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各部門，但現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。它為試驗設備的發展開創了 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、試件測量及加載系統、試件架及其旋轉系統、制冷系統、 升溫系統和集中測控系統所組成。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。所述試件測量及加載系統，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。現行篩選標準規定大多數元器件溫 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，是利用液氮氣化相變吸熱物理特性降溫。該系統由液 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，本系統采用 一種新型控制技術，即佔空比控制技術。現在氣、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—-電磁閥開啟的持續時間依據上面原理，編制相應的軟件填入集中測控系統予以實現。其硬軟 件的主要技術途徑是用軟件實現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 統按設置的控制模型計算出來的持續時間來實施控制自保電器切斷時間， 實現Td的控制。所述升溫系統，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，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，由轉動控制系統實現控制。此系統可用支 架安裝在沖擊箱的底板下面。所述集中測控系統由專用控制板、專用控制軟件及工業計算機組成， 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。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 過現有高低溫快速溫變試驗箱。3、優點及效果(1)用液氮制冷的優點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，利于環保；d. 溫度沖擊箱工作和維修時，不排出污染空氣環境的機油和氟利昂氣 體，有利環保；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點
用開關式液壓閥控制，系統不易穩定，控制精度也不高;用適當地的開 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，屬于無偏控制，可以很輕易地實現士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、 降溫過程可實現線性變溫速率控制。
(3 )旋轉試驗架的優點
由步進電機帶動的試驗架，可以根據試件特性，設置轉動模式、正返 轉模式時不需引線環。連續單向轉動模式時，需用導電環與電刷配合將電 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，數據的準確性。 (4 )本實用新型參數優異，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；3試件測量及加載系統; 4制冷系統；5升溫系統；6試件架及其旋轉系統；7集中測控系統；8 電源；9液氮貯罐。
Tn電磁闊開關周期；Td電磁閥開啟的持續時間；t時間軸
Tdi為第i次開啟持續時間。 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2、試件測量及加載系統3、制冷系 統4、升溫系統5、試件架及其旋轉系統6、集中測控系統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7。
所述試件測量及加載系統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。現行篩選標準規定大多數元器件 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4，是利用液氮氣化相變吸熱物理特性降溫。該系統由 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，由集中測控系統設置一個適當的開關頻率，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，溫差較小占空比就小；如圖2b所示。前幾個脈 沖持續時間較長，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- —電磁閥開啟的持續時間Tdi——為第i次電磁閥開啟持續時間。
研制相應的硬、軟件填入集中測控系統予以實現。其硬、軟件的主要 技術途徑是用軟件實現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計 算出來的持續時間實施控制。
所述升溫系統5，由電源、電阻加熱器和熱電偶溫度計組成。溫度控 制可以用傳統的控制系統，也可用上面采用的占空比控制。
所述試件架及其旋轉系統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，由轉動控制系統實現控制。
所述集中測控系統7由專用控制板、專用控制軟件及工業計算機組成， 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。
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、試件測量及加載系統、試件架及旋轉系統、制冷系統、升溫系統和集中測控系統所組成；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，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，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，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，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，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，此系統用支架安裝在沖擊箱內部的下方；所述集中測控系統由專用控制板、專用控制軟件及工業計算機組成，該系統放置在箱外。
2、根據權利要求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、試件測量及加載系統、試件架及其旋轉系統、制冷系統、升溫系統和集中測控系統所組成。溫度測控系統，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，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，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，由試件架、轉動軸、旋轉機構、電源組成；集中測控系統由控制板、控制軟件及工業計算機組成，該系統放置在箱外。本實用新型參數優異、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 優先權日2009年2月10日
發明者王德言 申請人:王德言