溫度環境試驗及其標準綜述（三）溫度試驗的試驗條件和剪裁方法

蔡良續，祝耀昌，于江波，王克強

（中國航空綜合技術研究所，北京 100028）

4 溫度變化試驗

僅在HB 6167/6167A 和GB/T 2423 兩個系列標準中有溫度變化試驗項目，GJB 150/150A中沒有此試驗程序。與溫度沖擊試驗相比，溫度變化試驗要求在溫度變化過程中不斷檢測試件的功能和性能參數，而且用一個試驗箱或一個室進行試驗，即通常的高低溫試驗箱進行試驗。溫度變化試驗的參數包括上限溫度、下限溫度，在上下限溫度下的保持時間，溫度變化速率，溫度變化循環次數，每個循環的總時間取決于試驗件在上、下限溫度下保持的時間和溫度變化速率、試驗樣品溫度達到穩定的時間等。

4.1 HB 6167/6167A 的溫度變化試驗

1）上、下限溫度

溫度變化試驗的上限溫度一般采用高溫工作試驗溫度，下限溫度采用低溫工作試驗溫度。

2）溫度變化速率

溫度變化速率取決于受試產品在平臺上的位置，例如HB 6167 /6167A 中明確規定。

A 類：飛機外部或內部設備，最小10℃/min。

B 類：飛機內部溫度不控制或部分控制區內的設備最小5℃/min。

C 類：飛機內部溫度控制區內的設備，最小2℃/min。

S1 類：飛機外部或內部設備，已知其溫度變化速率大于10℃/min。

3）高低溫保溫時間

HB 6167/6167A的溫度變化試驗在上、下限溫度的保持時間有些特別，例如在高溫工作溫度下(即溫度變化試驗的上限溫度)，要求設備在工作狀態下達到溫度穩定，而后斷電在非工作狀態保持至少2min，溫度變化過程中設備必須工作并檢測功能；在低溫工作溫度下(即溫度變化試驗下限溫度)，要求設備在工作狀態下達到溫度穩定后再工作1h，接著讓設備在斷電的非工作狀態下保持30min，而后再讓設備工作并升溫和檢測性能，不僅在溫度變化期間檢測設備的功能和性能，而且在高低工作溫度下也要測量受試產品的功能和性能，確定是否符合有關設備最低性能標準。

4）循環次數

HB 6167/6167A 規定至少兩個循環。若在一個循環的溫度變化期間能夠測量完受試產品的功能和性能，則只需要在第二循環溫度變化期間測量功能和性能；若需要N 個循環的溫度變化期間才能檢測完全部功能和性能，則應進行N 個循環。

表1 各種標準中的溫度試驗項目及試驗條件匯總

表1 （續） 各種標準中的溫度試驗項目及試驗條件匯總

表1 （續） 各種標準中的溫度試驗項目及試驗條件匯總

此外，還規定要控制箱內空氣濕度，防止產品上出現凝露。

4.2 電工電子產品溫度變化試驗

GB/T 2423.22《電工電子產品環境試驗第2 部分：試驗方法，試驗N：溫度變化》該標準中既包括溫度沖擊試驗程序，也包括溫度變化試驗程序，其溫度變化試驗方法比HB 6167/6167A 簡單，同樣是在溫度循環期間進行功能性能檢測，但未規定一個循環中檢測的具體時機和多少個循環后進行檢測。

1）溫度

分別從GB/T 2423.1 和GB/T 2427.3 兩個標準的溫度等級中選取低溫值和高溫值。

2）溫度變化速率

給出(1±0.2)℃/min，(3±0.6)℃/min 或(5±1)℃/min 三個可選速率。強調應是5min 的平均值，而不是全程平均值。這一要求使升溫曲線趨向于線性化的直線，從而迫使試驗箱溫度變化過程中反復啟動冷機和加熱器，這一做法并不符合實際情況且浪費能源。

