恒温恒湿箱的技术规格书中,经常会看到空载条件下,试验箱的升降温时间。如果设备标注RT~-40℃(空载),≤60min,那么放入50kg金属样品,设备还能在60分钟内完成从室温降温至-40℃吗?
仅凭空载数据,无法得出这个结论。样品进入试验箱后,会参与热量交换;其质量、材料、结构、摆放方式乃至运行时的发热量,都可能影响设备的温度变化过程。对于需要在规定时间内完成升降温的测试项目,空载时间可以作为设备性能的参考,但还需要进一步确认的是:样品放入试验箱后,在规定的测试条件下,升降温能否达到要求。
1、空载值,说明什么?
空载升降温时间,指设备在规定的无样品负载条件下,从起始温度变化到目标温度所需的时间。

(GB/T10592-2023升降温含义)
若产品技术文件规定在负载条件下检验,则应将负载置入工作空间,并按照规定布置测量点。

(GB/T10592-2023有负载情况下测量说明)
升降温时间必须与测试条件一起理解,不能脱离空载或带载条件单独比较。
空载数据可以帮助客户了解设备在无样品负载条件下的温度变化表现,也可以用于比较测试条件一致的设备。
需要注意的是,升降温时间与温度变化速率是不同的性能指标。以室温25℃降至−40℃、空载时间60分钟为例,用总温差除以总时间,可以算出约1.08℃/min的全程算术平均值。但这一结果不能直接替代标准规定的温度变化速率,因为GB/T10592-2023分别规定了平均温度变化速率、全程平均温度变化速率、线性温度变化速率等指标,并针对各自的测温区间和计算方法设置了检验要求。

(GB/T10592-2023温度变化速率)

(GB/T10592-2023温度变化速率与升降温时间)
2、负载,不只看重量
在设备选型时,首先会确认样品的尺寸和重量。但从热工角度看,重量只是评估负载的一个起点。
机械承载负荷与热负荷的含义:
机械承载负荷关注的是搁架、底板和支撑结构能否安全承载;热负荷关注的是样品在温度变化过程中需要吸收或释放多少热量,以及样品运行时会向环境释放多少热量。
对于不发热的样品,材料的热容量是一个重要因素。相同质量的不同材料,比热容可能不同;即使是相同材料,样品厚度、结构和摆放方式也会影响热量传递速度。
对于通电运行的电子设备、电机或电源模块,还需要考虑其运行发热量。设备降温时,这些热量也需要由制冷系统带走。
3、热传递量与负载
在工程估算中,可以用一个基础热学关系理解样品温度变化所涉及的热量:𝑄=𝑚𝑐𝛥𝑇,(Q)表示热量变化,(m)是样品质量,(c)是材料的比热容,𝛥𝑇是样品经历的温差。

(热传递量计算方法)
这意味着设备需要处理的样品热量会随负载变化,而不是只需改变箱内空气的温度。
但要特别注意:这个计算只能帮助估算样品自身的热量变化,不能直接换算成试验箱所需的制冷量,实际降温时间还取决于设备在目标温度下的制冷能力、箱内气流与样品之间的传热效率、样品的结构和摆放方式,以及其他热负荷。对于带电样品,还需要考虑其运行功率和发热变化。
4、选型前,确认这四件事
明确起始温度与目标温度。试验箱是从室温降温,还是从高温降至低温。
明确样品负载。除总质量外,还应确认样品材质、尺寸、数量、摆放方式,以及是否通电发热,若使用工装夹具,也应计入相应的负载条件。
明确升降温的测量对象。如果要求的是工作空间空气温度在规定时间内完成变化,应明确测量点和计时判据;如果还要求样品内部或特定部位达到目标温度,则需要依据具体测试方案明确测温位置和判定条件。
明确带载验证与验收要求。如果实际使用时需要在特定负载下完成升降温,就应在技术协议中写明详细技术要求,并要求厂家依据约定条件进行验证。