中華人民共和國國家標準
電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規程
溫度變化試驗導則GB 2424.13-81
引言
本導則為有關(guān)設計和試驗人員在應用GB 2423．22-81時(shí)提供指導。
溫度變化試驗的目的，在于確定一次或連續多次的溫度變化對試驗樣品的影響．而不適用于僅僅是考核高溫或低溫的影響作用的試驗，即不用作評定在兩種極端溫度的穩定狀態(tài)下工作時(shí)，產(chǎn)品的電氣、機械性能或材料的性能變化。
溫度變化試驗的嚴酷程度決定于下列諸因素：
(1)條件試驗的高溫和低溫限值；
(2)試驗樣品保持在這些溫度條件中的試驗時(shí)間；
(3)由高到低（或由低到高）溫度間的變化速度；
(4)條件試驗的循環(huán)次數；
(5)試驗樣品輸入或輸出的總熱量。
現場(chǎng)的溫度變化情況
溫度逐漸變化情況
在貯存、運輸或不工作狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)品（設備或裝置）內部的元件，所受到的外界環(huán)境溫度變化的影響要比其外表面的零部件慢些。內部元器件所受到的溫度變化是逐漸變化的．
溫度迅速變化的情況：
(1)當產(chǎn)品從溫暖的室內環(huán)境中搬到寒冷的室外環(huán)境或者是相反情況的時(shí)候．
(2)當戶(hù)外產(chǎn)品或經(jīng)強烈太陽(yáng)輻射后，受到突然的雨淋或浸泡在冷水里突然冷卻時(shí)．
(3)裝在飛機上非密封艙中的產(chǎn)品，在飛機迅速升高或下降時(shí)．
(4)在某些運輸和儲存過(guò)程中．
(5)在某些使用過(guò)程中，如設備開(kāi)動(dòng)后，當內部有高溫度變化梯度的發(fā)熱（如電阻器）或冷卻（如人工冷卻驗裝置）元件時(shí)，該元件或其鄰近的產(chǎn)品就會(huì )因輻射影響而受到溫度迅速變化的應力．
(6)在某些生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì )產(chǎn)生迅速的溫度變化。
溫度變化嚴酷程度除決定于溫度變化速度外，尚有溫度變化幅度、循環(huán)次數及其時(shí)間間隔等參數．
當高溫和低溫之間的交換時(shí)間愈小時(shí)，試驗樣品所受的熱應力愈大。當交換時(shí)間為二、三分鐘時(shí)，小件試驗樣品由于各部分溫度易于均衡，故其所受之熱應力要比大件試驗樣品小得多。
溫度變化時(shí)試驗樣品所受的熱應力，是同該試驗樣品在運輸時(shí)從某一極值溫度大氣中，于數分鐘內轉換到另一極值溫度大氣中有關(guān)。
在某一環(huán)境溫度下，試驗的溫升或溫降對元件或零部件和對設備或裝置的影響是不盡相同的。由低溫環(huán)境轉換到高溫環(huán)境時(shí)，在產(chǎn)品或元件上出現露或霜，會(huì )引起某些附加的應力．在不希望有這些額外應力的地方，必須適當地控制高溫環(huán)境中的濕度，以減少其影響。
2溫度變化試驗的設計
(1)在設計溫變試驗時(shí)，必須確定高溫溫度和低溫溫度值，這可采用有關(guān)產(chǎn)品使用環(huán)境條件標準，或有關(guān)產(chǎn)品標準中規定的溫度變化值指標．
高溫和低溫溫度是指試驗樣品的周?chē)h(huán)境溫度的**溫度和低檔溫度，這些溫度大多數試驗樣品將會(huì )達到，只是時(shí)間稍為滯后一些．在某些情況，如戶(hù)外產(chǎn)品受太陽(yáng)輻射的影響，其高溫值會(huì )大于環(huán)境溫度的上限值．因此這些溫度變化值是試驗樣品使用中短時(shí)間內會(huì )遇到的溫度變化值。
(2)規定從一種溫度到另一種溫度轉換的時(shí)間，若用一箱法試驗時(shí)，則應確定升溫或降溫的速率．這一試驗是加速了的，其變化速率要較實(shí)際的快一些。
(3)規定兩種溫度下的暴露時(shí)間．
(4)從室溫到低溫，經(jīng)過(guò)中間轉換，再到高溫，而后又回到室溫的這一過(guò)程叫做一個(gè)試驗循環(huán)．
