南京市计量监督检测院 江苏南京 210000
摘要:在我国航空航天和兵器工业等诸多领域,环境试验箱这种设备均比较常见,得到了普遍的应用。通过环境试验箱的应用,能够了解试品在各种温度下的可靠性,探究不同环境因素对试品的影响。但在长期使用过程中,试验箱的固有特性会发生相应变化,尤其是温度偏差现象。因此,本文主要分析探究对环境试验箱温度偏差的原因及修正方法。
关键词:环境试验箱;温度偏差;修正
前言:
在环境污染不断加剧的背景下,各个国家愈加重视环境污染问题,为了缓解这一现象,开始加强对环境试验箱的研究。随着社会的发展,其应用范围也更加广泛,尤其是在武器装备领域,对试验箱的使用更加频繁,能够实现对武器质量的检测。但经过一定时间的使用,该设备会存在温度偏差的情况,需要加强研究,采用相应的修正方法,确保试验箱能够发挥其效能。
1. 环境试验箱概述
1.1工作原理
在最初对环境试验箱进行研究时,主要的作用是对战场环境进行模拟,以评估武器装备的质量。在不断发展的过程中,该设备逐渐得到更加广泛的应用,不仅应用范围扩大,应用领域也更多。通过运用该设备,实现对自然场景的模拟,针对相应设备,对其未来使用环境进行模拟,并反复进行相应试验。但相较于真实使用场景来说,还是存在一定区别,达不到完全相同。因此,在实际对场景进行模拟时,应根据试品的实际使用要求,合理进行模拟。这样才能保障检测质量,也能降低相应经费的投入。在本研究中,主要针对试验箱温度环境进行模拟,以分析其存在偏差的原因,并采取有效的修正方法。在模拟的过程中,首先要输入空气,并确保内外空气的流通性,然后对温度进行调节,同时,收集相应温度数据,以进行接下来的分析研究。
1.2环境的影响
环境试验箱通过科学的模拟手段,将环境对相应产品的影响呈现出来。在常态环境中,该设备具有稳定的检测效果,在存在环境变量的情况下,也能完成校准工作。但在检测的过程中,如果不能及时采用相应防范措施,也会影响检测结果。所以需要制定全面的检测方案,有效规避可能存在的环境影响因素,保障检测结果的准确性。而在非常态环境下,存在诸多影响试验箱的条件,如环境比较潮湿等,都会影响设备[1]。所以导致检测结果的稳定性不能得到有效保障,需要有效降低外在干扰因素的影响,才能进行相应实验。在这种环境下的检测,主要是采用低压实验的方式,完成相关信息的传送。若处于高温环境下,为了保障数据的可靠性,需要多次进行检测。
1.3温度试验要求
为了判断环境试验箱温度检测是否存在偏差,需要多次进行温度测定,将不同的温度物品放入试验箱中,获得相应的测量结果,然后将其和实际物品温度进行对比。但在这一过程中,周围的环境也会对测量结果产生影响,一旦不能有效控制,就会使得温度存在较大的偏差。如存在强光照射的环境下,就会对试验箱产生较大的影响,甚至导致相关数据丢失。这样得出的检测数据不能得到有效保障,获得的结果也失去了效用。在实际进行试验时,往往需要在常态环境下进行,以免影响温度数据的稳定性。同时,这样不仅能够消除不良因素的影响,也能及时解决相应的检测问题[2]。因此,为了保障能够找出出现温度偏差的真正原因,应确保试验环境的稳定性,消除各种不良环境因素的影响,以有效对其进行修正。此外,根据相关检测规范要求,在保障温度环境的基础上,还需进行三次及以上多次试验,将温度差别控制在5℃以内,并有效控制多次试验数据之间的平均误差,一般控制在0.25以内,才能保障数据的有效性。
2.环境试验箱温度偏差测试分析
2.1基本设备
首先,实验必不可少的就是温度环境试验箱,为了有序测试相关温度,以及分析温度误差,需要选取5台典型设备。其中只有一台为低温试验箱,其他均为高温试验箱,可以用1-5的编号进行表示。1号为低温试验箱,一般设置的温度为0、-20和-50℃;2-5为高温试验箱,将2、3台的温度设为20、40和50℃,4、5台设置为15、20以及40℃。其次,在检测的过程中,不能缺少温度系统,用来进行温度检测,并且带有热传感器的热电阻。
2.2主要步骤
在进行温度偏差测试时,需要将热电阻先放到2号温度试验箱中,注意要采用分层摆放的方式。然后,关闭舱门,将温度调节至20℃,直到温度显示稳定后,才能收集相应温度数据。在完成数据收集后,将温度调节至40℃,等到其稳定后,再次收集数据。再将温度调节至50℃,重复上述操作。此外,其他温度试验箱也重复进行以上操作步骤,采集所需的温度数据。
2.3测试数据分析
