測試大體積樣品，如何防止冷熱沖擊試驗機溫度均勻性受影響？

來源：東莞市豪恩檢測儀器有限公司（武漢分公司） 2025年07月08日 11:40

在冷熱沖擊試驗機的使用過程中，當(dāng)測試樣品體積過大時，很容易破壞設(shè)備內(nèi)部的溫度場分布，導(dǎo)致溫度均勻性下降，進(jìn)而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。這一問題在汽車零部件、大型電子設(shè)備等領(lǐng)域的測試中尤為突出。本文將從樣品預(yù)處理、設(shè)備參數(shù)調(diào)整、測試流程優(yōu)化等多個維度，詳細(xì)闡述如何避免大體積樣品對冷熱沖擊試驗機溫度均勻性的影響。

一、樣品預(yù)處理：減少對溫度場的干擾

（一）優(yōu)化樣品結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于體積過大的樣品，可在不影響其核心性能測試的前提下，對非關(guān)鍵部位進(jìn)行適當(dāng)裁剪或拆分。例如，在測試大型汽車儀表盤時，可將與溫度敏感性關(guān)聯(lián)較低的外殼部分拆除，僅保留內(nèi)部電子元件和核心結(jié)構(gòu)。這樣既能減小樣品體積，又能確保測試的核心目標(biāo)不受影響，從而降低對試驗機內(nèi)部溫度場的干擾。

（二）采用隔熱處理

在樣品的非測試區(qū)域包裹高性能隔熱材料，如氣凝膠氈、真空隔熱板等。這些材料具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，能有效阻擋樣品與周圍環(huán)境的熱量交換，減少樣品自身溫度變化對試驗機內(nèi)部溫度場的影響。以某大型鋰電池模組測試為例，在其外殼包裹 5mm 厚的氣凝膠氈后，測試過程中試驗機內(nèi)部的溫度波動幅度降低了 40%。

（三）提前進(jìn)行溫度預(yù)處理

將大體積樣品在接近試驗機高低溫區(qū)設(shè)定溫度的環(huán)境中進(jìn)行預(yù)處理。例如，若要進(jìn)行 - 40℃至 120℃的冷熱沖擊測試，可先將樣品在 - 30℃環(huán)境中放置 2 小時，再在 110℃環(huán)境中放置 2 小時。經(jīng)過預(yù)處理的樣品，在進(jìn)入試驗機后，自身溫度與試驗機內(nèi)溫度的差異較小，能減少因樣品溫度急劇變化而引起的溫度場紊亂。

冷熱沖擊試驗箱1.jpg

冷熱沖擊試驗箱2.jpg

二、設(shè)備參數(shù)調(diào)整：適配大體積樣品測試需求

（一）增大風(fēng)量與優(yōu)化風(fēng)道

大體積樣品會阻礙試驗機內(nèi)部的氣流循環(huán)，導(dǎo)致溫度分布不均。此時，可適當(dāng)提高試驗機的風(fēng)機功率，增大風(fēng)量，增強氣流的穿透力。同時，根據(jù)樣品的形狀和擺放位置，對風(fēng)道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。例如，在樣品周圍增加導(dǎo)流板，引導(dǎo)氣流繞過樣品并均勻分布在其周圍。某測試機構(gòu)的實踐表明，通過增大風(fēng)量 20% 并優(yōu)化風(fēng)道后，大體積樣品測試時的溫度均勻性誤差從 ±5℃降至 ±2℃以內(nèi)。

（二）調(diào)整溫度沖擊速率

對于大體積樣品，過快的溫度沖擊速率會導(dǎo)致樣品表面與內(nèi)部產(chǎn)生巨大的溫度梯度，同時也會加劇試驗機內(nèi)部溫度場的波動。因此，可適當(dāng)降低溫度沖擊速率。一般來說，將沖擊速率從常規(guī)的 15℃/min 調(diào)整為 8-10℃/min，能有效緩解大體積樣品對溫度均勻性的影響。但需注意，調(diào)整后的速率仍需滿足相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保測試的有效性。

