專利名稱：溫度沖擊試驗箱的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種試驗箱，尤其涉及一種新型的溫度沖擊試驗箱， 屬于試驗設備技術領域。(二) 背景技術溫度沖擊試驗箱廣泛用于工業(yè)各部門，但現(xiàn)有的技術存在以下不足1、 篩選溫度是程序設置的，篩選器件處的溫度不可控，造成篩選應力不 可控，導致篩選效果不可控。2、 被篩件相對制冷(熱)氣流的相對方向不能變，導致迎風面與避風面 溫差很大，篩選應力相差很大，造成篩選強度相差很大。3、 篩選試驗在大氣中進行，空氣中的水氣，氧氣及其他有害性氣體在高 溫下，給元器件帶來附加的危害，特別是嚴重的影響元器件引腳的可焊性。4、 篩選的低溫范圍不夠，航天用的器件有的要求在-IO(TC以下工作，而 現(xiàn)有的溫度沖擊試驗箱最低溫度在-80'C以上，滿足不了試驗要求。5、 被篩選器件只能在不工作下進行，在劇烈溫度變化下，被篩選器件 的性能不能測量記錄。(三) 發(fā)明內容1、 目的本實用新型提供一種溫度沖擊試驗箱，它解決了現(xiàn)有技術的不足，其 構思新穎，結構合理，造價低廉，可靠性高。它為試驗設備的發(fā)展開創(chuàng)了 一個新的品種，為提高產品可靠性，提供一條新的技術途徑。2、 技術方案一種溫度沖擊試驗箱，它是方形或長方體的箱形結構，它是由箱體和 溫度測控系統(tǒng)、試件測量及加載系統(tǒng)、試件架及其旋轉系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、 升溫系統(tǒng)和集中測控系統(tǒng)所組成。成。(采購貨架產品)， 熱電偶通過石英玻璃管從該箱頂部中心孔插入試件中間，或由箱體下部通 過試驗架空心軸插入，且貨架及樣品轉動時，它不跟隨轉動，其測得溫度 信號輸向集中測控系統(tǒng)。所述試件測量及加載系統(tǒng)，是由各種電壓電流測量儀器及加載電路 和可編程電源(貨架產品)組成?，F(xiàn)行篩選標準規(guī)定大多數(shù)元器件溫 度沖擊時，不測量性能，不通電，但可靠性老化試驗要求通電檢測。 用此設備迸行PCB板和器件老化篩選時，就需用加載、測量功熊，其 具體要求一般按定貨方通電、檢測要求配置。所述制冷系統(tǒng)，是利用液氮氣化相變吸熱物理特性降溫。該系統(tǒng)由液 氮貯罐、導管、開關控制閥、霧化噴嘴等組成。有一定壓力(3-5個大氣 壓)的液氮，通過導管到控制閥，控制單元根據(jù)控制需要開啟閥使液氮到 噴咀霧化，以便氣化降溫。為了保證溫度控制準確度與精度，本系統(tǒng)采用 一種新型控制技術，即佔空比控制技術?，F(xiàn)在氣、液體控制大多采用比例閥控制，在深低溫下(-196°C)比例閥很難制造，且精度也不高，價格昂蟲 貝。占空比控制技術液氮開關閥，由集中測控系統(tǒng)設置一個適當固定的開關頻率開啟和關 閉，此頻率取決于最大降溫速率，而與溫度差無關，無論溫差是多少，液 氮電磁閥均按設定的頻率開、關。即如圖2的a所示。降溫時，其控制溫差由開啟與關閉之時間長短而定，若試驗溫度與設 置的溫度溫差較大則占空比較大，溫差較小占空比就小；如圖2b所示。 前幾個脈沖持續(xù)時間較長，輸入液氮多，很快將溫度降下來，減小溫差。 因此后面幾個脈沖持續(xù)時間逐漸變小，是因為此時不需要太多液氮氣化。 其占空比時從100%降至1~2%。因為在保溫期間，注入的液氮氣化熱等于箱 體散熱。占空比100%是以最快速度降溫，0%表示不需降溫，在升溫時加熱 電流的控制也是如此。