一、引言

二、溫度檢測原理及應(yīng)用

1. 溫度檢測原理

• 熱電阻測溫原理：熱電阻是高低溫試驗(yàn)箱中常用的溫度檢測元件之一，它基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的特性來實(shí)現(xiàn)溫度測量。比如，常用的鉑熱電阻（PT100），其在一定溫度范圍內(nèi)，電阻值與溫度呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。當(dāng)溫度升高時(shí)，鉑絲的電阻值會(huì)相應(yīng)增大，通過測量其電阻值的變化，并依據(jù)預(yù)先校準(zhǔn)好的電阻 - 溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系表或者數(shù)學(xué)關(guān)系式，就能準(zhǔn)確得出對(duì)應(yīng)的溫度值。其關(guān)系式可大致表示為 （其中  為實(shí)際溫度下的電阻值， 為初始參考溫度下的電阻值， 為熱電阻的溫度系數(shù)， 為溫度變化量）。

• 熱電偶測溫原理：熱電偶則是利用了塞貝克效應(yīng)，即兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體組成閉合回路時(shí)，若兩個(gè)接點(diǎn)處于不同溫度，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢與兩個(gè)接點(diǎn)的溫度差存在一定的函數(shù)關(guān)系。在高低溫試驗(yàn)箱中，將熱電偶的一端放置在需要測量溫度的位置（測量端），另一端保持在已知的恒定溫度（參考端，通常通過補(bǔ)償導(dǎo)線連接到溫度穩(wěn)定的環(huán)境或者采用冷端補(bǔ)償器進(jìn)行溫度補(bǔ)償），通過測量回路中的電動(dòng)勢大小，再依據(jù)該熱電偶對(duì)應(yīng)的分度表（不同熱電偶類型有不同的分度表，規(guī)定了電動(dòng)勢與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系），就能計(jì)算出測量端的溫度。

• 溫度傳感器的信號(hào)處理與校準(zhǔn)：無論是熱電阻還是熱電偶，其輸出的電阻變化信號(hào)或電動(dòng)勢信號(hào)都很微弱，需要經(jīng)過專門的信號(hào)處理電路進(jìn)行放大、濾波等處理，將其轉(zhuǎn)化為能夠被控制系統(tǒng)識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（如 0 - 5V 或 4 - 20mA 的模擬信號(hào)，或者直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)）。并且，為了確保溫度測量的準(zhǔn)確性，在使用前以及定期使用過程中，都需要對(duì)溫度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，通過將其置于已知準(zhǔn)確溫度的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（如高精度恒溫槽等）中，對(duì)比測量值與實(shí)際值的偏差，對(duì)傳感器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整或修正，保證其測量精度在允許的誤差范圍內(nèi)。

2. 溫度檢測的應(yīng)用

• 溫度控制反饋：在高低溫試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中，溫度檢測是實(shí)現(xiàn)精確溫度控制的基礎(chǔ)。通過將溫度傳感器安裝在箱體內(nèi)不同關(guān)鍵位置（如工作區(qū)中心、角落等），實(shí)時(shí)獲取溫度信息并反饋給控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)溫度與實(shí)際檢測到的溫度差值，來調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及風(fēng)機(jī)等部件的運(yùn)行狀態(tài)，使箱體內(nèi)的溫度始終保持在設(shè)定的溫度范圍之內(nèi)，滿足不同試驗(yàn)對(duì)溫度環(huán)境的要求。例如，在進(jìn)行電子產(chǎn)品的低溫性能測試時(shí)，設(shè)定目標(biāo)溫度為 -40℃，溫度傳感器不斷向控制系統(tǒng)反饋箱體內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度，一旦溫度高于 -40℃，控制系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)制冷系統(tǒng)繼續(xù)降溫，直至達(dá)到并穩(wěn)定在目標(biāo)溫度附近。

• 溫度均勻性監(jiān)測：利用多個(gè)溫度傳感器分布在試驗(yàn)箱的不同區(qū)域，可以監(jiān)測箱體內(nèi)溫度的均勻性情況。若發(fā)現(xiàn)不同位置的溫度存在較大偏差，說明箱體內(nèi)的風(fēng)道設(shè)計(jì)、熱交換等環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)問題，需要及時(shí)調(diào)整或維修，以確保放置在不同位置的測試樣品都能處于相同的溫度環(huán)境中，保證試驗(yàn)結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。比如，在測試一批材料的高溫老化性能時(shí)，若某個(gè)角落的溫度始終比其他區(qū)域低，那么該區(qū)域的材料老化速度就會(huì)變慢，最終影響對(duì)這批材料整體高溫老化特性的評(píng)估，通過溫度均勻性監(jiān)測就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決這類問題。