(5)確定試驗循環(huán)的次數時(shí)，在給定時(shí)間內試驗的溫度變化次數是比實(shí)際上遇到的次數要多．
3 試驗方法的選用
根據對試驗樣品考核的要求選擇以下試驗方法：
(1)考核溫度變化期間的電氣性能時(shí)，用試驗Nb一具有規定溫度變化率的溫度變化試驗方法．
(2)考核溫度變化期間的機械性能時(shí)，用試驗Nb一具有規定變化率的溫度變化試驗方法。
(3)考核在規定溫度急劇變化次數后的電氣性能，用試驗Na（具有規定轉換時(shí)間的溫度變化試驗方法）或試驗Nc（溫度快速變化、兩液槽法）。
(4)考核機械部件及材料和材料組合耐抗溫度急劇變化的適應性，用試驗Na或試驗Nc．
(5)考核部件的結構耐抗人工應力的適應性，用試驗Na或試驗Nc。
4暴露時(shí)間的選擇
暴露時(shí)間取決于試驗樣品（或其易受損壞部分）達到周?chē)諝饣蛞翰蹨囟葧r(shí)的熱平衡時(shí)間。故應當根據試驗樣品的熱時(shí)間常數來(lái)選擇試樣暴露所需要的時(shí)間。由于大件試驗樣品（產(chǎn)品或設備）內部和表面的熱時(shí)間常數可能相差很大，故以考慮*里面或*易受損壞部分的熱時(shí)間常數為妥。
試驗樣品的熱時(shí)間常數取決于周?chē)橘|(zhì)（在試驗Na和Nb中是空氣，在試驗Nc中是水或，其它液體）的性質(zhì)和運動(dòng)速度。因此，希望在試驗時(shí)的實(shí)際周?chē)h(huán)境條件中通過(guò)試驗把它測定出來(lái)。
試驗樣品在某一周?chē)h(huán)境溫度中的溫度變化，大致符合指數規律．如在高溫試驗時(shí)，當溫度變化幅值為D時(shí)，則試驗樣品的溫升過(guò)程如下式及下圖所示。
注：d為試驗介質(zhì)溫度和試驗樣品溫度之差。
D為冷熱（低溫和高溫）試驗溫度之差，為TB-TA。
由上表可知，若要試驗樣品溫度與試驗介質(zhì)溫度之差d值愈小，則需要的暴露時(shí)間也就愈長(cháng)．一般取d= (0.05～0.02)D即可，即試驗暴露時(shí)間取(3～4)τ就可以了，否則暴露時(shí)間雖然延長(cháng)了較多，而試驗樣品的溫度則變化不大。
5轉換時(shí)間的選擇
在兩箱法兩槽法中，如果是大件試驗樣品，若二、三分鐘內轉換不了，則在對試驗結果沒(méi)有顯著(zhù)影
響的情況下，轉換時(shí)間可以增加為：
t2 ≤0.05 τ
式中t2為轉換時(shí)間，τ為試驗樣品的熱時(shí)間常數，
實(shí)際上，由于大件試驗樣品的熱時(shí)間常數較大，周?chē)^大的溫度變化對其內部部件的影響是較緩慢的
6溫度變化速率的選擇
在一箱法中，當箱體溫度由低溫變到高溫或由高溫變到低溫時(shí)．試驗樣品除受高溫（或低溫）溫度影響外，還受溫度的變化速率的影響。溫度變化速率的選擇應根據試驗樣品在使用或運貯過(guò)程中實(shí)際可能遇到的情況來(lái)確定，本導則第3章提供了一些溫度迅速變化的實(shí)際例子．
對于實(shí)際安裝使用于棚下的某些固定的設備，當需要模擬與溫度日變化有關(guān)的較慢的溫度變化時(shí)（通常這一變化速率大大低于10C/分鐘），這時(shí)雖可應用Nb試驗方法，但溫度變化速率應在有關(guān)標準中加以規定和說(shuō)明．
7應用溫度變化試驗的注意事項
(1)應當了解一個(gè)試驗樣品內部的溫度變化的情況，如溫度變化的速率取決于其所用材料的熱傳導特性，以及熱容量的主體分布及其尺寸的大?。谠囼灅悠繁砻嫔夏滁c(diǎn)的溫度變化情況，大體上是遵循指數規律．在穩定的周?chē)h(huán)境溫度下，其內部某點(diǎn)的溫度變化情況就同樣大體上是遵循指數規律．但是當周?chē)h(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，對大件試驗樣品來(lái)說(shuō)，特別是在大件試驗樣品內部，這種交替的指數升降會(huì )重疊起來(lái)，**階段的溫度（高溫）變化未完成，又經(jīng)歷**階段的（如低溫）變化，這時(shí)就類(lèi)似于恒定溫度下間斷工作制時(shí)的情況，試驗樣品一會(huì )兒按指數升溫，一會(huì )兒又按指數降溫冷卻，導致鋸齒形的周期性的變化，其幅度將比所施加的試驗條件的高低溫變化幅值要小，特別是在大試驗樣品內部將小得多（視條件試驗時(shí)間而定）．如下圖所示，
