快速溫變高低溫測(cè)試箱的 “降溫速率” 為何常低于升溫速率?
點(diǎn)擊次數(shù):62 更新時(shí)間:2025-09-23
加熱與制冷系統(tǒng)的原理差異:能量供給 vs 能量轉(zhuǎn)移
快速溫變高低溫測(cè)試箱的升溫過程依賴加熱系統(tǒng)主動(dòng)供給能量,原理相對(duì)直接。其加熱管(多為不銹鋼材質(zhì)或合金加熱元件)通過電加熱方式將電能轉(zhuǎn)化為熱能,熱量經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)快速傳遞至測(cè)試箱內(nèi),使艙內(nèi)溫度在短時(shí)間內(nèi)快速升高。這一過程中,能量供給僅受加熱功率限制 —— 只要加熱管功率足夠(如部分設(shè)備加熱功率可達(dá) 10kW 以上),且循環(huán)風(fēng)機(jī)能及時(shí)將熱量均勻擴(kuò)散,升溫速率便可快速提升,甚至能輕松實(shí)現(xiàn) 30℃/min 的高速升溫。

而降溫過程則依賴制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移,原理更復(fù)雜且受多重因素制約。快速溫變高低溫測(cè)試箱的制冷系統(tǒng)(多為復(fù)疊式或單級(jí)壓縮制冷)需將艙內(nèi)熱量通過制冷劑循環(huán) “搬運(yùn)" 至設(shè)備外部,而非主動(dòng)產(chǎn)生冷量。這一過程中,熱量需經(jīng)歷 “艙內(nèi)空氣→蒸發(fā)器→制冷劑→冷凝器→外部環(huán)境" 的多環(huán)節(jié)傳遞,每個(gè)環(huán)節(jié)均存在能量損耗。例如,蒸發(fā)器需先吸收艙內(nèi)熱量使制冷劑蒸發(fā),再通過壓縮機(jī)壓縮為高溫高壓氣體,最后在冷凝器中釋放熱量 —— 這一系列過程的效率遠(yuǎn)低于加熱系統(tǒng)的 “直接放熱",導(dǎo)致降溫速率天然滯后。 關(guān)鍵制約因素:制冷劑特性與外部環(huán)境干擾
制冷劑的物理特性進(jìn)一步限制了快速溫變高低溫測(cè)試箱的降溫速率。無論是復(fù)疊式制冷使用的 R23(低溫級(jí))與 R404A(高溫級(jí)),還是單級(jí)制冷使用的 R407C,其制冷效率均隨溫度降低而下降。當(dāng)快速溫變高低溫測(cè)試箱從常溫(25℃)向低溫(如 - 60℃)降溫時(shí),隨著艙內(nèi)溫度降低,蒸發(fā)器與艙內(nèi)空氣的溫差逐漸縮小,熱量交換效率隨之下降;同時(shí),低溫環(huán)境下制冷劑的飽和蒸汽壓降低,壓縮機(jī)的吸氣壓力與排氣壓力差增大,制冷量會(huì)明顯衰減 —— 例如在 - 40℃時(shí),制冷系統(tǒng)的實(shí)際制冷量可能僅為常溫下的 60%,直接導(dǎo)致降溫速率放緩。

外部環(huán)境溫度與散熱條件也對(duì)降溫速率產(chǎn)生顯著影響。快速溫變高低溫測(cè)試箱的制冷系統(tǒng)需通過冷凝器將熱量排放至外部環(huán)境,若實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度過高(如夏季超過 30℃)或冷凝器散熱不暢(如灰塵堆積、風(fēng)扇故障),熱量無法及時(shí)排出,會(huì)導(dǎo)致制冷系統(tǒng) “熱堆積",進(jìn)一步降低制冷效率。而升溫過程不受外部環(huán)境溫度影響,只要供電穩(wěn)定,加熱系統(tǒng)便可持續(xù)高效放熱,這也使得升溫速率更易保持穩(wěn)定。 技術(shù)優(yōu)化方向:縮小速率差距的實(shí)踐探索
盡管降溫速率存在天然制約,但行業(yè)已通過技術(shù)創(chuàng)新不斷縮小與升溫速率的差距。例如,部分快速溫變高低溫測(cè)試箱采用 “雙壓縮機(jī)并聯(lián)" 設(shè)計(jì),在降溫階段可啟動(dòng)雙壓縮機(jī)同時(shí)工作,提升制冷量;同時(shí)優(yōu)化蒸發(fā)器結(jié)構(gòu),采用多通道翅片式設(shè)計(jì),增大換熱面積,提升熱量吸收效率。此外,通過引入 “預(yù)冷技術(shù)",在測(cè)試開始前提前降低制冷系統(tǒng)內(nèi)部溫度,也能縮短低溫段的降溫耗時(shí)。

以某針對(duì)車規(guī)級(jí)芯片測(cè)試的快速溫變高低溫測(cè)試箱為例,其通過上述優(yōu)化,將降溫速率從 15℃/min 提升至 18℃/min,與 20℃/min 的升溫速率差距大幅縮小。不過,受限于制冷原理與制冷劑特性,等同仍難以實(shí)現(xiàn) —— 這一客觀規(guī)律也提醒用戶,在制定測(cè)試方案時(shí),需結(jié)合設(shè)備實(shí)際溫變能力合理設(shè)定參數(shù),確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。