入式控制器向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低功率工作，否则向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率。

与现有技术相比，本发明改变了高低温试验设备的试验方法，改变了温度传感器配置数量，高低温试验设备具备单路、多路温度测量及采样的能力，根据实测的受试品的温度值作为控制基准，确定受试品是否已经达到温度稳定，使试验设备自动适应不同受受试品、精确控制温度稳定时间，精确控制试验。

附图说明

图1为本发明一种高低温试验设备的结构示意图。

图2为本发明一种高低温试验设备的工作原理示意图。

标记说明

1——嵌入式控制器 2——试验区域 3——可移动温度传感器 4——固定温度传感器 5——加热系统 6——制冷系统 7——出风口 8——试验箱门。

具体实施方式

如图1所示，一种高低温试验设备，包含放置受试品的试验区域2、嵌入式控制器1、加热系统5、制冷系统6、布置在试验区域出风口的固定温度传感器4和布置在试验区域内的多个可移动温度传感器3。下面对各个部件作一一说明。

试验区域，此区域内温度是受控制的，一般高低温极值为：-70度～180度，温度精度、温度均匀性、温度波动度等指标均满足国家相关标准。

嵌入式控制器中包含：

1)多路温度传感器输入接口，通过增加温度传感器输入接口数量，使其具备多路温度传感器信号输入能力。温度传感器输入接口的数量主要取决于高低温试验设备的试验容积。

2)微处理器，根据控制模式将采集到的温度数据与试验规定值进行比较，根据比较结果向制冷系统或制热系统发出控制指令，控制制冷系统或制热系统向试验区降温或加温，使 试验区域的温度达到试验规定值。

3)二个信号输出接口，分别连接加热系统和制冷系统，将微处理器输出的控制指令发送给加热系统和制冷系统。

4)温度指示装置，进行实验控制时，实时显示各采集点的实际温度数据，各点试验规定值，温度数据与试验规定值的差值。显示方式可以用图形显示方式，也可以通过文本形式显示)。

5)存储器，实时记录并保存多路温度传感器采样的温度数度，并且驻留控制软件。

6)启动指令输出接口：嵌入式控制器可以在试验区的温度稳定后通过信号输出接口向实验产品发出启动指令，可以启动测试产品。启动指令种类可以是数字信号，可以是离散量型号，也可以是模拟型号。

嵌入式控制器还包含接口芯片、电源输入接口以及与远程设备进行连接的接口。

可移动温度传感器，在进行试验时候可以把可移动温度传感器放置在受试品附近，也可以放置到受试品的内部，试验区的内部增加放置可移动温度传感器的装置。原有的安装在高温低试验设备出风口7的固定温度传感器仍然保留。

制冷系统，由制冷压缩机，冷凝器，阀门，冷却水管道等组成。

加热系统，主要由加热器组成。

温度控制基准点选择：高低温试验设备温度控制的采集点不仅是高低温试验设备的出风口处的固定温度传感器，也可以是试验区测试产品附近的任意指定的一个温度传感器，或任意指定的多个温度传感器。这样，不仅可以的对测试产品附近的温度场进行测量，同时也对测试产品外部温度、测试产品内部的温度场进行测量。

测试流程如下：

一、试验启动后，打开试验箱门8，把受试品放入试验区域中，确认控制模式，采用固定传感器控制，还是选用移动传感器进行控制，如果是后者，需要将移动传感器布置在试验区域里面，固定温度传感器和/或可移动温度传感器将实时采集到的温度数据传输给嵌入式控制器。

二、嵌入式控制器按照预先设定的控制模式：如产品附近的温度场温度全部达到了某个设定值区域内，并且变化率不大于某个试验规定值，或者产品内部的温度场达到了某个设定值区域内，并且温度变化率达到了试验规定值，则该受试品达到了温度稳定。

三、当达到了温度稳定后，试验设备给实验操作人员发出信号，对受试品通电测试。试验设备也可以直接发出信号，启动试验测试设备，开始对受试品进行通电测试；也可以控制试验设备的温度到下一个试验规定值。

控制模式：试验设备的控制模式有多种方式，包括单点控制法、多点平均值控制法和多点与控制控制。

1)多路平均控制。假设有4个移动传感器，编号分别为P₁，P₂，P₃，P₄，采集的温度值分别为T₁，T₂，T₃，T₄，试验规定值为T_set，允许容差为T_t。若T₁，T₂，T₃，T₄的平均值在T_set±T_t范围内，则认为试验区的温度值达到了试验规定值，向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低加热系统或制冷系统的工作功率，否则向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率。多路平均控制适合体积比较大的试验品。

2)单点控制。当P₁，P₂，P₃，P₄中任意一个被指定的传感器的温度达到试验规定值的允许容差内时，认为试验区的温度值达到了试验规定值，向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或者制冷系统停止工作或者降低加热系统或制冷系统的工作功率，否则向制冷系统或加热系统发出控制指令，让加热系统或制冷系统启动工作或者提高加热系统或制冷系统的工作功率。

3)多点与控制控制。多点与控制包括两种类型，第一种类型是所有的温度点都必须达到同样的要求温度值，第二种是各个点的温度值是不同的，各个点温度必须达到分别的试验规定值。

试验区域内各个温度点是有规律的，靠近试验箱门的温度点温度的变化会滞后于其他温度点(因为这些点离冷热源更远)，而且由于放置了受试品，试验区域内的温度点是存在偏差的，所有点都达到同一个值实际上很难实现。多个点进行于控制时候，首先要确定控制方式。1)靠近试验箱门的温度点设得低一些。如(T₁，T₂，T₃，T₄，)，其中前二个点靠近试验箱门，后二个点靠近冷热出风口。假设试验区温度是55度，则设(53度，53度55度，55度)。由于存在温度梯度，后二个点一般会早于前二个点达到试验规定值。如果后二个点还低于试验规定值，则嵌入式控制器控制加热系统继续加热，如果已经接近试验规定值，则减低加热功率，避免试验区域内温度过冲。低温状态情况类似，如果还没有达到试验规定值，则嵌入式控制器控制制冷系统继续制冷，或者减少制冷机组的功率，避免过冲(实际温度在一定时间内超出试验规定值)

多点与控制控制适合于大型复杂受试品，适合于数量较多的受试品。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。