(2)在溫度變化試驗時(shí)，應當考慮試驗樣品和試驗箱（室J或液槽間的熱傳輸的機理。這可從低溫和高溫試驗導則中得到指導．對于試驗樣品周?chē)睦鋮s或加熱介質(zhì)是流動(dòng)的流體時(shí)，其散熱或吸熱效率是大不一樣的，靜止的空氣或液體的換熱效率是低的，而高速運動(dòng)的空氣或液體將大大提高熱交換的效率．
(3)用水作試驗介質(zhì)的兩水槽法(試驗Nc)，只應當用于密封的及對水不敏感的試驗樣品．對水侵入后會(huì )導致性能惡化的試驗樣品則應當采用其它液體（如油等）來(lái)進(jìn)行試驗。
在設計用其它液體進(jìn)行試驗時(shí)，應考慮這種液體的傳熱特性與水的差異．
8再現性
條件試驗程序對試驗的再現性有一定的影響，如條件試驗前的溫度，以及先進(jìn)行高溫試驗還是低溫試驗。
試驗參數的**程度對試驗結果的再現性有重大的影響，如：
(1)高溫，低溫試驗溫度的偏差值．
(2)試驗溫度的變化速率。
(3)熱傳輸機理如熱在對流、輻射、傳導方面的分配情況，特別是空氣循環(huán)速度及方向的差異將有重大的影響．
(4)試驗介質(zhì)特性的差異，如氣體和液體的密度等．
(5)試驗樣品在試驗箱（室）內或液槽內放置的位置與狀態(tài)、方向等。
試驗樣品對試驗的再現性的影響
溫度變化試驗的結果，因受試驗樣品在下列參數方面的差別而受到影響：
(1)試驗樣品熱容量的大小，使用材料的特性與重量、面積等；
(2)試驗樣品表面的熱量及其傳輸在試驗樣品表面上的分布情況：
(3)試驗樣品的內部結構、熱傳導特性的不均勻；
(4)試驗樣品結構及材料的熱膨脹特性，及由此而產(chǎn)生的機械性能（如熱彈性與抗張強度）上的差異情況；
(5)試驗樣品的結構尺寸及其配合公差；
(6)影響試驗樣品內部溫度分布的其它性質(zhì)，如內部元件安裝位置的差異所引起的等．
9試驗的組合
溫度變化試驗N*好是用作組合試驗的一部分，但這時(shí)應很好地考慮組合試驗的順序．這是因為對有些產(chǎn)品類(lèi)型的損壞，不能在試驗N方法的*后測試中顯現出來(lái)，而只是在其后的試驗才顯現出來(lái)．在溫度變化試驗之后，再順序進(jìn)行下列試驗時(shí)，有可能較快地顯現溫度變化試驗的影響，例如。
(1)密封試驗Q;
(2)'振動(dòng)試驗Fc;
(3)恒定濕熱試驗Ca;
(4)交變濕熱(12+12小時(shí)循環(huán))試驗Db；
溫度的快速變化兩液槽法試驗Nc，不應當用來(lái)代替密封試驗Q。
10試驗的時(shí)間安排
條件試驗的時(shí)間應盡可能這樣來(lái)安排，即使所配置的循環(huán)次數的整數適在日常的工作時(shí)間內，并應照顧到試驗樣品的恢復時(shí)間或*后檢測的時(shí)間。
如果出于某些原因，如避免在夜間或非通常的工作時(shí)間轉換而影響檢測的安排，有必要將試驗樣品繼續在試驗箱（室）中保留比規定時(shí)間t，較長(cháng)的時(shí)間時(shí)，則應保留在冷箱中而不是在熱箱中，以減小或避免可能產(chǎn)生的老化效應。
11檢測項目
在溫度變化試驗時(shí)，應該預先考慮試驗樣品的特點(diǎn)與性質(zhì)，及其在溫度變化條件影響下可能損壞的機理，并據此來(lái)確定初始檢測和*后檢測的項目及內容。
在某些情況下，只要檢查試驗樣品在溫度變化試驗后的機械損壞就可以了。對于試驗樣品為設備，或材料與結構較復雜的產(chǎn)品時(shí)，則應當優(yōu)先考慮在溫度變化試驗期間的性能檢測。
因此，在進(jìn)行溫度變化試驗前應對試驗樣品進(jìn)行認真的考慮，試驗結果能否考核溫度變化的影響，多半取決于對試驗樣品的結構、性能等在溫度迅速變化影響下所產(chǎn)生的損壞機理等技術(shù)資料有無(wú)基本的了解與掌握。