在完成试验操作后,就需要对采集的数据进行深入分析。对于试验箱内热电阻上传到传感器的温度数值,选取Til进行表示,其中的i这一符号,是摆放热电阻的数量,每个试验箱均放置了7个热电阻,并且对应传感器的温度存在一定差异;选取Tjk这一符号,来表示试验箱设置温度在相应面板上显示的数据,其中l是一共采样的次数。通过实验的开展,能够获取Til与Tjk的数据,并将其带入相应公式进行计算,以获取温度偏差的数值。通过计算这两个数据的平均值,发现Tjk数据的平均值一直处于±0.1范围内,所以无须计算其平均值[3]。在后续数据分析的过程中,主要采用试验箱上实际设置的温度数值来代替平均值。计算出每台试验箱的平均值后,才能进行温度偏差值的计算。
在理想状态下,温度偏差数值一般为零。但在实际试验的过程中,存在诸多影响因素,所以基本不会获得这一数值。但只要保障最后温度偏差值约等于零就行。最终计算出相应温度偏差值的数据都可以使用约等号,就可以判定设备为恒定温度。但这次试验的5台设备,最终获取的温度偏差值存在较大的差异,说明设备温度仍然不稳定。主要以2号设备为例进行深入分析,对其进行三次实验,每次设置的温度均存在差异。在第一次实验中,先测量温度,并将其记录下来。然后放置7个热电阻,对温度进行调节。通过传感器返回的数据,可以发现试验箱温度的变化趋势,与传感器的温度变化趋势并没有存在差异。在此基础上,对温度偏差进行计算。最后发现2号试验箱最后的偏差数据存在较大的区别,不能满足近似相等的要求。根据2号试验箱的实验过程,对其他的温度试验箱进行详细的分析,才能得出最终的结论。
在获得具体数据后,对其进行深入分析,发现导致温度试验箱出现温度偏差的主要原因是长时间的使用,可能导致相关热电阻传感器元件存在故障,或者设备自身老化的影响,而不是环境的影响。但不管是热电阻,还是其传感器,均具有良好的精度,也比较灵敏,并没有存在任何故障问题。即使处于不同的温度环境下,其涂层也没有受到影响,仍然具有良好的性能。同时,为了确定热电阻的性能是否存在问题,对其进行了温度监测,最后证实热电阻并没有存在任何性能问题,所以排除了这一可能性。那么只剩下最后一个原因了,就是经过长期的使用,试验箱自身存在老化现象,所以导致温度偏差情况的出现[4]。并且通过分析5台设备的数据,发现其中4号设备的性能最差,而其使用时间也是最长的。因此,通过多台设备的数据对比,以及结合其实际使用年限,可以发现使用时间越长的试验箱,就会产生更大的温度偏差。
3.环境试验箱温度偏差修正方法
对于存在老化现象的环境试验箱,最好的修正方法就是找出已经老化的元件,对其进行更换,以消除硬件设备对试验箱的影响,防止出现温度偏差的情况。但在实际操作过程中,环境试验箱经常更换元件,并且操作过程比较复杂, 需要投入大量的成本。若预算不充足,那么元件设备的质量难以保障,也会影响试验箱温度的准确性。同时,由于元件更换过程复杂,需要消耗大量的时间,所以在急需进行环境模拟试验的情况下,必须要在完成元件更换操作后,才能再次使用设备,进而影响试验进度,浪费相应资源。另外,要想提高温度的准确性,还可以修正数据。通过选取相应的修正值,能够确保温度的准确性。在数据产生的偏差之间存在一定相似性的情况下,在选择温度的修正值时,一般都会选择计算获得的偏差值。但由于设备的差异,使用的温度存在区别,所以偏差值也存在较大的差异。所以需要深入分析探讨,才能确定修正值,以确保试验箱在各种温度下,均能保证数据的可靠性。首先,对每一台设备的工作温度进行分析,选择相应区间,然后拟合理想和实际这两种数据,根据拟合的结果,合理确定修正数据。在确定后,利用其测量实际温度的斜率,并对结果进行验算,才能获得最合适的修正数据。
结语
综上所述,随着环境试验箱应用的普及,其温度偏差问题也受到了更多的关注,恶劣的环境会对其实验结果产生影响,但却并不能确定是导致其出现温度偏差的原因。因此,需要通过试验,通过试验结果,以及相关数据的分析,得出试验箱在长期的使用过程中,一旦自身出现老化现象,就会造成温度偏差。对此,可以选择更换元件进行修正,也可以选择修正值消除偏差,以确保环境试验箱的有效应用。
参考文献
[1]甄红梅.对JJF 1101—2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》的一点体会[J].计量技术,2019(01):49-51.
[2]伍伟雄,周裕华,谢凯锋.环境试验设备参数测量──温度传感器响应时间对测量结果的影响[J].环境技术,2020(04):210-212+216.
[3]张军明,张兆峰,孙小杰.氧弹、空气弹老化试验箱温度参数测量不确定度分析与评定[J].工业计量,2019(03):55-57+64.
[4]谢清来.Kalman滤波算法在环境试验设备温度校准中的应用[J].龙岩学院学报,2020(02):49-52.