温度偏差计算方法.docx

1、温度偏差计算方法、冋题的提出2002年，中国机械工业协会提出对1989年发布的8个电工电子产品环 境试验设备技术条件进行修订，目前，该项工作正在进行之中。在标准修订过程中，涉及到坏境试验及环境试验设备的重要技术指标温度 偏差、温度均匀度问题，新标准还提出了温度梯度问题。这对于环境试验设备 用户和生产厂家来说，都是十分重要的问题。本文试图通过对温度偏差与温度均匀度、温度梯度数值上的相关性的讨 论，希望引起坏境试验设备用户和生产厂家的重视，恰当理解和规定温度偏 差、温度均匀度、温度梯度指标及测试计算方法。本文仅限于在30分钟内对试验箱规定的测试点，测试15次（或16次、30 次、31次）所得的数据

2、进行讨论，因为温度偏差、温度均匀度、（新标准征求意 见稿中提出的）温度梯度都使用这同一组数据，也就是说，温度偏差、温度均匀 度、温度梯度只是从不同角度描述工作室温度参数的状况，它们在数值上的相 关性是必然的。二、GBIII58-89中温度偏差与温度均匀度数值上的相关性GBIII58-89高温试验箱技术条件采用后面的方法计算温度偏差和温度均 匀度。测试方法则是在试验箱温度达到设定温度2h后，30min内每隔2min测 一次，共测15次，测试点根据工作空间大小分别为9个点或13个点。GBI0586-89湿热箱技术条件GBI0589-89低温试验箱技术条件GBI0590-89低温/低气压试验箱技术条

3、件、GBI0591-89高温/低气压试验 箱技术条件的测试计算方法与GBII58-89基本相同，但个别标准所取系数有差 异。GBIII58-896.3.5规定的温度偏差、温度均匀度计算公式如下：635f列出了计算温度均匀度的计算公式 Tj=ThTL 十055(oh+oL) ”(1)式中：T j 温度 xx, CTh一一平均最高温度，CTL一一平均最低温度，。Coh一平均最高温度的标准偏差oL一一平均最低温度的标准偏差635h列出了温度偏差的计算公式(A Th) =Th-T+2.14ah(2)(A TL) =TL-T+2.14ah式中：Th 温度上偏差，CATL一一温度下偏差，CT 标称温度，C

4、温度偏差与温度均匀度数值上的相关性，可以用计算值之比来讨论。 温度xx与温度上偏差之比：温度XX与温度下偏差之比:GB11158-89对温度偏差、温度均匀度测试计算采用了平均值和标准差，这 与 GB/T5170.1-1995是有区别的。计算温度偏差则以标称温度T为基准，这与GB/T5170.1-1995是相同的。如图1所示：下面有4组实测数据，其中TP705为航天061基地计量站测试。A、EL-02GP高低温交变湿热试验箱广州ESPEC2000.6.13测试（标称温度40C）笔者从上100个温度偏差，温度均匀度实测数据统计中，温度均匀度值（不带正负号）大于温度偏差值（带正负号）的概率在90%以

5、上；若根据标准 允许对温度设定值进行修正的话，这个概率接近100%,其中Tj/A Th（L）,大于1.5的概率超过50%。三、GB/T5170.1-1995中温度偏差与温度均匀度数值上的相关性GB/T5170.1-1995电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法总则采用下式计算温度偏差和温度均匀度。计算方法 与 GB11158-89 相同。（30min 内测 15 次）温度XXA Tu=Z（Tjmax-Tjmin）/15（15）式中： Th温度上偏差，CTjmax一各测点在第j次测量中的实测最高温度值，C；Tjmin-各测点在第j次测量中的实测最低温度值，C。温度上偏差Tmax=Tmax-T

6、n(6)温度下偏差Tmin=TminTn(7)式中：ATmax一温度上偏差，C；ATmin一温度下偏差，C；Tmax各测点在30min内的实测最高温度，C；Tmin-各测点在30min内的实测最低温度，C；TN标称温度值，C。GB/T5170.1-1995对温度偏差采用了极值的概念，计算温度偏差以标称温度 T,(与GB11158中T为同一概念为基准)。GB/T5170.11995对温度均匀度采用平均值，但它指的是第一次测试中最大温度 差的平均值，而GB11158-89中指的是最高(最低)温度点的平均值。如图2所 zj O按照GB/T5170.1规定，温度均匀度测试Tjmax-Tjmino可能出

7、现在2个以上的测试点 之间。从统计的角度也可以分析温度偏差与温度均匀度在数值上的相关性。目前，国内不少环境试验设备温度波动度都在士01C02C左右，在讨论温度偏差与温度均匀度在数值上的比值（相关性）时， 可以将温度波动度忽略，如图3所示，实际测试中绝大多数曲线都属于这种情 况。从上图可知，温度均匀度可归结为最高、最低温度两个点的平均值之差。 即A Tu=2 （Tjmax-Tjmin） /15=2tjmax/15-2jmin/15=Tmax-Tmin按照上述公式，前面所列4组实测数据计算的温度偏差、温度均匀度及其 比值如下表。上述计算结果看出，按GB/T5170.1-1995、GB11158-8