不過此時控制的是整流器的開啟角。所謂占空比r=gxl00% 電磁閥開關頻率(Hz) Tn=f電磁閥開關周期 Td—-電磁閥開啟的持續(xù)時間依據(jù)上面原理，編制相應的軟件填入集中測控系統(tǒng)予以實現(xiàn)。其硬軟 件的主要技術途徑是用軟件實現(xiàn)一定頻率的脈沖并放大控制電磁閥開啟， 電磁閥打開的同時接通一個自保電路。自保電路的自保時間，由集中測控系 統(tǒng)按設置的控制模型計算出來的持續(xù)時間來實施控制自保電器切斷時間， 實現(xiàn)Td的控制。所述升溫系統(tǒng)，由電源、電阻加熱器(貨架產品)、熱電偶溫度計組成。 溫度控制也采用的占空比技術實施控制。其具體方法是控制規(guī)律同降溫， 控制保持用的信號用于整流器的開啟角，或電源開關。所述試件架及其旋轉系統(tǒng)，由試件架、轉動軸、傳動機構、變頻電機 和電源組成;試件架置于沖擊箱內以便放置試件,旋轉機構是固定在沖擊箱 底板上的轉動傳遞，減速控制；變頻電機是動力，固定在箱內下部，轉軸 從沖擊箱底板中心插入箱內，將旋轉機構與試件架相連，并將轉動力傳給 試件架。轉動速度與轉動要求，由轉動控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制。此系統(tǒng)可用支 架安裝在沖擊箱的底板下面。所述集中測控系統(tǒng)由專用控制板、專用控制軟件及工業(yè)計算機組成， 它能按用戶需要通過人機對話實施溫度變化控制、沖擊速率控制、樣品轉 動速度控制、樣品檢測通電等功能的控制與測量、記錄、打印、存儲等多 項功能實現(xiàn)。本實用新型也可用作高低溫快速溫變試驗箱，其各項性能指標全面超 過現(xiàn)有高低溫快速溫變試驗箱。3、優(yōu)點及效果(1)用液氮制冷的優(yōu)點a. 解決了-12(TC -15(TC的深低溫要求；b. 沖擊試驗箱結構簡單，造價低，通常只有用制冷機的1/2 1/3的造價；c. 液氮是制氧的附產品，是空氣的主要組成部分，用液氮制冷，運行 費便宜，維修費省，可靠性高，利于環(huán)保；d. 溫度沖擊箱工作和維修時，不排出污染空氣環(huán)境的機油和氟利昂氣 體，有利環(huán)保；e. 保證篩選器件始終在無有害氣體、無氧、無水的惰性氣氛氮氣中進 行高低溫試驗，不會有水汽、氧氣和其它有害氣體帶來額外的損傷。(2 )開關頻率與占空比控制的優(yōu)點
用開關式液壓閥控制，系統(tǒng)不易穩(wěn)定，控制精度也不高;用適當?shù)氐拈_ 關頻率來周期性地開啟開關式液壓閥，用占空比控制的辦法來控制溫度準 確度。這種控制技術，由于閥的開啟時間與溫度誤差沒有關系，而誤差只 用于開關打開的時間長短，該方法理論分析控制精度可無限提高，不存在 控制小信號的死區(qū)，屬于無偏控制，可以很輕易地實現(xiàn)士0.5"的精度。由
于使用的是開關式閥，構造簡單，造價便宜，易于調試，維修簡單。升、 降溫過程可實現(xiàn)線性變溫速率控制。
(3 )旋轉試驗架的優(yōu)點
由步進電機帶動的試驗架，可以根據(jù)試件特性，設置轉動模式、正返 轉模式時不需引線環(huán)。連續(xù)單向轉動模式時，需用導電環(huán)與電刷配合將電 源引入，電信號引出。
勿需引線的器件篩選模式，其優(yōu)點是在不斷改變迎風方向，使試件受 力均勻，篩選效果好。
溫度沖擊時，溫度范圍、沖擊速度可以精確控制，可以避免過試驗或 欠試驗情況，保證溫度沖擊的科學性，數(shù)據(jù)的準確性。 (4 )本實用新型參數(shù)優(yōu)異，性能良好，可達到