• 試驗(yàn)過程記錄與數(shù)據(jù)分析：溫度檢測所獲取的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)會(huì)被記錄下來，形成溫度變化曲線等資料，這些數(shù)據(jù)對(duì)于后續(xù)的試驗(yàn)分析至關(guān)重要。科研人員可以通過分析溫度變化曲線，了解測試樣品在不同溫度階段的性能變化情況，研究溫度對(duì)樣品物理、化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。例如，在對(duì)某種新型合金進(jìn)行高低溫循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，觀察溫度隨時(shí)間的變化以及與之對(duì)應(yīng)的合金硬度、延展性等性能指標(biāo)的改變，從而優(yōu)化合金的成分和制備工藝，為產(chǎn)品研發(fā)提供依據(jù)。

三、熔化效用法原理及應(yīng)用

1. 熔化效用法原理

• 基于物質(zhì)熔化特性：熔化效用法主要是利用了某些物質(zhì)具有固定的熔點(diǎn)這一特性來進(jìn)行相關(guān)測試。不同的純物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下都有其特定的熔點(diǎn)，例如冰在 0℃時(shí)會(huì)從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，萘的熔點(diǎn)約為 80.2℃，苯甲酸的熔點(diǎn)為 122.4℃等。在高低溫試驗(yàn)箱中，將這些已知熔點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)放置在需要檢測溫度的位置或者與測試樣品一同置于箱體內(nèi)，當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度達(dá)到該物質(zhì)的熔點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)就會(huì)開始熔化，通過觀察物質(zhì)的熔化狀態(tài)（如是否完熔化、開始熔化的時(shí)間等）來間接判斷箱體內(nèi)的溫度情況。

• 熔化過程的判斷與溫度關(guān)聯(lián)：判斷物質(zhì)是否熔化可以通過肉眼觀察其外觀形態(tài)變化，或者借助一些輔助手段，如采用光學(xué)檢測設(shè)備觀察物質(zhì)透明度、形狀等變化，也可以通過測量物質(zhì)的物理性質(zhì)變化（如電導(dǎo)率等，部分物質(zhì)在固態(tài)和液態(tài)下電導(dǎo)率有明顯差異）來確定其熔化狀態(tài)。由于物質(zhì)的熔點(diǎn)與溫度是一一對(duì)應(yīng)的，所以一旦觀察到標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開始熔化，就可以大致推斷出試驗(yàn)箱內(nèi)此時(shí)的溫度接近該物質(zhì)的熔點(diǎn)溫度，進(jìn)而對(duì)試驗(yàn)箱的溫度準(zhǔn)確性以及樣品所處的實(shí)際溫度環(huán)境進(jìn)行評(píng)估。

2. 熔化效用法的應(yīng)用

• 溫度校準(zhǔn)驗(yàn)證：在高低溫試驗(yàn)箱使用一段時(shí)間后，或者在對(duì)其溫度精度有懷疑的情況下，可以采用熔化效用法來進(jìn)行溫度校準(zhǔn)驗(yàn)證。選取幾種具有不同熔點(diǎn)且覆蓋試驗(yàn)箱常用溫度范圍的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，將它們分別放置在箱體內(nèi)合適的位置，按照設(shè)定的溫度程序運(yùn)行試驗(yàn)箱，觀察這些物質(zhì)的熔化情況。如果物質(zhì)在理論熔點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度下準(zhǔn)確熔化，說明試驗(yàn)箱的溫度控制是準(zhǔn)確的；若出現(xiàn)偏差，比如某種熔點(diǎn)為 50℃的物質(zhì)在試驗(yàn)箱顯示溫度為 52℃時(shí)就開始熔化了，那就表明試驗(yàn)箱存在一定的溫度誤差，需要對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和校準(zhǔn)，以確保后續(xù)試驗(yàn)的溫度準(zhǔn)確性。

• 未知樣品溫度估算：對(duì)于一些無法直接準(zhǔn)確測量溫度的特殊樣品或者在復(fù)雜的試驗(yàn)環(huán)境下，熔化效用法可用于估算樣品所處的大致溫度。例如，在對(duì)一種新型復(fù)合材料進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)試驗(yàn)時(shí)，由于材料本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜可能影響常規(guī)溫度傳感器的測量精度，此時(shí)可以在復(fù)合材料旁邊放置一種已知熔點(diǎn)的輔助材料，通過觀察輔助材料的熔化情況來推斷復(fù)合材料所處的大致溫度范圍，為試驗(yàn)過程的控制和后續(xù)的性能分析提供參考。

• 溫度均勻性輔助判斷：類似于溫度檢測中利用多個(gè)溫度傳感器判斷溫度均勻性的方法，也可以在試驗(yàn)箱的不同區(qū)域放置相同的標(biāo)準(zhǔn)熔化物質(zhì)，觀察它們是否在相近的時(shí)間開始熔化。如果不同位置的物質(zhì)熔化時(shí)間差異較大，那就說明箱體內(nèi)存在溫度不均勻的情況，需要進(jìn)一步排查風(fēng)道、加熱或制冷部件等方面的問題，保障試驗(yàn)環(huán)境的溫度均勻性，確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

四、結(jié)論