1、中华人民共和国国家标准电工电子产品基本环境试验规程高温低温试验导则Basic environmental testing procedures for electric and electronic products Guidance for high temperature and low temperature tests GB 2424 1-89 代替GB2 4 2 4. I - 8 I 本标准等效采用国际标准IEC68 3 1基本环境试验规程第三部分g背景材料一一寒冷和干热试验（1974年版及其第一次补充文件IEC68-3一1A(1978）。1 主题内容与适用范围本标准规定了电工电子产
2、品基本环境试验规程z高温、低温试验导则。本标准适用于电工电子产品基本环境试验的高温、低温试验。本标准包括非散热试验样品和散热试验样品（带冷却系统和不带冷却系统）的温度突变试验和损度渐变试验的背景知识材料，作为低温和高温试验方法应用的指导。试验设备（箱或室可用有强迫空气循环的和无强迫空气循环的。一般对非散热试验样品采用有强迫空气循环的，而对散热试验祥品多采用无强迫空气循环的。1. 1 高温和低温试验方法分类总方框图高温和低温试验方法分类见总方框图。1. 2基准环境条件产品性能一般受其内部温度的影响与制约，而内部温度则决定于其自身所产生的热量和周围环境条件。不论何时，当产品与其周围环境形成的系统存
3、在温度梯度时，则其间就存在热传输（热交换）过程。除专用大型产品或成套设备外，产品将来工作的实际环境条件在设计制造时往往是不能准确地知道，也不能精确地规定的。所以，在设计、制造或试验时一般不可能用实际环境条件作为依据。因此，有必要规定产品的基准环境条件以作为设计、制造和试验的依据，由本章1.3、1.4、1.5、1.6各条内容来加以规定。1. 3 非散热产品若环境温度均匀不变、且产品内又不产生热时，则热流方向是s环境温度较高时，热由环境大气传入产品；反之，若产品温度较高时，贝tl热由产品传入周围大气。这种热传输过程将不断进行，直到产品所有各部分的温度均达到周围大气温度时止。此后，除非环境温度有所改
4、变，热的传输过程将停止。这种情况下，确定基准环境温度是简单的，唯一的条件是它应当均匀分布而且恒定。但对产品达不到周围大气温度时的情形，基准环境温度的确定就较为复杂，这时应考虑采用本章14条的结论。中华人民共和国机械电子工业部1989 01 25批准1990 01 01实施,20 GB 2424 1-89 低温刷品诅试验散执试瞌样品非散然试验样品青EBe温度宪变Ab与Bb温度酣宦Aa与Ba温度喔变哼坷J的试验样io）.咛扭的试瞌样.：，膏昨扭的试验样品无叶坤的试验样品叶句嘉统与试验楠不分开明叫撞开川阳试八万制与箱自强i!J空气恼环试验x.强迫空气描再试验持却If.统与试验植不分开时叫验宵厅川们试
5、八万制与箱再强迫空气橱环试曲无强迫宝气循再试验再强i自空气锚坪试验且强且空气描试跑议用1晶温试验Bd无强迫空气循环试碰垄个试瞌样晶莹试单个试验样晶莹试事拭验样品是试尚早个试验样品壁慎多个试验样晶莹试峙中个试黯样品量试事个试验样晶莹试“非个试验样晶莹试多个试验样晶莹试单个试幢样品哇试多个试验梓晶莹试fz样品问问高温和低温试验方法分类总方框图1. 4 散热产品产品内有热产生，若没有热传输到周围大气中，则产品温度将不断上升。实际上，产品所产生的热是不断向周围环填大气发散的，最后，产品所产生的热与耗散在周围冷却大气中的热相平衡，使产品温度达到稳定。只有当环境温度上升（或下降）时，产品内部的温度才会随着
6、进一步的上升（或下降），直至达到新的平衡为止。对于这种情形，基准环境温度应这样来确定，使能得到简单而又重现得好的热传输条件。由于热传输是由对流、辐射和传导三种不同方式来进行的，所以必须对每种方式分别而又同时获得明确的规定条件。例如：若是多个试验样品在同一试验箱（室进行高温试验时，就应保证所有试验样品都处在同一环境温度下，并具有相同的安装条件。对低温试验，则没有必要严格区分单个试验样品和多个试验样品时的情况。1. 5 环境温度通常产品使用者要求了解产品工作时所允许的环境温度的最大值和最小值，而且为了试验目的对此也应作出规定。因为低温试验通常就是采用与环境温度最小值相当的温度（等级，而高温试验通常
