目前，各工程師在制定標準，執行標準時(shí)對于溫度變化類(lèi)的試驗有很多不同的見(jiàn)解，且此類(lèi)試驗名稱(chēng)過(guò)多，導致實(shí)際應用中出現了一些不恰當的使用方法。本文特對溫度變化類(lèi)試驗進(jìn)行解讀，一方面對各類(lèi)試驗項目進(jìn)行分析，另一方面推薦使用合適的標準項目，以供各工程師參考使用。

溫度變化類(lèi)試驗項目有眾多名稱(chēng)：溫度變化、溫度循環(huán)、溫度交變、快速溫變、溫度沖擊、冷熱沖擊、溫度梯度、分級溫度等名稱(chēng)。且不同體系的標準中應用的試驗方法是不同的，如何區分這些試驗項目，如何選擇試驗項目，這需要對各類(lèi)型試驗的來(lái)源以及其區別進(jìn)行分析。

本文針對的試驗項目是溫度變化類(lèi)的，對于濕熱類(lèi)，溫濕度循環(huán)等試驗項目后續再以專(zhuān)題敘述。

 

1.1 來(lái)源

各類(lèi)標準中的溫度變化試驗均來(lái)源于IEC 60068-2-14 試驗方法N：溫度變化中的 Nb。在特定溫度變?之溫度變化試驗。

 

1.2 定義

溫度變化試驗，為設置一定的溫度變化速率進(jìn)行高溫與低溫之間的轉變。故在實(shí)際應用中有兩類(lèi)：一類(lèi)為慢速的溫度變化試驗，其溫度變化速率＜3℃/min（一般各標準經(jīng)常選擇參數為1℃/min），也既一般應用中的溫度變化、溫度循環(huán)、溫度交變試驗（此三類(lèi)為一種試驗）；另一類(lèi)為快速的溫度變化試驗，其溫度變化速率≥3℃/min（一般各標準經(jīng)常選擇參數為3℃/min、4℃/min、5℃/min、7℃/min、10℃/min），也既一般應用中的快速溫變試驗。溫度變化速率越快，考核越嚴酷。

 

1.3 目的及應用范圍

本試驗適用于組件、裝備或其它產(chǎn)品。為產(chǎn)品模擬帶電工作時(shí)隨溫度的變化，如在系統/組件工作時(shí)快速改變周?chē)鷾囟?。如果系統/組件處在熱浸透溫度（例如安裝在發(fā)動(dòng)機上的系統/組件），高溫階段附加的短暫溫度峰值要確保產(chǎn)品在這期間的基本功能。為避免系統/組件內的電熱擴散抑制系統/組件達到低溫的效果，故在降溫階段將產(chǎn)品關(guān)閉。失效模式為溫度變化引起的電氣故障。

注：本試驗不是壽命試驗。

 

1.4 試驗方法及參數

1.4.1 溫度變化試驗：

各類(lèi)標準中建議采用ISO 16750-4 5.3.1溫度變化試驗，具體試驗程序見(jiàn)圖1及圖2，圖1應用于非發(fā)動(dòng)機艙產(chǎn)品，圖2應用于發(fā)動(dòng)機艙中零部件，因為其具有發(fā)動(dòng)機熄火后的余熱考核，故在溫度變化中加入了極限高溫貯存的考核。

圖1溫度變化曲線(xiàn)

 

TOB：高溫極限工作溫度

TUB：低溫極限工作溫度

工作類(lèi)別3.2：使用13.5V帶電工作

圖2有后續加熱的溫度變化曲線(xiàn)

TOB：高溫極限工作溫度

TUB：低溫極限工作溫度

TNH：發(fā)動(dòng)機熄火后（停車(chē)），出現的*高環(huán)境溫度

工作類(lèi)別3.2：使用13.5V帶電工作

 

 

1.4.2 快速溫變試驗：

目前發(fā)現部分企業(yè)標準中有此類(lèi)項目，如GM3172，其具體試驗方法參加圖3，此類(lèi)試驗屬于加速壽命試驗方法，故一般不推薦應用于認證試驗中。

圖3快速溫變曲線(xiàn)

 

1.5 差異及應用分析

以上的兩項試驗，推薦使用ISO 16750-4 5.3.1溫度變化試驗，由于其更能貼合日常中產(chǎn)品的使用情況，快速溫變試驗適用于壽命加速試驗，其具體的加速因子及方法，后續專(zhuān)稿論述。

 

1.6 重要參數解析

溫度變化試驗的特點(diǎn)：產(chǎn)品在試驗中工作、溫度變化的速率一定、循環(huán)數一般設置30個(gè)循環(huán)以?xún)?、極限溫度值（因此項試驗為工作+存儲類(lèi)試驗，故其極限值根據產(chǎn)品使用情況不同有兩種方案供選擇，具體看參見(jiàn)圖1，圖2）；此為產(chǎn)品性能考核試驗（非壽命試驗）。附表為一外部公司的推薦參數，以供大家參考。

