新建可靠性試驗(yàn)室，采購(gòu)環(huán)境試驗(yàn)箱時(shí)第一個(gè)被問(wèn)到的問(wèn)題就是"買多大的"。用戶習(xí)慣性地報(bào)出樣品尺寸，然后說(shuō)"比樣品大一點(diǎn)就行"。但實(shí)際用起來(lái)才發(fā)現(xiàn)，樣品塞進(jìn)去了門都關(guān)不嚴(yán)，或者風(fēng)道被擋死，溫度均勻度直接超標(biāo)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)作廢。容積選小了不夠用，選大了浪費(fèi)場(chǎng)地和電費(fèi)，還占著采購(gòu)預(yù)算。今天把環(huán)境箱容積選擇的算法講清楚，照著算基本不會(huì)錯(cuò)。
一、先算樣品體積占比：三分之一原則
國(guó)標(biāo)GB/T 5170.1-2016對(duì)樣品體積有明確規(guī)定：樣品總體積不應(yīng)超過(guò)工作室有效容積的三分之一，對(duì)于發(fā)熱量大的樣品，建議控制在五分之一以內(nèi)。這不是隨便定的數(shù)字，而是基于氣流循環(huán)和溫場(chǎng)均勻性的工程經(jīng)驗(yàn)值。
算法很簡(jiǎn)單：量出樣品的長(zhǎng)寬高，相乘得到樣品體積V樣。環(huán)境箱工作室容積V箱必須大于等于3倍的V樣。比如樣品體積0.04立方米，那么工作室容積至少要0.12立方米，對(duì)應(yīng)標(biāo)稱容積150升左右的設(shè)備（內(nèi)箱約500×600×500mm）。
如果樣品在工作過(guò)程中發(fā)熱，比如動(dòng)力電池包、電源模塊、LED燈具，發(fā)熱量會(huì)疊加到箱內(nèi)熱負(fù)荷上，壓縮機(jī)需要額外做功。這類樣品體積占比建議壓到五分之一，否則降溫速率和低溫維持能力都會(huì)明顯下降。
二、再算擺放間隙：不能貼壁
樣品不能緊貼箱壁，這是均勻度達(dá)標(biāo)的硬性條件。GB/T 5170.1-2016規(guī)定樣品與箱壁之間至少留出50到100mm的通風(fēng)間隙，底部樣品不能遮擋回風(fēng)口。上出風(fēng)下回風(fēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)備，回風(fēng)口在底部，樣品離地至少要墊100mm以上，用鏤空樣品架或支架撐起。
所以選容積時(shí)，不能只看樣品體積，還要加上間隙體積。一個(gè)實(shí)際尺寸300×400×200mm的樣品，加上四周各留80mm間隙，實(shí)際需要的工作空間是460×560×360mm，對(duì)應(yīng)工作室容積約0.093立方米。再乘以3倍余量，設(shè)備容積至少要280升。這就是為什么很多時(shí)候樣品看著不大，卻需要買300升甚至400升設(shè)備的原因。
三、算負(fù)載發(fā)熱量：決定制冷能力
如果樣品是發(fā)熱負(fù)載，還需要核算發(fā)熱功率對(duì)制冷系統(tǒng)的影響。高低溫試驗(yàn)箱的技術(shù)參數(shù)里有一項(xiàng)"帶載能力"，比如"在-20℃時(shí)最大可承載300W發(fā)熱負(fù)載"。如果你的樣品在低溫段仍然發(fā)熱，就必須確認(rèn)設(shè)備的帶載曲線能否覆蓋。
算法：樣品在試驗(yàn)溫度下的發(fā)熱功率P熱（瓦），對(duì)照設(shè)備規(guī)格書中的帶載能力表，確保在目標(biāo)溫度下P熱小于設(shè)備允許的最大帶載功率。如果超了，要么選更大制冷量的設(shè)備，要么降低樣品發(fā)熱量（比如間歇通電而非持續(xù)通電）。
四、算場(chǎng)地利用率：別讓設(shè)備占滿房間
試驗(yàn)室面積有限，設(shè)備之間的間距也有要求。風(fēng)冷型設(shè)備背面離墻至少600mm用于冷凝器散熱，側(cè)面離墻至少300mm便于檢修，兩臺(tái)設(shè)備并排時(shí)間距至少500mm避免熱風(fēng)串?dāng)_。把這些間距算進(jìn)去，一臺(tái)標(biāo)稱容積300升的設(shè)備，實(shí)際占地 footprint 大約需要1500×1200mm的空間。
算法：設(shè)備外形尺寸的長(zhǎng)加600mm、寬加900mm（背面600+側(cè)面300），得到單臺(tái)設(shè)備的最小占地需求。如果房間寬度不夠，只能靠墻放，那背面散熱就成問(wèn)題，要么選水冷型，要么加裝排風(fēng)管道。
五、算未來(lái)擴(kuò)展：留一次升級(jí)余量
試驗(yàn)室的樣品尺寸會(huì)隨著業(yè)務(wù)變化而變大。今年測(cè)的是單組ECU模塊，明年可能要測(cè)整個(gè)電池包。如果預(yù)算允許，容積選大一號(hào)比選剛好夠用的更劃算。大一號(hào)的設(shè)備在不需要大空間時(shí)，可以用隔板縮小有效工作區(qū)，能耗增加有限；但小了就是小了，塞不進(jìn)去只能再買一臺(tái)。
經(jīng)驗(yàn)法則：在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，容積上浮30%到50%作為擴(kuò)展余量。比如算出來(lái)需要300升，實(shí)際采購(gòu)400到500升更從容。
六、空間利用率的算法總結(jié)
把以上幾個(gè)因素合并成一個(gè)完整的選型公式：
所需工作室容積 = （樣品體積 + 間隙體積）× 3（體積余量系數(shù)）× 1.3（擴(kuò)展系數(shù)）
間隙體積按樣品各方向加80mm計(jì)算。發(fā)熱樣品把體積余量系數(shù)從3改為5。最后對(duì)照設(shè)備規(guī)格書，選接近的標(biāo)準(zhǔn)容積型號(hào)。
舉例：樣品尺寸400×500×300mm，體積0.06立方米。加間隙后需求空間560×660×460mm，體積約0.17立方米。乘以3得0.51立方米，乘以1.3得0.66立方米。對(duì)應(yīng)標(biāo)稱容積在600到700升之間的設(shè)備。如果樣品發(fā)熱量大，系數(shù)改5，結(jié)果就是1.1立方米，需要選1000升以上的步入式設(shè)備。
按這個(gè)算法選出來(lái)的容積，樣品放得進(jìn)去、風(fēng)道通得了、均勻度達(dá)標(biāo)、未來(lái)還有擴(kuò)展空間。建試驗(yàn)室選設(shè)備時(shí)花半小時(shí)算一遍，比買回來(lái)發(fā)現(xiàn)不夠用再換省太多事。你在選型時(shí)踩過(guò)容積不夠的坑嗎？歡迎評(píng)論區(qū)聊聊。
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