7、则采用与环境温度最大值相当的温度（等级）来进行的。由于热传输是和温度梯度相关联的，故产品周围介质的温度在空间中的分布必然各点不同，这给确定周围大气“环境温度”带来定困难。对此“环境温度”应专门加以确定（见GB2122电工电子产品基且：“GB 2 4 2 4 1 - 8 9 本环境试验规程1. 6表面温度对产品性能起主要影响的是其本身的温度。从监控和调节试验设备的目的来进，参考试验样品表面t乃苇其内部一些关键点温度来进行监控和调节试验设备是适宜的。1. 7 试验持续时间1. 7. 1 若试验目的仅是检查产品在高温或低温时的工作性能，则试验时只要进行到试验样品达到温度稳定就可以了。试验样品在某一环
8、境温度下达到温度稳定所需的时间，约为该试验样品热时间常数的35倍，般取4倍。GC 试验样品的热时间常数r否王（式中：G为质量，g;C为比热，JICg .） ; .i为散热面积，cm认为散热系数，W/(cm）与其所用的材料性质、重量、结构形状以及周围介质的性质和运动速度等有关，此常数很难通过计算来求得。因此试验样品达到温度稳定所需的时间只能通过实验来取得。图1为温度突变试验时试验样品的加热或冷却曲线。试验样品某点温度达到O.632LITw(LITw为稳定温升）时所需之时间即为试验样品该点的热时间常数，取其4倍值，即得开始温度达到稳定的时间。T, ，、罩吨。，、坦吧。阳咽鸣。的吨。名词术语第2.7
9、条）。 L 飞、iy、LI 、门HR圃5 t试撞时间 4 3万Z 图l加热或冷却曲线1. 7. 2 在低温和高温试验时，试验持续时间通常是在试验样品达到温度稳定后开始计算。持续时间应根据试验样品特点和试验目的从下列等级中选取：2,16,72,96h0 1. 7. 3 如果对试验样品是进行与耐久性或可靠性相联系的试验时，则试验持续时间应由有关标准根据产品特点和实际工作要求另行规定。1. 7. 4 如果某种试验佯品，在高温或低温条件F使用或储存的时间比达到温度稳定的时间为短，例如某种飞行器和导弹，若用温度达到稳定后来计算持续时间（试验A和试验目进行试验，则可能给试验祥品带来过分的应力。要避免这种过
10、分成力，可按试验A或试验B规定的低温和高温试验方法来进们试验，伺试验恃续时间则应根据试验样品对实际情况的精确模拟来确定，如采用一倍或两倍的热时间常数值或是根据其实际经历时间作为试验持续时间。1. 7. 5 虽然具有大的热时间常数的设备可比作日温度变化的情况，通常按样品温度可达稳定的试验八和试验B进行试验。但若要求精确模拟实际环境的情况，则可采用试验样品未达温度稳定的试验，持续时间可按本章1.7. 4条的规定。1. 7. 6 对试验时间比混度达到稳定所需时间为短的试验，例如对某些大设备（如具有大的热时间常数值的电源变版器和电机）要求在短时间内获得高混或低温的情况。这时可选用比设备预期使用的环境温
11、度较高些或较低些的试验温度，以此来加快试验样品温度的变化，缩短试验的时间。1. 8 空气速度试验箱（写在）中空气和试验样品间的热交换效率取决于空气速度。在高（低）温试验中，期望能精确模拟实际环境中的空气速度电但由于所掌握的实际环挽知识有限以GB 2 4 2 4. 1 8 9 及难于在试验箱（室中提供确定的空气速度（包括端流度等），这种模拟通常是做不到的。因此，一般必须按“最坏情况”来进行试验，以包罗各种可能a险。试验非散热试验样品时，在一定时间内，较高空气速度导致较高的（对低温试验为较低的）试验样品温度，网此，进行这种试验的试验箱（烹）推荐使用高常气速度（在安载时测量最好不低于2m/sl。试验
12、散热试验样品时，如果试验样品最热点的温度高于周围空气温度，贝lj较高空气速度将降低该点的温度，故在大多数情况下，只要可能，这种试验就应在无强迫空气循环（即自由宅气条件）试验箱（室）巾进行。当试验箱（噎）的加热（或冷却）只能靠空气循环来实现的场合，口J使用有强迫空气循环的方法作为代替的方法，即在试验Bd(Ad）中用方法A作为代替方法。1. 9再现性为了获得再现性，温度试验必须这样设计：使试验样品某点上所达到的最高（或最低）温度是一样的，与进行试验的试验室无关。为了得到再现性，在整个条件试验期间必须很好地规定试骏箱（室）空气的温度时间过程。在精确模拟实际环境做得到的情况下，就可为模拟这种情况来专门