表1 產(chǎn)品溫度變化試驗參數推薦表

 

產(chǎn)品在極限溫度中的貯存時(shí)間參加表2 。

表2 產(chǎn)品重量與其溫度浸入時(shí)間的關(guān)系

從圖4和圖5可以看出，結構比較簡(jiǎn)單的元器件和含元器件、零部件較少的整機，一般選擇5次循環(huán)就可以了。結構比較復雜，所用元器件、零部件較多的整機選擇10次循環(huán)就可以將絕大部分故障原因暴露出來(lái)。為了設備、整機和儀器可靠性更高，有時(shí)也可能選擇20到30次循環(huán)。

圖4 不同設備循環(huán)的選擇

 

圖5 不同設備循環(huán)的選擇

 

2.1 來(lái)源

各類(lèi)標準中的冷熱沖擊試驗均來(lái)源于IEC 60068-2-14 試驗方法N：溫度變化中的Na。在特定時(shí)間內快速溫度變化試驗。

 

2.2 定義

在特定時(shí)間內進(jìn)行快速溫度變化，轉換時(shí)間一般設定為手動(dòng)2～3 分鐘，自動(dòng)少于30 秒，小試件則少于10秒。常用術(shù)語(yǔ)中的溫度沖擊試驗也屬于冷熱沖擊試驗。

 

2.3 目的及應用范圍

   這是一個(gè)加速試驗，模擬車(chē)輛中大量的慢溫度循環(huán)。對應實(shí)際車(chē)輛溫度循環(huán)，用較快的溫度變化率及更寬的溫度變化范圍，加速是可行的。失效模式為因老化和不同的溫度膨脹系數導致的材料裂化或密封失效。本試驗將導致機械缺陷（裂縫），不要求帶電工作。

 

2.4 試驗方法及參數

2.4.1 冷熱沖擊試驗（氣體）：

   有兩種實(shí)現方式，一種為手動(dòng)轉換，將產(chǎn)品在高溫箱和低溫箱之間進(jìn)行轉換；另一種為沖擊試驗箱，通過(guò)開(kāi)關(guān)冷熱室的循環(huán)風(fēng)門(mén)或其它類(lèi)似手段實(shí)現溫度轉換。其中溫度上限、溫度下限為產(chǎn)品的存儲極限溫度值。具體方法參見(jiàn)圖6。

圖6 溫度沖擊曲線(xiàn)

 

2.4.1 冷熱沖擊試驗（液體）：

此試驗來(lái)源于IEC 60068-2-14 試驗方法N：溫度變化中的Nc。實(shí)現方式為吊籃式，將產(chǎn)品放置在吊籃中按照要求浸入不同的溫度液體中。則適用于玻璃－?屬密封及?似產(chǎn)品，因此電器產(chǎn)品中不予考核該項目。

 

2.5 差異及應用分析

以上兩項試驗項目中，推薦使用IEC 60068-2-14 ，Na進(jìn)行試驗。此試驗項目屬于加速考核產(chǎn)品的試驗，IEC60068-2-14 ，Na以及ISO 16750-4 5.3.2冷熱沖擊試驗中推薦的循環(huán)數為5，實(shí)際應用中過(guò)少，推薦使用表3參數。

在此闡明一下IEC 60068-2-14、ISO 16750-4 、MIL-STD-810F及GJB150中對于冷熱沖擊的要求循環(huán)數都為5個(gè)循環(huán)以?xún)?，其原因是該三?lèi)標準對此試驗的定義為：確定裝備能否經(jīng)受其周?chē)髿鉁囟鹊募眲∽兓?，而不產(chǎn)生物理?yè)p壞或性能下降。模擬的情況為：產(chǎn)品的航空運輸、航空下投以及其它產(chǎn)品從不同溫度區域轉移的情況。故如為考核此類(lèi)情況，其試驗執行為樣品存儲類(lèi)試驗，試驗中產(chǎn)品不工作，產(chǎn)品的溫度沖擊次數以產(chǎn)品實(shí)際會(huì )使用到的次數為準，此類(lèi)試驗項目屬于產(chǎn)品可靠性的一種。

由上分析可知，對于我們汽車(chē)類(lèi)產(chǎn)品，執行此標準時(shí)，因為我們考核的模擬情況不一樣，故參數需要進(jìn)行變動(dòng)，主要變動(dòng)參數為：循環(huán)數增加（因應用到汽車(chē)電器產(chǎn)品中為加速老化試驗，故其循環(huán)數一般超過(guò)100）。

2.6 重要參數解析

此試驗有幾個(gè)重要參數需要考慮：循環(huán)數、溫度轉換時(shí)間、溫度保持時(shí)間、溫度極限值（因此項試驗為存儲類(lèi)試驗，故其極限值為存儲極限溫度值）。參考參數設置如表3所示，具體的循環(huán)數來(lái)源為加速模型計算出來(lái)的一個(gè)經(jīng)驗數值，暫不在此文詳述。

