一、设备选择依据存在于地球表面及大气层空间中
的自然环境因素和诱发环境因素的种类，目前还无
法统计出一个确切的数目，其中对工程产品（设备）
的使用及寿命影响较大的因素不下十几种。从事工
程产品环境条件研究的工程师们将自然界存在以及
人类活动所诱发的环境条件整理归纳为一系列的试
验标
准和规范，用以指导工程产品的环境及可靠性试验。
如指导军工产品进行环境试验GJB150――中华人民
共和国国家军用标准《军用设备环境试验方法》，
指导电工电子产品进行环境试验的GB2423――中华
人民共和国国家标准《电工电子产品环境试验方法
指南》等。因此，我们选择环境及可靠性
试验设备时主要的依据是工程产品的试验规范和试
验标准。其次，为了规范试验设备中环境试验条件
的容差，保证环境参数的控制精度，国家技术监督
机构及各工业部门还制订了一系列的环境试验设备
及检测仪器仪表的检定规程。如中华人民共和国国
家标准GB5170《电工电子产品环境试验设备基本参
数检定方法》，又如国家技术监督局颁布实施的
JJG190－89《电动振动试验台系统试行检定规程》
等。这些检定规程也是选择环境及可靠性试验设备
的重要依据，不符合这些检定规程要求的试验设备
是不允许投入使用的。二、设备选择基本原则环境
及可靠性试验设备的选择应遵循以下五条基本原则
：1、环境条件的再现性在试验室内完整而精确地再
现自然界存在的环境条件是可望而不可及的事情。
但是，在一定的容差范围之内，人们完全可以正确
而近似地模拟工程产品在使用、贮存、运输等过程
中所经受的外界环境条件。这段话用工程的语言概
括，就是“试验设备所创造的围绕被试产品周边的
环境
条件（含平台环境）应该满足产品试验规范所规定
的环境条件及其容差的要求”。如用于军工产品试
验的温度箱不仅要满足国军标－86、
－86中根据不同的均匀性和温度控制精度
的要求。只有这样，才能保证在环境试验中环境条
件的再现性。2、环境条件的可重复性
一台环境试验设备可能用于同一类型产品的多次试
验，而一台被试的工程产品也可能在不同的环境试
验设备中进行试验，为了保证同一台产品在同一试
验规范所规定的环境试验条件下所得试验结果的可
比较性，必然要求环境试验设备所提供的环境条件
具有可重复性。这也就是说，环境试验设备施用于
被试验
产品的应力水平（如热应力、振动应力、电应力等）
对于同一试验规范的要求是一致的。环境试验设备
所提供环境条件的可重复性是由国家计量检定部门
依据国家技术监督机构所制定的检定规程检定合格
后提供保证。为此，必须要求环境试验设备能满足
检定规程中的各项技术指标及精度指标的要求，并
且在
使用时间上不超过检定周期所规定的时限。如使用
非常普遍的电动振动台除满足激振力、频率范围、
负载能力等技术指标外，还必须满足检定规程中规
定的横向振动比、台面加速度均匀性、谐波失真度
等精度指标的要求，而且每次检定后的使用周期为
二年，超过二年必须重新检定合格后才能投入使用。
3、
环境条件参数的可测控性任何一台环境试验设备所
提供的环境条件必须是可观测的和可控制的，这不
仅是为了使环境参数限制在一定的容差范围之内，
保证试验条件的再现性和重复性的要求，而且从产
品试验的安全出发也是必须的，以便防止环境条件
失控导致被试产品的损坏，带来不必要的损失。目
前各种
试验规范中大体要求参数测试的精度不应低于试验
条件允许的误差的三分之一。4、环境试验条件的排
它性每一次进行环境或可靠性试验，对环境因素的
类别、量值及容差都有严格的规定，并排除非试验
所需的环境因素渗透其中，以便在试验中或试验结
束后判断和分析产品失效与故障模式时，提供确切
的依
据，故要求环境试验设备除提供所规定的环境条件
外，不允许对被试产品附加其它的环境应力干扰。
如电动振动台检定规程中所限定的台面漏磁，加速
度信噪比、带内带外加速度总均方根值比。随机信
号的检验、谐波失真度等精度指标都是为了保证环
境试验条件的唯一性而制定的检定项目。5、试验设
备的
安全可靠性环境试验，特别是可靠性试验，试验周
期长，试验的对象有时是价值很高的军工产品，试
验过程中，试验人员经常要在现场周围操作巡视或
测试工作，因此要求环境试验设备必须具有运行安
全、操作方便、使用可靠、工作寿命长等特点，以
确保试验本身的正常进行。试验设备的各种保护、
告警措