3）持續時間

持續時間取決于高低溫的保持時間和溫度變化的時間。高低溫下保持時間為3h 或有關規范規定，溫度變化所用的時間根據變化幅度和所用變化速率計算。

4）循環次數

一般為兩次。

5 溫度組合試驗

溫度組合試驗是指將各單個高低溫貯存、工作、短時工作和溫度變化試驗連續合理地安排成一個試驗項目，以省去單獨實施各個試驗項目必須多次重復進行的初始檢測和最終檢測的工作量，即把這些檢測工作量簡化成一個初始檢測和一個最終檢測，而各個試驗項目中的中間檢測照常進行。

5.1 溫度試驗條件剪裁

環境試驗剪裁包括試驗項目剪裁、試驗項目順序剪裁、試驗條件剪裁和試驗步驟剪裁。本文僅討論溫度試驗條件的剪裁。

5.2 GJB 150A 試驗溫度剪裁

GJB 150.3A/4A/5A 三個溫度試驗標準的應用，需要進行適當的剪裁，基本做法如下：

1）高低溫貯存試驗溫度剪裁

高低溫貯存試驗溫度取決于裝備未來壽命期貯存（停放）的場合，若裝備貯存于野外露天，則其經受的貯存環境屬于自然環境，取決于自然環境中太陽輻射誘發的高溫和致冷輻射造成熱缺失引起的低溫，分別比自然界環境空氣溫度高15℃～20℃或低3℃～5℃。應根據確定的設計風險(時間風險)從MIL-HDBK-310《軍用產品研制用的全球氣候數據》中選取，美國政府文件AR 870-38《極端氣候條件下裝備的研究、研制、試驗與評價》中除嚴冷溫度推薦20%出現頻率、降雨推薦0.5%出現頻率外，其余氣候因素均考慮推薦1% 出現頻率。GJB 150.3A/4A 中的貯存溫度均是按照這一出現頻率從世界最熱和最冷地區的數值數據中選取的。當研制裝備任務書限定了未來的應用地域，而不是全球使用，則可從MILHDBK-310 中選擇相應氣候區中按選定的出現頻率查找出相應的極端溫度，作為貯存溫度。

需要指出的是，GJB 150.3A 采用高溫日循環貯存試驗來模擬裝備壽命期貯存狀態遇到的由太陽輻射引起的高溫日循環溫度循環范圍為33℃～71℃，它對應于世界最熱地區的1%出現頻率，該日循環峰值溫度71℃是與GJB 150.3《高溫貯存試驗》的溫度70℃同樣是世界最熱地區1%出現頻率的溫度，70℃是制訂GJB 150.3 時將71℃圓整化的結果。GJB 150.4A 的低溫貯存試驗溫度-51℃，是世界最冷地區20%出現頻率的極值溫度，如果加上致冷輻射造成的3℃降溫，應為-54℃，這一溫度也與GJB 150.4 低溫貯存溫度-55℃對應。-55℃是制訂GJB 150 時將810C 中的-54℃圓整化的結果。

GJB 150.3A 中的恒定高溫貯存僅適用于貯存在發熱的熱源附近的產品，其溫度取決于熱源，應通過實際測量得出，標準中無法提供數據。

2）高低溫工作溫度剪裁

對于地面露天放置不受太陽直接照射的設備，GJB 150.3A/4A 中的高低溫工作溫度實際上就是1%和20%出現頻率的日循環空氣溫度，是自然界中不受太陽輻射影響的從百葉箱中測出的環境空氣溫度即氣象溫度。高溫日循環工作試驗可直接采用這一自然環境溫度。要說明的是由于高緯度地區冬天太陽輻射誘發溫升很小，日循環溫差幾乎為零，因此其低溫工作試驗不像高溫工作試驗那樣進行日循環。