表3 冷熱沖擊試驗參數推薦表

 

3.1 來(lái)源

各類(lèi)標準中的溫度梯度試驗均來(lái)源于ISO 16750—4 中5.2 溫度梯度試驗。

 

3.2 定義

依照一定的速率改變溫度，一般取5℃/min，在溫度穩定時(shí)進(jìn)行功能檢測。常用術(shù)語(yǔ)中的分級溫度試驗也屬于溫度梯度試驗。

 

3.3 目的及應用范圍

用于檢查機械和電氣裝置在工作溫度小的局部范圍可能出現的故障。

 

3.4       試驗方法及參數

   將產(chǎn)品安放在溫度箱中，以5℃/min溫度梯度從20 ℃降到Tmin（低溫極限工作溫度），然后以5℃/min溫度梯度從Tmin升到 Trnax（高溫極限工作溫度）,每步都要等到產(chǎn)品達到新的溫度。每當產(chǎn)品到達新的溫度，按產(chǎn)品的*大工作電壓及*小工作電壓對產(chǎn)品的工作模式進(jìn)行功能試驗。在調溫過(guò)程中將產(chǎn)品關(guān)閉。在Tmin和Tmax間的每個(gè)溫度點(diǎn)，產(chǎn)品應保持正常功能，即功能狀態(tài)應符合試驗中及試驗后都正常工作。循環(huán)數一般設置為5個(gè)，此為產(chǎn)品性能考核項目。具體執行方法參加圖7。

 

t時(shí)間，min。

T溫度，℃。

圖7 溫度梯度曲線(xiàn)

 

3.5 差異及應用分析

此項試驗實(shí)際應用中，可以使用溫度變化進(jìn)行替代，溫度變化與其的區別很?。焊邷毓ぷ鳂O限溫度、低溫工作極限溫度、試驗中產(chǎn)品帶電工作、溫度變化速率等重要參數都相近，區別為溫度變化試驗中有高溫余熱存儲溫度極限考核，而溫度梯度試驗僅為工作極限溫度考核，故溫度變化試驗實(shí)際已經(jīng)包括了溫度梯度的效果，建議取消此類(lèi)試驗項目的測試。

 

3.6 重要參數解析

   此試驗有幾個(gè)重要參數需要考慮：極限溫度（因此項試驗為工作類(lèi)試驗，故其極限值為產(chǎn)品工作極限溫度值）、溫度變化速率、循環(huán)數。

 

4.1 風(fēng)速要求

各類(lèi)溫度變化類(lèi)試驗標準中都對溫度變化試驗箱內的風(fēng)速有要求，均要求小于等于2m/S。這一要**要確保受試產(chǎn)品在試驗中不會(huì )因受到過(guò)高的氣流作用，產(chǎn)生與實(shí)際使用中差異過(guò)大的熱傳導。試驗箱內有一定風(fēng)速有利于箱內溫度快速均勻，而風(fēng)速過(guò)大則會(huì )導致受試產(chǎn)品受風(fēng)面熱交換大于背面而在產(chǎn)品內部產(chǎn)生不符合實(shí)際的熱傳導現象。

 

4.2 **濕度要求

MIL-STD-810F中對濕度未作要求，這是基于使用一般材料制成的產(chǎn)品，進(jìn)行溫度沖擊試驗時(shí)濕度對其影響不顯著(zhù)的認識。810F中特別指出，進(jìn)行多孔滲水材料（如纖維材料）試驗時(shí)，因濕氣易滲入產(chǎn)品，在低溫下結冰后膨脹會(huì )導致材料損壞，建議試驗時(shí)考慮控制控制試驗箱的濕度。一般要求箱內**濕度小于或等于20g/m。

 

4.3 對試驗箱空氣溫度恢復時(shí)間的要求

   GJB150.5（同MIL-STD-810 C/D）和GB2423.22（同IEC60068-2-14）對這一要求規定相同，均是小于等于試驗時(shí)間（指產(chǎn)品達到溫度穩定的時(shí)間）的10%，而810F則明確小于等于5min。提出這一要求的目的在于要求試驗箱有較大的熱沉以確保受試產(chǎn)品真正經(jīng)受溫度突然沖擊的環(huán)境。

 

4.4       對箱壁溫度與試驗溫度的差值要求

各類(lèi)標準中還規定了箱壁溫度與試驗溫度的差值要求，這是為了避免因二者之間溫差太大而造成過(guò)大的輻射加熱效應，從而使受試產(chǎn)品產(chǎn)生溫度不均勻。一般規定：≤3%（高溫）、≤8%（低溫）。

 

   由以上分析可知各溫度變化類(lèi)試驗項目的區別及來(lái)源，以及對試驗設備的要求。在實(shí)際應用中推薦大家使用溫度變化試驗項目（ISO16750-4 5.3.1 溫度變化試驗）和冷熱沖擊試驗（ISO 16750-4 5.3.2冷熱沖擊試驗，試驗循環(huán)數推薦使用見(jiàn)表3 ）。