施及安全连锁装置应该完善可靠，以保证试验人员、
被试产品和试验设备本身的安全可靠性。三、温湿
度箱的选择1、容积的选择将被试产品（元器件、组
件、部件或整机）置入气候环境箱进行试验时，为
了保证被试产品周围气氛能满足试验规范所规定的
环境试验条件，气候箱工作尺寸与被试产品外廓尺
寸
之间应遵循以下几点规定：a）被试产品的体积
（W×D×H）不得超过试验箱有效工作空间的（20～
35）%（推荐选用20%）。对于在试验中发热的产
品推荐选用不大于10%。b）被试产品的迎风断面积
与该断面上试验箱工作室总面积之比不大于（35～
50）%（推荐选用35%）。c）被试
产品外廓表面距试验箱壁的距离至少保持100～
150mm，（推荐选用150mm）。上述三点规定实际
上是相互依存和统一的。以1立方米正方体箱子为例，
面积比为1：(～）相当于体积之比为1：
（～）。距箱壁100～150mm相当于体积
之比为1：（
～）。总括上述三点规定，气候环境试
验箱的工作腔容积至少应是被试产品外廓体积的3～
5倍。作出这种规定的理由有以下几点： （1）被
试验件置入箱体后挤占了流畅的通道，通道变窄将
导致气流流速的增加。加速气流与被试验件之间的
热交换。这与环境条件的再现不符，因为
在有关标准中对涉及温度环境试验都规定试验箱内
试验样件周围的空气流速不应超过
试验样件和周围气氛产生不符合实际的热传导。在
空载时试验箱内平均风速为～
1m/s，满足a)、b)两点要求所规定的空间及面积比
时，流场的风速可能增大（50
～100）%，平均最高风速为（1～）m/s。满足
标准规定的要求。如果在试验中不加限制地加大试
验件的体积或迎风断面积，则实际试验时气流风速
将增大到超出试验标准所规定的最高风速，其试验
结果的有效性将受到怀疑。 （2）气候箱工作腔内
环境参数〔如温度、湿度、盐雾沉降率等〕
的精度指标都是在空载状态下检测的结果，一旦置
入被试验件后，对试验箱工作腔内环境参数的均匀
性将产生影响，试验件占有的空间越大，这种影响
也就越严重。实测试验数据表明，流场中迎风面与
背风面的温差可达到3～8℃，严重时可大到10℃以
上。因此，必须尽量满足a〕、b〕两项要求，以保
证被试产品周围环境参数的均匀性。 （3）根据热
传导的原理，箱壁附近气流的温度通常与流场中心
温度相差2～3℃，在高低温的上下限时，还可能达
到5℃。箱壁的温度与箱壁附近流场的温度又相差2
～3℃（视箱壁的结构和材料而定）试验温度与外界
大气环境相差越大，上述温差也越大，因此，距
箱壁（100～150mm）距离内的空间是不可利用空间。
2、温度范围的选择目前，国外温度试验箱的范围大
体上为－73～+177℃，或－70～+180℃。国内多数
厂家一般为－80～+130℃，－60～+130℃，－40～
+130℃，也有高温到150℃。这些温度范围通常可
以满足
国内绝大多数军用、民用产品温度试验的需要，除
非确有特殊需要，如安装位置靠近发动机等热源的
产品外，不可盲目提高温度上限。因为上限温度越
高，箱体内外的温差越大，箱体内部流场的均匀性
也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面，
上限温度值越高，对箱壁夹层中保温材料（如玻璃
棉等
）的耐热性要求越高。箱体密封性的要求也越高，
使箱体的制作成本增加。3、湿度范围的选择国内外
环境试验箱给出的湿度指标大都是20～98%RH或30
～98%RH，如果湿热试验箱没有除湿系统，则湿度
范围为60～98%，这一类试验箱只能做高湿试验，
但它的价格低得多。值得注意的是在
湿度指标后面应该注明相应的温度范围，或给出最
低露点温度。因为相对湿度是与温度直接相关的，
对于同样的绝对含湿量，温度越高，相对湿度就越
小，如绝对含湿量为5g/Kg（指1公斤干空气中含有5
克的水蒸汽），当温度为29℃时，相对湿度为
20%RH，温度为6℃时，相对湿度为90%R
H，当温度降至4℃以下，相对湿度超过100%，在箱
体内会出现结露现象。实现高温、高湿只需要往箱
体空气中喷水蒸汽或雾化的水珠，进行加湿。低温
低湿则相对难于控制，因为此时的绝对含湿量很低，
有时比大气中的绝对含湿量低很多，需要对箱体内
流动的空气除湿，使空气变得干燥。目前国内外
绝大多数的温湿度箱都采用制冷除湿的原理，是在