溫度范圍從-120°C~ +250°C (300°C)可調可控 溫度變化率±5°C/min ±100°C/min可調可控 溫度控制試驗樣品中間，且溫度控制精度高士0.5'C (保溫時)。


圖l本實用新型結構示意方框圖
圖2a占空比控制一電磁閥開啟頻率示意圖
圖2b占空比控制一電磁閥降、保溫時開啟保持時間示意圖
圖中符號說明如下
1新型溫度沖擊試驗箱；2溫度測試系統(tǒng)；3試件測量及加載系統(tǒng); 4制冷系統(tǒng)；5升溫系統(tǒng)；6試件架及其旋轉系統(tǒng)；7集中測控系統(tǒng)；8 電源；9液氮貯罐。
Tn電磁闊開關周期；Td電磁閥開啟的持續(xù)時間；t時間軸
Tdi為第i次開啟持續(xù)時間。 具體實施方式
見圖l、圖2ff示， 一種溫度沖擊試驗箱l，它是方形或長方體的 箱體結構，它是由箱體、溫度測試系統(tǒng)2、試件測量及加載系統(tǒng)3、制冷系 統(tǒng)4、升溫系統(tǒng)5、試件架及其旋轉系統(tǒng)6、集中測控系統(tǒng)7、電源8和液 氮貯罐9組成。
所述箱體是由金屬材料制成的箱形結構件；
所述溫度測試系統(tǒng)2 ，是由熱電偶及其配套部件組成。(采購貨架產品)， 熱電偶通過石英玻璃管從該箱頂部或底部中心孔插入試件中間，且貨架及 樣品轉動時，它不跟隨轉動，其測得溫度信號輸向集中測控系統(tǒng)7。
所述試件測量及加載系統(tǒng)3，是由各種電壓電流測量儀器及加載電 路和可編程電源(貨架產品)組成。現(xiàn)行篩選標準規(guī)定大多數(shù)元器件 溫度沖擊時，不能測量性能，不通電。但用此設備進行老化試驗和快 速溫變箱用時，就必須通電， 一般按需方具體通電與檢測要求配置。
所述制冷系統(tǒng)4，是利用液氮氣化相變吸熱物理特性降溫。該系統(tǒng)由 液氮罐、導管、開關控制閥、霧化噴嘴組成。為了保證溫度控制準確度與 精度，本系統(tǒng)采用一種新型控制技術。即本專利中采用的占空比控制技術。
液氮開關，由集中測控系統(tǒng)設置一個適當?shù)拈_關頻率，此頻率與溫度 差無關。無論溫差是多少，液氮電磁閥按一定的頻率開關。即如下圖2a所
其控制溫差由開啟與關閉之時間長短而定，若試驗溫度與設置的溫度 溫差較大則占空比較大，溫差較小占空比就??；如圖2b所示。前幾個脈 沖持續(xù)時間較長，輸入液氮多，很快將溫度降到為了減小溫差。后面閥開 啟持續(xù)時間逐漸變小，其占空比時從100%降至1 2%。占空比100%是以最 快速度降溫，0%表示不需降溫，在升溫時應是如此。
所謂占空比r二lf xl00% #——電磁閥開關頻率(Hz)
Tn=+電磁閥開關周期 Td- —電磁閥開啟的持續(xù)時間Tdi——為第i次電磁閥開啟持續(xù)時間。
研制相應的硬、軟件填入集中測控系統(tǒng)予以實現(xiàn)。其硬、軟件的主要 技術途徑是用軟件實現(xiàn)一定頻率的脈沖經放大，控制電磁閥開啟，電磁 閥開啟的同時接通一個自保電路。自保電路的自保時間由集中測控系統(tǒng)計 算出來的持續(xù)時間實施控制。
所述升溫系統(tǒng)5，由電源、電阻加熱器和熱電偶溫度計組成。溫度控 制可以用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，也可用上面采用的占空比控制。
所述試件架及其旋轉系統(tǒng)6，由試件架、轉動軸、旋轉機構、變頻電