（三）擴大測試區(qū)容積或選擇定制化設(shè)備

如果經(jīng)常需要測試大體積樣品，可考慮更換具有更大測試區(qū)容積的冷熱沖擊試驗機，或者選擇可定制化的設(shè)備。定制化設(shè)備能夠根據(jù)樣品的具體尺寸和形狀，設(shè)計專屬的測試腔和溫度控制系統(tǒng)，從根本上解決大體積樣品與設(shè)備不匹配的問題。例如，某新能源汽車廠商為測試大型電池包，定制了測試區(qū)容積為 5m3 的冷熱沖擊試驗機，其內(nèi)部采用多組獨立溫控系統(tǒng)，確保了大體積樣品測試時的溫度均勻性。

三、測試流程優(yōu)化：科學(xué)規(guī)劃測試過程

（一）合理擺放樣品

在試驗機測試區(qū)內(nèi)，大體積樣品的擺放位置至關(guān)重要。應(yīng)避免將樣品直接放置在風(fēng)道出口或回風(fēng)口處，以免阻礙氣流循環(huán)。同時，樣品與試驗機內(nèi)壁、樣品與樣品之間應(yīng)保持足夠的距離，一般不小于 10cm，以保證氣流能夠順暢流通。對于形狀不規(guī)則的大體積樣品，可采用專用支架進(jìn)行固定，調(diào)整其擺放姿態(tài)，使樣品各部位能夠均勻受熱或受冷。

（二）分階段進(jìn)行測試

將一次完整的冷熱沖擊測試分為多個階段進(jìn)行，每個階段之間設(shè)置一定的溫度穩(wěn)定時間。例如，在從高溫區(qū)切換到低溫區(qū)后，先讓試驗機運行一段時間，待內(nèi)部溫度場穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次沖擊。這種分階段測試的方式，能給大體積樣品足夠的時間響應(yīng)溫度變化，減少溫度場的波動。某實驗室的測試數(shù)據(jù)顯示，采用分階段測試后，大體積樣品測試的溫度均勻性穩(wěn)定性提高了 30%。

（三）增加溫度監(jiān)測點

除了依靠試驗機自身的溫度傳感器外，在大體積樣品的不同部位增設(shè)額外的溫度監(jiān)測點，如使用熱電偶等。通過實時監(jiān)測樣品各部位的溫度變化，能夠及時發(fā)現(xiàn)溫度均勻性問題，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整測試參數(shù)。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)樣品某一部位的溫度與設(shè)定溫度偏差較大時，可適當(dāng)延長該溫度段的保持時間，確保樣品各部位都能達(dá)到規(guī)定的測試溫度。

四、設(shè)備維護(hù)與校準(zhǔn)：保障設(shè)備性能穩(wěn)定

（一）定期清潔與維護(hù)設(shè)備

大體積樣品在測試過程中，容易攜帶灰塵、雜質(zhì)等進(jìn)入試驗機內(nèi)部，堵塞風(fēng)道或影響傳感器的靈敏度。因此，需定期對試驗機進(jìn)行清潔和維護(hù)，包括清理風(fēng)道內(nèi)的雜物、檢查風(fēng)機運行狀態(tài)、校準(zhǔn)溫度傳感器等。建議每月進(jìn)行一次全面清潔，每季度進(jìn)行一次性能校準(zhǔn)，確保設(shè)備始終處于良好的運行狀態(tài)。

（二）針對大體積樣品測試進(jìn)行專項校準(zhǔn)

常規(guī)的設(shè)備校準(zhǔn)主要針對空載狀態(tài)，而大體積樣品的存在會改變設(shè)備的溫度特性。因此，有必要針對大體積樣品測試進(jìn)行專項校準(zhǔn)。可使用標(biāo)準(zhǔn)溫度計在不同負(fù)載狀態(tài)下對試驗機內(nèi)部的溫度進(jìn)行測量和校準(zhǔn)，建立負(fù)載與溫度偏差的對應(yīng)關(guān)系，為后續(xù)的測試參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。例如，某企業(yè)在對可容納 50kg 樣品的冷熱沖擊試驗機進(jìn)行專項校準(zhǔn)后，制定了不同負(fù)載下的溫度補償方案，使大體積樣品測試的溫度均勻性誤差控制在 ±1℃以內(nèi)。

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