13、设叫温度一时间过程。对具有相对于试验样品达到j温度稳定所需时间比较为短的持续时间的试验设计，在“般情况下，推荐采用下列试验温度一时间过程（见图2）。温度变也略为泣。.5min 一蛐一阳一电通附，嗣同川东C飞JfJU盯MJJJ匪卜11s 箱草向温厦-1 m降温现直试验时间升温门H刨疆割世25士3位入试验样品l温度渐变的高温试验试验箱与试验样品温度时间过程示意图非散热试验样品，散热试验样品囱2注：规定试验持续时间是从试验箱（室空气温度开始到达与规定试验温度之差在3c以内时算起。应当说明图2的温度一时间过程在下列细节方面和试验A与试验B不同g开始时温度范围较狭（25士3）；建立试验温度期间试验箱（室
14、）空气温度变化的速率；试验持续时间是从试验箱（雯）空气温度达到规定值时算起。a b. 二不同试验方法的应用依据一一传热原理2 2. 1 热对流2. 1. 1 在试验箱窒）内进行试验时，对流散热在散热试验样品热交换中占有极重要的部分，特别在较高空气循环速度时更是如此。2. 1. 2 热从试验样品表面传遇到周围空气中去的热交换效率，受周围毛主气循环速度的影响。空气速度愈高，则热交换的效率也愈高。因此，在环境温度相同时，空气速度愈高，试验祥品表面温度变化（增高或降低）也愈快，达到温度稳定所需的时间也愈短，参见附录I（参考件。气流除影响试验样品表面各点的温度外，还影响其周围温度场的分布。气流的这些影响
15、除与其速度有关外，还与其作用方向有很大关系。试验样品表面温度及温度场的分布与气流速度和方向之间的关系，尚无什么简单规律可循（参见图3反附录扣。为了模拟与实际环境相安立的条件试验时就要对试验箱（京）规定某特定的气流速度工二川GB 2 4 2 4 - 1 - 8 9 和气流方向，这将涉及到试验箱（室）设计方面的许多问题。因此，在高源和低温试验时精确模拟实际环境的空气速度和方向是最合乎理想的。但是这在实际试验工作中是难以做到的。因为要在试验箱（室）中改变和调节气流速度和方向（包括端流等）是十分不易的，通常是做不到的。胁。180, 270 图3在速度为o.s、1和2m/s的气流中稳定发热圆柱体周围的温
16、度分布单位表面积的散热1. 5 kW /m 1LiT 一试验样品表面温度超过环境温度的温升，u一空气速度，m/s,空气温度70s圆柱直径6mm注计算曲线时，试验样品中的热传导忽略不计。2- 1- 3 在试验非散热试验样品时，比较高的空气循环速度可以加速试验样品与周围空气的热交换效率，缩短达到热平衡（温度稳定的时间。因此，推荐使用具有较离空气循环速度的试验箱（窒）来进行这种试验，平均空气循环速度为12m/s（前者可用于较小的试验箱，后者可用于较大的试验室）。在试验散热试验样品时，较高的空气速度将影响试验样品性能的测试。只有明确规定的且可重现的试验条件，才能使试验结果较方便地与实际情况相比较。故在
17、大多数情况下，希望试验时空气速度越低越好，这种必要性导致采用“自由空气”条件。2. 1- 4 “自由空气条件”是指无限空间内的空气条件。此时，试验样品周围空气运动仅受散热试验样品本身的影响由试验样品放射出来的能量应被周围空气完全吸收掉。因此，试图在试验箱中重现自由空气条件是不切实际的（参阅本标准第3章附录A（参考件）说明，采用模拟自由空气条件，通常并不需要使用价格高昂或者尺寸很大的试验箱（雪）。因为模拟自由空气条件的试验箱（室）有某些技术上的优点，并较规定有强迫空气循环的条件易于做到，所以在对散热试验样品进行低温和高温试验时，应优先采用模拟自由空气条件的试验箱（窒）来进行。根据本标准第3章的说
18、明，采用元强迫空气循环方法进行试验可能产生J些困难。为此规定了两种采用低强迫空气循环风速的方法供选择：第一种方法，适用于试验箱（室）尺寸大得足以满足附录A的要求，但试验箱（室）的加热或冷却要求采用强迫空气循环；第三种方法，适用于试验箱太小、不能满足附录A的要求，或基于别的原因，如第一种方法不能使用时。2-2 热辐射2. 2. 1 对散热试验样品试验用的试验箱（室），特别是在高温试验时不能忽视以辐射方式进行的热交 GB 2 4 2 4 . 1 - 8 9 换，在热辐射为黑的（简称热黑的，辐射系数近于1）试验样品和热黑箱（室）壁的情况下，其间的热交换几乎一半是通过辐射换热方式进行的见附录C（补充件