箱体的空气预调室内加一组制冷光管。当湿空气经
过冷管时，其相对湿度会达到100%RH，因空气饱
和在光管上结露，使空气变得更干燥。这种除湿方
式理论上可达到零度以下的露点温度，但是当冷点
表面温度到达0℃时，光管表面结露的水滴会结冰，
从而影响光管表面的热交换，使除湿能力下降。又
因为箱体不可能绝对密封，大气中的湿空气会渗入
到箱体内，使露点温度回升。另一方面，在光管间
流动的湿空气只是在和光管（冷点）接触的瞬间达
到饱和状态而析出水蒸汽，因此这种除湿方法很难
使箱体内的露点温度在到0℃以下。实际所达到的最
低露
点温度为5～7℃。露点温度5℃相当于绝对含湿量为
如果要求温度20℃进相对湿度达到20%RH，此时的
露点温度为－3℃，采用致冷方式除湿是很困难的，
必须选用空气干燥系统才能实现。4、控制方式的选
择温度、湿度试验箱有
恒定试验箱、交变试验箱两种情况。普通的高低温
试验箱一般指的是恒定高低温试验箱，其控制方式
为：设定一个目标温度，试验箱具有自动恒温到目
标温度点的能力。恒定温湿度试验箱的控制控制方
式也类似，设定一个目标温度、湿度点，试验箱具
有自动恒温到目标温度、湿度点的能力。高、低温
交变试
验箱具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程
序，试验箱有能力根据预置的曲线完成试验过程，
并且可以在最大升温、降温速率能力的范围内，精
确控制升温、降温的速率，即可以根据设定的曲线
的斜率控制升温、降温速率。同样，高低温交变湿
热试验箱也具有预置温度、湿度曲线，并且根据预
置进行
控制的能力。当然，交变试验箱都具有恒定试验箱
的功能，但交变试验箱的制造成本较高，因为交变
试验箱需配置有曲线自动记录装置、程序控制仪，
还须解决试验箱在工作室内温度较高的情况下开启
制冷机等问题，因此，交变试验箱的价格比恒定试
验箱的价格一般要高20%以上。因此，我们应当实
事求
是的以试验方法的需要为出发点，选用恒定试验箱
或者是交变试验箱。5、变温速率的选择普通的高低
温试验箱没有降温速度的指标，从环境温度降温到
标称的最低温度的时间一般为90～120min。高低温
交变试验箱、高低温交变湿热试验箱都有变温速度
的要求，其变温速率一般要求1℃/min，
在此速率的范围内速度可调。而快速温度变化试验
箱的变温速率较快，升温、降温速率可以达到
3℃/min～15℃/min，在某些温度段升温、降温速率
甚至可以达到30℃/min以上。各种规格、速度的快
速温度变化试验箱的温度范围一般都是相同的，即
－60～+130℃，但考核降温速度的
变温范围却不尽相同，根据试验不同的试验要求，
快速温度变化试验箱变温范围有的是－55～+80℃，
而有的是－40～+80℃。关于快速温度变化试验箱的
变温速率有两种提法，一种是全程平均升降温速度，
一种是线形升降温速度（实际上是每5min平均速度）
。全程平均速度是指在试验箱的变
温范围内，最高温度与最低温度之差值与时间之比。
目前国外各环境试验设备生产厂家提供的变温速率
的技术参数都是指的全程平均速率。线形升降温速
度指在任意的每5min时间段内，能够保证的变温速
率。而实际上对于快速温度变化试验箱来说，保证
线形升降温速度的难度最大、最关键的一段是，在
降温段最后的一个5min的时间段内，试验箱可以达
到的降温速率。从某种角度讲，线形升降温速度
（每5min平均速度）更科学。因此试验设备最好具
有全程平均升降温速度和线形升降温速度（每5min
平均速度）这两个参数。一般来说，线形升降温速
度（每5min平均速度）是全程平均升降温
速度的1/2。6、风速有关标准规定，进行环境试验
时温湿箱内的风速应小于
说，风速越小越好，风速过大会加速试验件表面与
箱体内流动气流的热交换，于试验的真实性不利。
但为了保证试验箱工作室内的均匀性，试验箱内具
有循环风是必需的。但是快速温度变化试验箱
以及温度、湿度、振动等多因素综合环境试验箱，
为追求变温速率，必须加快箱体内循环气流的流速，
风速通常在2～3m/s。因此，对于不同的使用目的，
风速的限制是不一样的。7、温度波动度温度波动是
一个比较容易实现的参数，所有环境试验设备厂家
生产的多数的试验箱实际的温度波动都可以控
制在±℃的范围以内。8、温度场均匀度为了更正