機和電源組成;試件架置于沖擊箱內以便放置試件，旋轉機構是固定在沖 擊箱底板上的轉動傳遞，減速控制；變頻電機是動力，固定在箱內下部， 轉軸從沖擊箱底板中心插入箱內，將旋轉機構與試件架相連，并將轉動力 傳給試件架。轉動速度與轉動方向要求，由轉動控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制。
所述集中測控系統(tǒng)7由專用控制板、專用控制軟件及工業(yè)計算機組成， 它能按用戶需要實施溫度變化范圍控制、沖擊溫度速率控制、樣品轉動速 度與方向控制及樣品檢測加載通電等功能的控制與測量、記錄、打印、存 儲等多項功能實現(xiàn)。
本實用新型也可用作高低溫快速溫變試驗箱，老化篩選箱。功能及其 各項性能指標，全面超過現(xiàn)有溫度沖擊試驗箱、高低溫快速溫變試驗箱。
權利要求1、一種溫度沖擊試驗箱，它是長方體的箱形結構，其特征在于它是由箱體、溫度測控系統(tǒng)、試件測量及加載系統(tǒng)、試件架及旋轉系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)和集中測控系統(tǒng)所組成；所述箱體是由金屬材料制成的箱形結構件；所述溫度測控系統(tǒng)，是由熱電偶及其配套部件組成；熱電偶通過石英玻璃管從該箱頂部中心孔插入試件中間；所述試件測量及加載系統(tǒng)，是由電壓電流測量儀表及加載電路和可編程電源組成；它位于箱外；所述制冷系統(tǒng)，是由液氮貯罐、導管、開關控制閥、霧化噴嘴組成；液氮貯罐、導管、開關控制閥位于箱外，霧化噴嘴置于箱的上部；所述升溫系統(tǒng)，由電源、電阻加熱器、熱電偶溫度計組成；電阻加熱器位于箱內上部；所述試件架及其旋轉系統(tǒng)，由試件架、轉動軸、旋轉機構、變頻電機和電源組成；試件架置于沖擊箱內，旋轉機構是固定在沖擊箱底板上，轉軸從沖擊箱底板中心插入箱內，將旋轉機構與試件架相連，變頻電機固定在箱內下部，此系統(tǒng)用支架安裝在沖擊箱內部的下方；所述集中測控系統(tǒng)由專用控制板、專用控制軟件及工業(yè)計算機組成，該系統(tǒng)放置在箱外。
2、根據(jù)權利要求1所述的一種新型的溫度沖擊試驗箱，其特征在于該熱 電偶通過石英玻璃管從該箱底部中心孔插入試件中間。
專利摘要一種新型的溫度沖擊試驗箱，是長方體的箱形結構，它由箱體、溫度測控系統(tǒng)、試件測量及加載系統(tǒng)、試件架及其旋轉系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)和集中測控系統(tǒng)所組成。溫度測控系統(tǒng)，是由熱電偶及其配套件組成，熱電偶通過石英玻璃管從箱頂或底部中心孔插入試件中間；試件測量及加載系統(tǒng)，是由各種測量儀器及加載電路和相應電源組成，它位于箱外；制冷系統(tǒng)中的液氮貯罐、導管、開關控制閥及控制單元位于箱外，霧化噴嘴置于箱內；升溫系統(tǒng)，由電源、電阻加熱器、溫度控制單元組成；試件架及其旋轉系統(tǒng)，由試件架、轉動軸、旋轉機構、電源組成；集中測控系統(tǒng)由控制板、控制軟件及工業(yè)計算機組成，該系統(tǒng)放置在箱外。本實用新型參數(shù)優(yōu)異、性能良好、用途廣泛。
文檔編號G01R31/00GK201413372SQ20092010568
公開日2010年2月24日 申請日期2009年2月10日 優(yōu)先權日2009年2月10日
發(fā)明者王德言 申請人:王德言