19、）中图ClJ。如果散热试验样品在箱壁为热内的或箱壁为热黑的试验箱（宝）内经受某温度试验时，试验样品的表面温度将会显著地不同，所以，若想得到可重现的试验结果，有关标准对试验箱箱壁的辐射系数和温度应加以限定。2.2.2 在试验样品和箱壁之间，若有不符合对箱壁热颜色和温度要求的其他试验样品、加热或冷却元件、安装架等遮掩时，则试验样品和箱壁之间的热辐射将受到影响。试验样品上某点的“看视因数”是指该特定点所能“看到”箱壁部分的百分数来确定的。试验样品每一点的“看视因数”不应为不符合对箱璧热颜色和温度要求的装置所干扰。2.2. 3 理想“自由空气”条件下，试验样品向周围空气传输出来的热完全为周围空气所吸收
20、，这是由于自由对流和辐射交换的热完全被吸收而出现的。通常大多数产品（包括设备和元件）是在十分近似热黑的环境中运行的。实际上，将试验箱（宰）内壁做成近似于热黑的要比做成为热白的容易些。因为大多数涂料和（未抛光的）材料是更接近热黑的而不是热臼的参见附录G（参考件门。同时，由于材料随时间的老化效应，要长时间地保持箱（室）壁为热白的将特别困难。如果箱壁温度变化是在所规定试验温度（按开尔文温度计算的3.%之内（对高温试验），且箱壁的辐射系数是在o.7到1之间变化，则试验样品表面温度的变化通常小于3K。因为辐射换热是与试验样品表面混度四次方和箱壁温度四次方之差成正比，低温时的辐射换热与高温时比较不那么显著
21、，放在低温试验时对箱壁热颜色和温度的要求也就并不怎么严格。2.2 4 通过热辐射进行的热交换主要取决于试验箱（室）壁的温度，这种依赖关系就是为什么当试验样品表面温度和环境温度之间的差值很大时，不按照附录C对试验样品温度进行修正（包插对流和辐射影响的修正）就不能用强迫空气循环来进行试验的主要原因。2.3 热传导2. 3. 1 通过热传导的换热，取决于与试验样品相联结的安装架及其他连接件的热恃性。2. 3. 2有许多散热设备和元件，使用时要求安装在吸热的或其他传热良好的装置立。这时，有一定数量的热会通过热传导有效地散发出去，故有关标准应对安装架的热特性作出规定，而且在进行试验时应再现安装架的这些热
22、特性。2.3.3 如果设备或元件可采用具有不同热传导值的安装架进行多种方式安装时，则在试验时应考虑最坏情况。不同的应用情况，最坏情况也不相同：a. 对散热试验样品的高温试验，因试验时热是由试验样品到安装架这一方向传输的，这时，最坏情况是在安装架的热传输量尽可能小时，即安装架的热传导旦在小（热绝缘）时。b. 对非散热试验样品的高温试验，当试验样品尚未与环境达到热平衡（热稳定）时，热是由箱壁经安装架到试验祥品传输的。这时，最坏情况是安装架的热导率大时，所以安装架的热容量（或热时间常数应该是小的，以避免安装架热起来时间过长，延滞由箱壁到试验样品的热传输。 对于散热试验样品和非散热试验样品的低温试验，
23、试验时热是由试验样品经安装架到箱壁传输的，最坏情况（试验样品温度最低）是在热传输效率高时，即在安装架热传导率高时。2.4 强迫空气循环2. 4, 1 试验箱（窒）大到足以符合附录A的要求，但箱（室）体内的加热和冷却可能需要采用强迫空气循环。这种情况下，试验样品应先放在具有室温的试验箱内，进行有和无强迫空气循环两种情况的检盔，使试验样品表面主诸代表点温度不会过分受到箱内强迫常气循环速度的影响。结果试验样品上任点的表面温度，在加上强迫空气循环后不降低SC以上，贝tl强迫空气循环的冷却效应就认为是合理的小，与在元强迫空气循环试验箱内进行的试验一样，可忽略不计。2.4.2 如果试验箱相对于试验样品太小
24、，不能满足附录A的试验要求或按本标准2.4. 1条在有、无二，nGB 2 4 2 4 1 - 8 9 强迫空气循环时所测得之表面温度差超过5时，则应在试验箱外进行探索性试验2先将试验样品放在（试验箱外的）试验室内，施加有关标准为试验条件所规定的负载，测量试验样品表面一些代表点的温度，以给出计算规定试验温度时表面温度的基础。对环境温度和表面温度之间的小温差.6.T1来说，只要环培温度的变化.6.T，小时，就可假定温差.6.T1在不同环境温度时是一样的。如果是.6.T1 、4.5WL 飞幸之-3w 、 l， I _ I 样俨三同5W ” 斗。.25W o.5 l. Q l. 5 2. ( 2. 5