8、9测试计算的温度偏差与温度均匀度，数值上的相关性 （或比值）是十分接近的。四、GB11158-200X （征求意见稿）中温度偏差与温度梯度的相关性GB11158-200X高温试验箱技术条件（征求意见稿）提出了温度梯度的概 念，取消了温度均匀度的概念。温度偏差以工作空间中心点的温度平均值（而箱温度达以设定温度2h后，30min内每隔lmin测1次，共测30次，测试 点根据工作空间大小分为9点或13点。GB10568-200X, GB10589-200X, GB10590-200X, GB10591-200X 等标准（征 求意见稿）中的测试计算方法与GB11158-200X相同。6B11158-2

9、00X中温度偏差 和温度梯充的计算方法如下：624.3对在温度恒定阶段测得的数据，按（9） 式计算每点30次测得的平均温度（9）式中：T一一温度平均值，C；Ti一一第1次测试值，C；n测试次数。624.4按（10） 式计算温度梯度Tj=Th-TL（10）式中：Tj一温度梯度，C；Th最高平均温度，C；TI最低平均温度,C；6.2.4.6按(11)式计算温度偏差Ti=Ti-To(11)式中：Ti一温度偏差,C；To工作空间中心点的温度平均值，C；Ti一工作空间其他点的温度平均值，C。若中心点温度平均值不是试验箱工作空间最高值或最低值，如图4所示:A Ti=Th-TL= (Th-To) +(To-

10、TL)(12)(Th-To)#0、(To-TL)O(13)所以A Tj(Th-To) A Tj(To-TL)(14)若中心点温度平均值是试验箱工作空间的最高温度值或最低温度值。若 Th-To=0WJA Tj=|To-TL|(15)若 To-TL=0WJa Tj=|Th-To|（16）按照GB11158-200X的测试计算方法，温度梯度值是工作空间数最大温度偏 差值的代数和，或与一个最大的温度偏差值相等。大量实测数据表明，式（13）即温度梯度值（不带正负号）大于最大温度偏差值（带正负号）的 概率在90%以上，温度梯度一般为温偏差值的15倍左右。对于GB11158-89,在试验箱温度波动度很小，其

11、标准差（在0.05C左右）可以忽略不计，这里假设为零。则温度xx简化为如下计算公式：Tj=Tn-TL（17）温度偏差简化为如下计算公司:Th=Th-T（18）TL=TL-T（19）除了基准点（GB11158-89为标称温度、GB11158-200X为工和空间中心点） 不同外，GB11158-200X规定的温度均匀度与温度偏差可按式(11)(19)进行相似的分析，结论也是相同的。如前所述，实测数据也证明这是符合实际情况的。根据JJF1059-1999测量不确定度评定与表示,各试点被测温度的测量次 数越多，则温度的(算术)平均值越接近期望值。温度平均值的分散性，可以用实验标准差，即A类标准不确定度

12、即平均值 实验标准差来表示(这里不考虑B类不确定度)S (T)=(20)式中：S (T) 一温度平均值实验标准差，C；S (o) 温度的标准差，。C；n测量次数。当然，测量次数n充分多，能使A类不确定度(实验标准差)的评定可 靠，由国家质量技术监督局计量司编著的测量不确定度评定与表示指南介 绍，一般认为n应大于5,但也要根据实际情况而定，当A类不确定度分量是 对合成标准不确定度的贡献较大时，n不宜大，反之，当A类不确定度分量对 合成标准不确定度的贡献较小时，n小些关系也不大。以测量15次与测量30次比较：“(21)四达公司大量的测试结果表明，测量温度的标准差在0.05 0.1C之间。则S （T

13、） 15在0.01 0.03C之间S （T） 30 在0.09 0.02C之间对环境试验设备温度偏差，温度均匀度均值来说，测量15 （16次）或30 次（31次）对计算结果的影响是微乎其微。实测数据的结果也与上述情况xxo结论与建议通过对温度偏差与温度均匀度，温度梯度在数值上相关性的讨论，可得出 如下结论，并提出建议：1、以标称温度为基准计算，在绝大多数情况下，温度均匀度值（不带正负 号）大于温度偏差（带正负号）的最大值，温度均匀度通常是最大温度偏差的15倍左右。出现温度均匀度小于温度偏差的概率极小。以试验箱几何中心点为基准计算，温度均匀度值（不带正负号）大于等于 温度偏差（带正负号）的最大值

14、的概率为100%,不可能出现温度均匀度小于温 度偏差的情况。温度均匀度通常是最大温度偏差值的15倍左右。这对GB1115889、GB/T5170.1-1995、GB11158-200X 都是适用的。2、 在温度波动度小于士03C的条件下，30min内测量15次或30次，对环境试验设备温度指标测 试结果的影响，其差异是微乎其微的。3、 建议环境试验设备规定温度偏差这一指标而不规定温度均匀度这一指 标。4、 如果非要规定温度均匀度这一指标，建议温度均匀度指标值（不带正负 号）为温度偏差指标值（带正负号）的15倍。5、 建议计算温度偏差仍以标称温度为准，它既与GB/T5170.1 -致，更重要的是对环境试验更有利。6、 建议在对八个坏境试验设备标准的修订中不采用温度梯度的概念，它 与原来的“温度均匀度没有实质区别，而与国军标（GJB150）引用的温度梯度 概念又有不同，极容易引起不必要的混乱。