1 概述

        空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備是用于對(duì)橡膠材料、電氣絕緣材料等進(jìn)行耐熱性試驗(yàn)的重要環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電線電纜生產(chǎn)企業(yè)、質(zhì)檢機(jī)構(gòu)等行業(yè)部門。目前國(guó)家尚無(wú)針對(duì)性的校準(zhǔn)規(guī)范，基本上參照環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備通用技術(shù)規(guī)范，但由于空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備的工作制造原理與常規(guī)環(huán)境設(shè)備較為不同，在其底部、側(cè)邊、頂部等位置開有通氣孔，尤其是自然對(duì)流式熱老化設(shè)備，沒(méi)有熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，僅依靠熱空氣自然上升進(jìn)行空氣置換，造成了在溫場(chǎng)特性上與常規(guī)設(shè)備差異較大，因此有必要對(duì)其溫場(chǎng)參數(shù)的校準(zhǔn)條件進(jìn)行針對(duì)性研究，以反映設(shè)備的真實(shí)計(jì)量特性。

2 實(shí)驗(yàn)分析

        根據(jù)空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備的工作原理，將該類設(shè)備分為強(qiáng)制對(duì)流式、自然對(duì)流式兩類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。兩類空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備在結(jié)構(gòu)上的最大區(qū)別在于循環(huán)風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制對(duì)流式可在循環(huán)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行下強(qiáng)制換氣，換氣率可達(dá)200次/h，而自然對(duì)流式只能進(jìn)行熱空氣的自然置換，換氣率一般在8~14次/h之間，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

        分三步展開

        (1)首先對(duì)實(shí)驗(yàn)用傳感器在各實(shí)驗(yàn)溫度點(diǎn)進(jìn)行溯源實(shí)驗(yàn)，獲得對(duì)應(yīng)修正值;

        (2)在形式上區(qū)分強(qiáng)制通風(fēng)式和自然對(duì)流式設(shè)備，選擇不同型號(hào)、不同廠家在不同溫度點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在箱體內(nèi)上、中、下三個(gè)層面進(jìn)行立體空間15點(diǎn)布點(diǎn)測(cè)試，空間布點(diǎn)位置如圖2所示。

        在設(shè)備到達(dá)設(shè)定溫度后，間隔30s測(cè)量一次，強(qiáng)制對(duì)流式對(duì)比每15min數(shù)據(jù)，自然對(duì)流式對(duì)比每30min數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)比測(cè)量間隔分別為30s、1min、2min時(shí)的測(cè)量結(jié)果，獲得兩類設(shè)備的最佳測(cè)量時(shí)間和測(cè)量間隔。

        (3)將15個(gè)測(cè)試點(diǎn)中撤除測(cè)量點(diǎn)5、6、7、8、9、15，保留其余9點(diǎn)，在最佳測(cè)量時(shí)間和測(cè)量間隔條件下計(jì)算比較15點(diǎn)與9點(diǎn)校準(zhǔn)結(jié)果的差異，驗(yàn)證9點(diǎn)測(cè)試對(duì)于空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備的適用性。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方案，穩(wěn)定時(shí)間與測(cè)量間隔實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。溫度傳感器布點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        由表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自然對(duì)流式設(shè)備在60~90min與90~120min兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)的校準(zhǔn)結(jié)果尤其是波動(dòng)度已經(jīng)相差不大，而與0~30min和30~60min時(shí)間段內(nèi)的校準(zhǔn)結(jié)果相差較大，說(shuō)明設(shè)備在60min后已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài);強(qiáng)制對(duì)流式由于使用風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣循環(huán)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間較短，與一般的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備較為接近，在對(duì)比每15min的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)之后，30~45min與之后時(shí)間段的校準(zhǔn)結(jié)果相差較小，因此可認(rèn)為強(qiáng)制對(duì)流式一般需要30min即可進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，而自然對(duì)流式則需要60min的穩(wěn)定時(shí)間。

        由測(cè)量時(shí)間間隔分別為30s、1min、2min的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，各項(xiàng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)基本無(wú)較大差異，其差值已不影響熱老化設(shè)備的性能判定，從提高校準(zhǔn)效率、減少工作量、節(jié)省成本的角度考慮，宜選擇測(cè)量間隔為2min。由表2結(jié)果，按照9個(gè)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算的各校準(zhǔn)參數(shù)測(cè)量結(jié)果，與15點(diǎn)全范圍布點(diǎn)的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，差值均不超過(guò)對(duì)應(yīng)指標(biāo)允許范圍的五分之一，可認(rèn)為兩者差別不大，印證了溫度點(diǎn)布置的科學(xué)性，同時(shí)也與空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)氣孔與出氣孔形成空氣流動(dòng)，帶動(dòng)熱傳遞形成線性溫場(chǎng)的特性相一致。

3 總結(jié)

        (1)自然對(duì)流式空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備由于僅依靠空氣加熱后密度減小產(chǎn)生的空氣上升進(jìn)行熱對(duì)流，因此相較于通過(guò)風(fēng)機(jī)循環(huán)空氣對(duì)流的強(qiáng)制對(duì)流式設(shè)備，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)較慢，而強(qiáng)制對(duì)流式的性能則比較接近于常規(guī)使用的鼓風(fēng)干燥箱、恒溫循環(huán)烘箱等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，因此在對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要區(qū)分設(shè)備工作原理在穩(wěn)定時(shí)間方面區(qū)別對(duì)待;

        (2)通過(guò)對(duì)30s、1min、2min不同測(cè)量間隔以及15點(diǎn)與9點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的對(duì)比，選擇了2min為測(cè)量間隔，驗(yàn)證了9個(gè)測(cè)量點(diǎn)在位置分布上可代表設(shè)備整體溫場(chǎng)特性，可以適用于空氣熱老化試驗(yàn)設(shè)備溫度參數(shù)的校準(zhǔn)，為精確測(cè)量該類設(shè)備的溫度計(jì)量特性提供了適用的校準(zhǔn)條件，供計(jì)量人員進(jìn)行參考;

        (3)空氣熱老化設(shè)備的另一重要參數(shù)換氣率由測(cè)量電能參量得到，因該電能是用于加熱空氣并恒溫引起的，因此其加熱電能與溫度在穩(wěn)定時(shí)間上應(yīng)大致呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)對(duì)溫度和電能同時(shí)開展測(cè)量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證兩者在穩(wěn)定時(shí)間上的關(guān)系可實(shí)現(xiàn)設(shè)備多參數(shù)同步校準(zhǔn)，從而節(jié)省校準(zhǔn)時(shí)間成本，值得進(jìn)一步深入研究。

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