25、 3. 0 4。:lJ ( （j( 10( 。气植速度mis阁Bl气流速度对绕线电阻器表面温度影响的实测数据一径向气流，轴向气流 = 嗣誓2.军L 毡瑕1.6 ao. 5 m 于均温升T军T.35C 7, 7，100 与上述试验祥品尺寸及温升相对应的SW/(mKl aS W/(m K) 对流散热系数E二nos10地K 三.！ooXlO K 具体图示见图C3和图C4o用该图计算试验样品温升示例如下：问：在20自由空气中散热试验样品表面温度达到70，在55自由空气中耗散同样多的热垃时，其表面温度是多少？答：因为T,-7,=50，图C3计算图中所用值最接近于实际值。求法在图C3中，从标尺T，上的十2
26、0丁点画一直线到标尺r，上的70点；记下与枢轴线的交点。再从标尺1.r.的55经枢轴线上该交点画一直线，并延伸到与T，相交，得到十98C这一交点，该交点就是所求试验样品在55耗散出同样热量时的表面温度。注：温升对试验样品辐射系数屯的依赖关系如图cs所示。其中aO.)m,e，J.O，周围试验室温度7闲工20cC4 试验A和试验B用的相互关系计算图比较图C3和图C4可看到，所得的温升随值只略有变化，因此在试验A（低温）和试验B（高掘）中仅给出A个以。5W/(m2 Kl为依据的计算阁。150 14 “ 枢蛐线虱100 1i +tF O Z r. T, 图C3在不同环境温度T，时判定试验样品表面温度7
27、，值的汁算阁主1均试验样品尺寸a=O.Zm，试验样品丰富射系数毛。.7 j :i (I GB 2 4 24. 1的350 口50 o-1 +zo 5() 十1510 。枢输线iir. 100 。由图C4在不同环境温度T，时判定试验样品表面温度T.值的计算回平均试验样品尺寸a=O.05 m，试验样品辐射系数乌0.7 ）同寻I I d -0.1 电、民 o. 7 主：5o.s = o. 9 :i辛苦0.5 平0.4 。.30.2 0.1 20 40 刷刷100 120 140 - T, T., .: 。图cs试验样品的温升与其辐射系数同之间的关系T”一试验室环境温度20）；TN一在“自由空气”条件
28、下经受试验室环境温度时试验样品的表面温度平均试验样品尺寸ao. I m ,i i () D1 一般材料的热导率见表Dl,材料银纯铜商品铜纯金铝杜拉铝（Al-Cu)纯键电子材料（Ni-St)黄铜铮锡锻造的纯铁铁含碳3%的铸铁铁幡钢铁镰倍钢镰镰银（N1-Cu-Znl 纯铅石墨（压实的）耐火土jft 凝士砖（干的平极玻璃大理石电木橡胶高温玻璃赛璐珞山毛棒木（顺纹理橡树横纹理）橡树（顺纹理松木（横纹理松木（顺纹理）GB 2 4 2 4 1 8 9 附录D普通材料的热导率及元件线端材质和尺寸对表面温度的影响（参考件）表Dl温度t C 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 。2
29、00 20 20 20 18 。20 100 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 热导率W/(m K) 411 395 372 311 229 165 143 116 81 116 113 66 59 52 5B 40 14-5 59. 5 29.3 35. 1 12 174 o. 5. 2 。.8 1 4 。.3B o. 52 o. 76 2.8 o. 233 。.13 o. 23 o. 184 o. 215 o. 35 0 17 0.21 o. 37 o. 14 o. 26 之lI El 一假说明属400姐回响300 200 100 20 0 GB 2 4 2
30、 4. 18 9 一寸一寸寸下-c1 实际尺寸的躇璃挠线电阻2 一、丁一3 4 5 图Dl元件线端材质和尺寸对其表面温度的影响附录E温度的测量（参考件）6 功碍事做失WEl. 1 空气和液体温度的测量通常采用水银温度汁或酒精温度计，由有关标准规定。El. 2对固体材料温度的测量，应用钳电阻、热敏电阻和热电偶以及线圈和绕组本身的电阻等。测量时要求测量的热容量要小于试验祥品的热容量，并且其热惯性或热时间常数）要小。此外，测量装置和试验样品间的热阻要小，且连接线传导的热量应保持在最小值p供给传感器的热功率应尽量低，足以避免传感器自身过热或是加热试样。El. 3 当散热试验样品和试验箱壁之间有热交换时