确地模拟产品在自然界所遭受的实际环境状况，在
环境试验中必须保证被试产品的周边处在同一温度
环境条件下，为此，必须对试验箱内的温度梯度和
温度的波动度加以限制。在国军标－86军
用设备环境试验方法总则中明确规定“
试验样品附近测量系统的温度应在试验温度的±2℃
以内，其温度工不超过1℃/m或总的最大值为
℃（试验样品不工作）”。9、湿度的精度控制
环境试验箱中测量湿度多数是采用干湿球法，环境
试验设备的制造标准GB10586要求，相对湿度偏差
应在+2-3%RH。为满足湿度控制精度的
要求，湿度试验箱的温度控制精度较高，温度波动
一般小于±℃。否则很难达到湿度控制精度的要
求。10、冷却方式选择试验箱如果带有制冷系统，
制冷系统需要进行冷却。试验箱有风冷、水冷两种
形式。风冷水冷使用条件设备安装简便，只需要接
通电源即可使用。环境温度应低于28℃，如果环
境温度高于28℃对制冷效果有一定的影响（最好配
备空调）需配置循环冷却水系统。换热效果相对于
水冷方式而言是较差稳定、良好对使用环境的影响
会导致试验箱周围的空气温度上升。不影响试验箱
周围的温度。噪声较大（相对于水冷方式）较小结
论选择何种冷却方式，应结合试验室的实际情况而
定。
在条件允许的情况下，优先考虑选择水冷方式。但
如果选用的试验箱的制冷系统很小，也可以优先考
虑选择水冷方式。四、温湿度试验设备状况分析1〕
温湿度环境试验设备的生产是持续了几十年的机械
制造行业，其基本技术（如制冷，加热）已经成熟。
便是随着工业技术的进步和发展，很多新的应用技
术
不断引入到环境试验设备中，如计算机技术，模糊
控制理论，多箱同步运行等，因此，很难给制造厂
家下一个孰优孰劣的武断性结论。各个生产厂家积
几十年的制造经验所生产的设备都是可以使用的，
其工作原理、所应用的技术，甚至结构、材料等都
有很多相似之处。但是由于环境试验设备“多非标、
多品
种、小批量”的生产方式的制约，产品的可靠性始
终是困绕国内、国外制造商的一个问题。关键在于
生产厂家必须管理精细，工艺完备、检测手段齐全、
对质量认真负责（如通过ISO9000论证）。同时，
环境试验设备是一种耐用品，一些问题和设计缺陷
需要多年使用才能暴露出来，通过统计分析才能
发现问题所在。一个成熟的、高可靠性的产品往往
需要多年改进、完善。因此，环境试验设备生产厂
家具有一定生产规模和生产历史，是产品具有较高
可靠性的必要条件之一。2〕生产过程的质量控制。
国内生产过程的质量控制有很大提高。生产过程的
质量控制与生产厂家的管理水平、生产习惯有关，
通过
ISO9000的论证是生产过程质量控制走上规范化的
一个标志。国内外生产温湿度环境试验设备的厂家
在生产气候环境试验方面都积累了丰富的经验。提
供的都是可供使用的，在质量上都可信赖。至于究
竟应该选用哪一家，哪一种型号的产品更符合要求，
除了本文前面所述的一些原则和具体的技术指标
要求外，还有一些值得重视和考虑的因素。a〕性能/
价格比。在对环境试验设备的技术参数、可靠性充
分考证的基础上，性价比是应当考虑的重要因素。
环境试验设备的进口无一例外都是通过代理商在国
内进行销售的，价格的因素不仅取决于生产厂家的
成本和利润，还包含着很多中间环节费用及销售提
成
。在相同的制造成本下，降低中间费用是降低订货
价格的重要因素，同一国家相关技术指标的产品，
制造成本大体相当，不同国家（指西方发达国家）
生产的产品即使有差别也不会太大。b〕满足用户需
要的程度和能力。用户订购一台温湿度环境试验箱，
其要求依产品试验的需要而不同，如有的三综合试
验
箱常常用于产品部件或组件和环境应力筛选试验，
此时设备的强制除湿能力以及附加空气干燥系统的
可能性是用户应该重点关心的项目，如果有的用户
想利用三综合试验箱作环境试验（如湿热试验），
则风速可调整性就是必须考虑的因素。c〕售后服务
及设备故障的处理能力。任何一台设备在使用中不
可能
不出故障，一旦出现问题使用者能否享受到及时的
维修服务，或者能根据设备自身具有的故障诊断能
力很快确定出故障处理办法，使设备尽快恢复性能，
重新投入使用。在这方面，国内外的生产厂家都已
经或正在做出积极的努力，如建立快速反应的维修
队伍，如在计算机控制系统中增加诊断及故障预警
系统
软件，用户可根据计算机提供的信息，尽快处理故
障。
