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-规定的温度偏差、温度均匀度计算公式如下：6・3・5f列出了计算温度均匀度的计算公式△Tj=ThTL十0・55(oh+oL)〃〃(1)式中：△Tj 温度xx,°CTh 平均最高温度，°CTL 平均最低温度，。Coh 平均最咼温度的标准偏差oL一一平均最低温度的标准偏差6・3・5h列出了温度偏差的计算公式(ATh)=Th-T+2.14ah(2)(ATL)=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/T1995是有区别的。计算温度偏差则以标称温度T为基准，这与GB/T1995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40°C）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/ATh（L），大于的概率超过50%。三\GB/T1995中温度偏差与温度均匀度数值上的相关性GB/T1995《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）XX温度XXATu=[Z(Tjmax-Tjmin)]/15式中：Th—温度上偏差，°Tjmax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，9。温度上偏差Tmax=Tmax-Tn(6)温度下偏差Tmin=Tmin・Tn(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内的实测最咼温度，°C;Tmin-各测点在30min内的实测最低温度，°C;TN—标称温度值，°C。GB/T1995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中指的是最咼(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0・1°C〜±0・2°C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ATu=[2（Tjmax-Tjmin）]/15=2tjmax/15-2jmin/15=Tmax-Tmin⑻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、GB11158-89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。6B11158-200X中温度偏差和温度梯充的计算方法如下：62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 温度平均值，9;Ti 第1次测试值，9;n_测试次数。62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.按式计算温度偏差△Ti=Ti-To(11)式中：△Ti—温度偏差，°;To—工作空间中心点的温度平均值，°;Ti—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:ATi=Th-TL=(Th-To)+(To-TL)(12)(Th-To)#0、(To-TL)9(13)所以ATj>(Th-To)>ATj>(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=0WJATj=|To-TL|（15）若To-TL=0WJATj=|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1・5倍左右。对于GB11158-89，在试验箱温度波动度很小，其标准差（在0.05°C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)・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0.05〜0.1°C之间。则S（T）15在0.01〜0.03°C之间S（T）30在0.09〜0.02°C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1・5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1・5倍左右。这对GB11158・89、GB/T5170.1-1995、GB11158-200X都是适用的。2、 在温度波动度小于士0・39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