31、，参与热交换材料的表面温度是很重要的。表面温度的测量有两种方法s一种是测量器件跟待测温度表面相接触，另一种是官们之间不相接触。El. 4 应注意在跟表面有接触的场合里，表面可能污染成一层难以去除的物质。因此，在某略情况下，例如在对空间运载器进行试验时不允许使用这些方法。E2 使用变色或熔融效应法E2. 1 一些材料的颜色能随温度变化，其颜色在一定温度范围内有规则地变化，例如液态晶体，它所达到的温度通过跟有关色谱相比较而得出。另一些材料，当温度增加到一定值时其颜色突然改变，但当温度下降时却没有相反的颜色变化。这些材料作为色笔或特种漆使用时，可将它薄薄地涂在待测温度的民验样品表面。还有些自粘胶带也
32、可用来作温度指示器。当温度上升超过预定值时，自柏胶带就改变颜色。在其他情况下，也可用某些材料的熔点来测量温度。在上述各种例子中，具有颜色突然改变的场合，仅能用来确定已超过出现颜色（或状态）改变的温度；可是，也可用许多温度范围不同的温度敏感材料小样（色笔或特种漆）来估计试验样品所达到的温度。E2. 2一般说来，应用上述各种温度指示器所能达到的精度决定于下述诸因素：也用在预定温度时指示器（或材料）状态次变作为温度指示的情况下，通常需用系列敏感温度512 GB 2 4 2 4. 1 - 8 9 不同的温度指示器。当指示器系列中的一个发生变化、而紧接其上的一个没有变化时，则表面温度就在这两个指示器的敏
33、感温度之间。如果预定敏感温度不受其他因素影响，则测量的最大误差等于这两个敏感温度之差。b. 颜色变化指示器还会由于材料老化而带来测量误差。当所用材料在稍低于标称敏感温度下长期使用时，就有在比指示温度为低的温度下发生颜色变化的危险。c. 温度敏感材料也可能由于存在液体蒸汽或气体而受到影响。d. 如果热辐射落到试验样品表面，则应采用某些预防措施z当指示器覆盖在受辐射表面的一小部分时，要注意保证指示器不受到辐射加热，可使用反射材料把指示器遮盖住就可以了g当指示器覆盖着受辐射表面相当大的一部分时，指示器的吸收系数应和被覆盖表面的吸收系数相同，否则指示器的存在将影响表面温度。e. 在温度变化条件下使用上
34、述方法时，应注意指示值可能比实际混度变化速率为慢，这将导致低估温度变化期间的实际温度。E3红外线传感器法E3.1 红外线辐射的要点与说明参见附录Go曰：在测量温度时，必须知道辐射表面的辐射系数。扫描所得的红外线图象，事实上是辐射分布的图象，而不是温度分布的图象，通过对其中一个覆盖有辐射系数为已知材料的两个小块面积在同温度下进行比较的方法，可得到J较好的测量结果。E3. 3 传感器所覆盖的面积要小于待测温度的表面。因此当待测试验样品太小而不能用一般的辐射检测器时，就需要采用红外线显微镜。为了获得温度测量的高精度，所周仪器最好是能测定从试验样品小面积上发射出辐射的仪表。E3. 4 注意使所选区域应
35、是十分平滑的，以避免受到传感器方向以外的显著辐射的影响。此外还应注意保证使外源辐射不要直接达到传感器，或直接经测量的小面积反射到传感器。F1 风杯风速计附录F风速的测量参考件）风杯风速计大都用在气象领域里。装有半球状风杯的交叉臀，在风的吹动下旋转。旋转速度与风速大小有关，风速越大，旋转越快，因此可以根据旋转速度来确定风速大小。风杯风速计的可用范围很广，现有许多尺寸的风杯风速计。利用小风速汁，可在试验箱之类的小体积里测量空气速度。F2 卡他（Cata）温度计卡他温度计是一种特殊类型的玻璃温度计，系根据对流冷却效应设计的。测量原理是先加热卡他温度计，然后把卡他温度计放在被测点处冷却，冷却速度与被测
36、点的风速有关。根据温度降低一定幅度（例如从38冷却到35）所需的时间来确定该点风速的大小。风速约从O.05 m/s到10m/s的范围，温度约从10到十30时可用。但由于温度计在每次测量后再进行测量时必须重新加温，因此这种方法比较麻烦eF3 热线风速计和热球风速计热线风速计和热球风速汁的测量原理也是根据对流冷却效应制造的。GB 2 4 2 4. 1 8 9 这两种风速计在测量时给测量元件定量的电功率，使测最元件达到预定的标准温度，当空气流过元件时，元件的温度下降，根据元件温度下降的幅度可以确定空气的速度。热线测量元件是由铅丝绕制成的，而热球风速计的测量元件在许多情况下是负温度系数的电阻。目前已有