安裝在武器裝備平臺上的各種軍用設備的工作環境，由于受裝備運動等影響，其工作的環境溫度不再是標準中提供的自然環境的高溫日循環溫度或低溫，因為它不受日循環影響，這些溫度必需通過實測才能得到。

3）溫度沖擊試驗的高溫和低溫的剪裁

如前所述，GJB 150.5A 的溫度沖擊試驗強調模擬真實溫度沖擊歷程，有些設備壽命期內可能只受到低－高或高－低單方向的一次沖擊，有些可能會受到這兩個方向的多次沖擊。沖擊溫度要根據具體情況考慮，一般應是GJB 150.3A/4A 中確定的(高溫是日循環峰值溫度)和低溫作為上下限溫度極值。如果選用GJB 150.5A 中第二個程序《基于日循環的溫度沖擊》則上限溫度包括峰值溫度和日循環中從峰值溫度降到響應溫度所歷經的所有溫度和響應溫度；下限溫度即遇到的低溫極端溫度。低溫可以是地面極端溫度，也可以是空中極端溫度，均可按選定的風險從GJB 1172 或MIL-HDBK-310 中查取。

5.3 GJB 150A 溫度試驗持續時間的剪裁

1）GJB 150.3A日循環高溫貯存試驗的時間，標準中規定為至少7 個循環(168h)，基本上不可以剪裁。

2）GJB 150.3A 恒定高溫貯存試驗的持續時間則為受試產品達到溫度穩定時間再加上至少2h。受試產品達到溫度穩定的時間主要取決受試產品材料和結構，需要按照GJB 150.1A 中規定進行實測確定。標準中規定再加上至少2h 的原因是因為實際進行溫度穩定測量時，關鍵功能部件選擇的合理性，試驗箱升降溫速率和受試產品初始溫度等不同都會影響確定時間的正確性，在測定溫度穩定時間和應用測得的時間數據時，不可能將這些因素考慮周全，因此GJB 150.3A/4A 中硬性加上至少2h；要剪裁只能增加不能減少。

3）GJB 150.3A 中高溫日循環工作試驗的時間至少進行3 個日循環，要剪裁只能增加，但不得超過7 個循環，其可剪裁余地不大。

4）GJB 150.4A 中的低溫貯存試驗持續時間為溫度穩定后加上一段時間，溫度穩定時間同樣要通過測量獲得，而加上的時間不再像GJB 150 那樣一律為24h，而是可以選擇，一般產品不少于4h。帶有限位玻璃等易引起靜疲勞的產品不少于24h，炸藥火工品等為至少72h。因此GJB 150.4A 比GJB 150 更合理。

5）GJB 150.3A 的高溫恒溫工作試驗和GJB 150.4A低溫工作試驗均是恒溫試驗，其確定方法與GJB 150.3A 恒定高溫貯存試驗相同，即溫度穩定時間加上至少2h。

6）GJB 150.5A《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第5 部分：溫度沖擊試驗》中的恒定高溫或低溫上的保持時間原則上是受試產品達到溫度穩定所需時間或者至少其表面溫度達到一致的時間，應通過實測確定，也可借用高低溫試驗中確定的時間。GJB 150.5A 中基于高溫日循環的高溫段的時間，則較為復雜，取決于日循環中從峰值高溫降到響應溫度過程經歷的時間和受試產品在響應溫度上達到溫度穩定或表面溫度達到一致所需的時間。應當指出，表面溫度達到一致需要在表面分布多個傳感器進行測量和比較，并不簡單易行。

7）GJB 150.5A 的轉換時間為1min，少于GJB 150.5的5min，這一規定較為合理，但沖擊次數從GJB 150.5中三個循環6 次沖擊改為某一單向或兩個單向進行一次或3 次沖擊，以模擬實際溫度沖擊方向，需要根據壽命期實際沖擊方向來剪裁確定。如果溫度沖擊試驗的目的不是單純模擬，而是尋找設計問題就更應采用GJB 150規定的沖擊試驗。

（待續）