37、小尺寸和小热容量的元件，故测量元件的热时间常数可以取得很小；同时，可以测量很小截面上的气流速度，这对低风速的情况很有用。在热线风速计中，热线元件的冷却效应取决于线辅和气流方向之间的角度，当气流平行于热线方向，冷却效应最差。通过转动热线风速计测量元件，可以很精确地确定气流流向。F4 应用选择风杯风速计和卡他温度计只可用于大室如人可以进入）。热线风速计和热球风速计则吁用于小理试验箱。适用于气候试验箱中风速的其他测量方法，奋关标准可参考有关文献。G1 引盲附录G辐射系数的测量和辐射系数值（参考件）表面温度不同的两个物体（例如，试验样品和试验箱壁）之间，由辐射产生的热交换决定子它们的辐射系数。因此，必
38、须知道进行辐射交换表面的辐射系数，以便能根据试验结果来评定工作条件下试验样品的特性。这种方法特别适用于散热试验样品。辐射系数的测量方法应具有足够的精确度和适合用于实际环境试验，且只需较少量的仪器和时间，辐射系数的精密测量以及外层空间模拟试验箱内的辐射系数测量，往往要采用费用很高的方法，包括太阳辐射时，必须考虑不同光谱范围的入射辐射和反射辐射，且其中还要考虑辐射的吸收理度。对这种测量方法必须参考有关文献。G2 辐射理论这里述及的辐射理论与本附录G4章的测量方法有关。从某一温度实体的单位表面射入半球的辐射功率M和饲一温度的黑体的相应辐射功率M，的关系，由式Gl表示：M=M. . (Gl l 式中：
39、M斯蒂芬一波尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律给出：M，1 . (G2l 式中：T用K氏温标表示的温度， 斯蒂芬波尔兹曼常数，其值为za=5. 67X io-W /(m2 K) 而称为“半球总辐射系数”。在温度T下的黑体辐射频谱分布由普朗克（Planck）辐射定律给出而辐射强度最大值的波长儿旧由维恩（Wien）代换定律给出z实践中，式GZ通常用下列形式：儿旧T=2.89Xl0mK . (;3) i1, =C,I 二Vi 1 oo I 式中：巳5.67W/(m2 K勺20.4 kJ/(m2 h K); S I I GB 2 4 2 4. 1 8 9 因此，对实体有下列关系式：lT14
40、 lT1. M=C lcJo尸叫币！.(G1) 对温度各为T，和T，的两个物体间的辐射换热，单位表丽的热通量Q，为zI ! I 4 I气r, i Q, =,C，门前J l元；jI . ( G5) 辐射换热系数值12取决于有关参予辐射表团的几何形状和辐射系数（试验样品的）及1（箱壁的。对于在密闭试验箱中的三维试验样品（在环境试验中是经常碰到的情况），如果针对两个同心球或无限长的圆筒（一个包围绕着另一个）的辐射换热公式，假定为漫反射，根据朗伯（Lambert）定律，我们可得出。 A I二、.（们1十去l亏一2)式中：A，、A,有关的表面面积。实际上，当表面A，（试验样品）相对于表面A,（箱壁愈小，
41、则箱壁的辐射系数R对辐射换热系数12值的影响也就愈小。G3辐射理论的实际应用G3. 1 误差大小对式G4进行对数微分得2dM dd7 M=+47亨.”.（7) 如果确定值，其可达到的精度则取决于T和M的测量误差，采用通常的试验方法（外层空间的模拟除外），试验温度T的范围约在200K和400K之间。如在zooK时，温度测量误差为O.25 K，这导致总误差为o.5%。采用辐射换热方式时，两个温度的测量误差是十分重要的，即温差17-T,I和两个温度之一的T，或凡的精确测量是不可缺少的。M和Q两者都包括散热试验样品所耗散并通过其表面放出的电功率，该功率只是在对流换热变为零（仅当气压低于o.。1N/m左
42、右、且没有热通过安装架传导时）才等于所放射出的辐射功率。G3. 2 温度辐射的波民范围和能量分布图Gl示出了不同温度（K值）的波长m。这里，按维恩代换定律式B2）温度辐射强度成为最大对于环填试验中所特别关心的温度范围内的叫大多落在远红外线区域内。当简化形式的普朗克定律从0到积分，并把量M,.跟相同源度7时的总辐射M，相联系，分别按T和m的关系导出图GZ的结果。显然，从0到町的辐射部分只占总辐射的25%，因为从011 2z范围发射了72%，从0到3,m范围则发射了总辐射的88%。因此，在上述温度范围内的辐射测量，需采用在远红外线中较灵敏的辐射检测仪器，对这种装置的光学系统有用的材料是一种波长极限
43、值约为45m左右的材料，例如牌号KIS544%T1Br（漠化钝）和56%Tll（腆化铠门的材料。G3. 3 总辐射用斯蒂芬波尔兹曼定律（式Bl）对若干温度T计算出来的总辐射强度值列在表Gl中。用目前的检测器能测量到的最小辐射功率是1010 10 W范围。对所检测的辐射功率级应用表G2的值来比较时，必须注意使被检测辐射表面对着检测仪器（只代表半球很小的一部分所处的空间角，用这种方式能够测出垂直予表面辐射的辐射系数飞。GB 2 4 2 4 1 - 8 9 2 . . 飞- 时、10. 8 fi 42 国44娼川08841 10 2 4 6 8 JO 2 4 6 8 10 2 4 6 8 JO 温咂
44、T,K 囹GlWien维恩代换定律1. 0 0.8 4 # /I “，T I 0,4 0.6 O.S I 1.2 1.4 l.6 l.82XI 2 3 4 5 6 。mK 7 A 。.9I乓o. 7 。.6o.s 0.4 0.3 。.20.1 。. 阁G2生与T之间的关系表Gl各种不同温度的半球总辐射r M. f M, K W/m2 K W/m2 4 .45Xl0 300 459 10 5-67Xl0叫400 l 450 50 3. 54X 10什500 3 540 100 5. 67 l C DO 56 700 200 96.7 2 ()00 907 000 G4 辐射系数的测量方法G4.1
45、 一般说明GB 2424- 1-89 下列各条是测量试验箱壁辐射系数较通用的方法，适用于试验A（低温和试验以高混。值得注意的是，对于某些材料和工艺措施，其辐射系数将随温度而有很大变化。所以，测量辐射系数时必须在适合的温度范围内进行。G4. 2 辐射系数值的测量G4. 2- 1 在真空中与周围箱壁进行辐射换热的、散热为己知的试验样品表面温度的测量。若采用一个表面辐射系数已知和尺寸大小接近于待试试验样品的标准试验样品，则这种方法在试验箱内模拟环境时基本上能最好地再现实际环境条件。因此，箱壁的有效辐射系数就能按测量数据计算出来。本方法只在诸箱壁的温差范围较狭窄（即高温试验规定温度范围内）时才可使用。
46、G4. 2. 2 辐射系数未知表面发出来的辐射，跟同一温度辐射系数已知表面辐射的比较测量。按照辐射系数调校、标定过的用于比较测量的辐射检测器，可优先应用于本方法的测量。为了标定，在紧接待测辐射系数的表面近旁部分要局部涂上辐射系数为已知的漆艘，在所选定的两个区域之间的热阻应尽量低，以使两个表面具有相同的温度。首先测量辐射系数已知区域的辐射混度，方法是将辐射系数标度尺整定在已知值上，然后，将检测仪器对准待测试的表面，并调整辐射系数标度尺，直至得到相同辐射温度的读数为止。这时，由辐射系数标度尺读出的值是一个平均值，它离于真实值a仪表检测出来的是反射和发射两种辐射，前者辐射量随表面与检测仪器的距离而变
47、化。因的平均值包括了两种辐射，而e的真实值仅跟发射辐射有关，结果的平均值高于真实值。但是，对多数实际应用来说，这种方法的精度已足够。如果需要更精确的测量，可使用已知辐射系数的对照标准件，将其与从试验箱壁取出的切片相比较。这种方法需要有专门的设备并要由专业人员来进行。G4. 3 超过辐射系数最小值的检查试验A（低温）和试验B（高温对箱壁辐射系数的要求是按最小值给出的。因此，在许多情况下，只要箱壁辐射系数在某值之上就够了。这可以用一块辐射系数等于所规定最小值的平板装在箱壁上来实现，然后用辐射检测仪器扫描箱壁和平板，只要检查平板比箱壁较自还是较黑。G5提高试验箱壁辐射系数的方法G5.1 涂覆和其他表面处理为了得到辐射系数大于试验A和试验B所规定的最小值，可采用合适的漆和其他表面处理（例如喷砂，化学发黑方法来达到。应该注意，热黑并不一定意味着试验箱壁的光学颜色应是黑的，业已发现甚至用合适的无光臼漆涂层也是合格的。G5. 2 机械结构在箱壁上安装蜂窝状结构可以大大地提高辐射系数，该方法主要用于外层空间的模拟箱。对于带潮湿大气运行的试验箱来说，因为对箱壁的清洁工作不易进行，所以这种方法是不适用的。G6辐射系数值为了选用材料
