在產(chǎn)品可靠性測試中，環(huán)境試驗(yàn)是關(guān)鍵一環(huán)其中，高低溫沖擊試驗(yàn)通過檢測樣品在溫度反復(fù)驟變條件下的適應(yīng)性，對樣品在特定環(huán)境下的性能行為做出分析。并對由熱脹冷縮而引起的物理或化學(xué)傷害做出評估。該試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于國防 航天電子電工產(chǎn)品汽車塑料橡膠儀器儀表等行業(yè)的產(chǎn)品檢測隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。目前，高低溫沖擊試驗(yàn)箱（亦稱冷熱沖擊試驗(yàn)箱）是進(jìn)行產(chǎn)品高低溫沖擊試驗(yàn)的主要設(shè)備在對高低溫沖擊試驗(yàn)箱的檢測工作中，通常只檢測高溫區(qū)試驗(yàn)箱和低溫區(qū)試驗(yàn)箱的點(diǎn)溫度溫度均勻性和溫度波動(dòng)性等項(xiàng)目。卻較少關(guān)注對其溫度驟變能力（一般可以用溫度變換時(shí)間表示）的檢測。
    目前，在我國歐盟以及美國的各類現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（包括ISO、IEC等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）中，都對高低溫沖擊試驗(yàn)箱的溫度驟變能力提出了相應(yīng)要求；忽略該參數(shù)的檢測可能造成產(chǎn)品質(zhì)量問題、企業(yè)評審不合格等不良后果。
    基于該參數(shù)的重要意義，本文首先介紹高低溫沖擊試驗(yàn)并分析溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間在各標(biāo)準(zhǔn)中的要求。進(jìn)而提出一種有效可靠的溫度變換時(shí)間檢測方法，以減少傳統(tǒng)人工計(jì)時(shí)方法的誤差。本文后對該方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

    1、高低溫沖擊試驗(yàn)

    高低溫沖擊試驗(yàn)（Thermal Shock Test） 是通過將樣品反復(fù)暴露于連續(xù)快速變化的高溫和低溫環(huán)境中，從而測試樣品在環(huán)境溫度突變條件下的耐受程度和適應(yīng)性試驗(yàn)設(shè)備一般可以選擇采用兩個(gè)獨(dú)立的試驗(yàn)箱，或一個(gè)溫度能夠快速變化的試驗(yàn)箱或一個(gè)帶有兩個(gè)腔室的試驗(yàn)箱。試驗(yàn)區(qū)域的溫度驟變可以通過利用機(jī)械方法將測試架快速地在高溫和低溫區(qū)域移動(dòng).或在保持測試架靜止的情況下通過閘門開閉實(shí)現(xiàn)冷熱空氣的交替來實(shí)現(xiàn)。溫度傳導(dǎo)介質(zhì)可以是空氣，也可以是某些特定液體。本文只針對采用空氣介質(zhì)的高低溫沖擊試驗(yàn)進(jìn)行討論。

    圖1為高低溫沖擊試驗(yàn)的溫度曲線示意圖。其中：T1為低溫段溫度；TH為高溫段溫度；t1為暴露持續(xù)時(shí)間；tr為試驗(yàn)箱（室）溫度恢復(fù)時(shí)間；t為轉(zhuǎn)換時(shí)間；A為試驗(yàn)循環(huán)起始點(diǎn)；B為試驗(yàn)循環(huán)終止點(diǎn)。
    在箱體預(yù)熱完畢且箱內(nèi)溫度穩(wěn)定的狀態(tài)下，樣品首先被暴露在高溫TH中，并保持規(guī)定時(shí)間t1。接下來，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將樣品轉(zhuǎn)移并暴露在低溫TL中，并同樣保持規(guī)定時(shí)間t1。。 后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將樣品轉(zhuǎn)移到高溫TH中，形成一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)。

    2、溫度變換時(shí)間概述

    通常情況下.轉(zhuǎn)換時(shí)間{即圖1所示t2、試驗(yàn)箱（室）溫度恢復(fù)時(shí)間即圖1所示和溫度變換時(shí)間是評估高低溫沖擊試驗(yàn)箱溫度驟變能力的重要依據(jù)。

    在國內(nèi)外針對不同產(chǎn)品的高低溫沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（諸如GB/T 2423 22-2012《環(huán)境試驗(yàn)第2部分試驗(yàn)方法試驗(yàn)N：溫度變化》、GB/T 19949.2-2005《道路車輛安全氣囊部件第2部分安全氣囊模塊試驗(yàn)》和ANSI/ EIA- 364-32F:2011《Thermal ShockTest Procedure For Electrical Connectors And Sock-ets》中，都對這些參數(shù)進(jìn)行了定義。表1例舉了上述3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求。
    轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)包括試驗(yàn)樣品從一個(gè)試驗(yàn)箱取出的時(shí)間放入第2個(gè)試驗(yàn)箱的時(shí)間以及在實(shí)驗(yàn)場所環(huán)境溫度下停留的時(shí)間。
    溫度恢復(fù)時(shí)間指試驗(yàn)箱（室）在規(guī)定的溫度下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，箱體內(nèi)溫度從置入負(fù)載到恢復(fù)至原穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時(shí)間。
    溫度變換時(shí)間指箱體中溫度從高（低溫穩(wěn)定狀態(tài)變換至低（高）溫穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間總和，它包括轉(zhuǎn)換時(shí)間和試驗(yàn)箱（室）的溫度恢復(fù)時(shí)間，其模型為：
    t△T=t2+tr
    式中：t△T——溫度變換時(shí)間；
     T2——轉(zhuǎn)換時(shí)間；
    Tr——溫度恢復(fù)時(shí)間。可由設(shè)備資料獲得，也可根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算
    由此可見，轉(zhuǎn)換時(shí)間或溫度恢復(fù)時(shí)間過長，會(huì)直接導(dǎo)致溫度變換時(shí)間過長，從而使樣品所處環(huán)境的溫度變化率過小，無法實(shí)現(xiàn)滿足試驗(yàn)要求的溫度驟變條件。
    綜上分析、為評估高低溫沖擊試驗(yàn)箱的溫度驟變能力。有必要對轉(zhuǎn)換時(shí)間和溫度恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行檢測然而由于環(huán)境設(shè)備在運(yùn)行過程中是一個(gè)封閉系統(tǒng)。并且內(nèi)部測試架的移動(dòng)以及冷熱空氣交換都較為迅速，所以很難在運(yùn)行過程中分別對這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測
    為了解決這個(gè)問題，本文提出通過檢測溫度變換時(shí)間來評估高低溫沖擊試驗(yàn)箱的溫度驟變能力，進(jìn)而判斷設(shè)備是否能滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求

    3、溫度變換時(shí)間的檢測

    3.1 檢測方法
    參考JJF 1101---2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》，標(biāo)準(zhǔn)器采用數(shù)據(jù)采集器，配合T型熱電偶，對高低溫沖擊試驗(yàn)箱的溫度變換時(shí)間進(jìn)行檢測，該檢測過程可以與高低溫沖擊試驗(yàn)箱常規(guī)的溫度檢測或校準(zhǔn)同步進(jìn)行。
    數(shù)據(jù)采集器通過通信接口，將測試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)。溫度傳感器應(yīng)安裝在測試區(qū)域的框架上，熱電偶通過箱體的電纜孔引出 對于試驗(yàn)區(qū)域可移動(dòng)的環(huán)境設(shè)備，應(yīng)注意預(yù)留合適長度的引線在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或者客戶提出的試驗(yàn)要求，應(yīng)放入合適的負(fù)載。
    當(dāng)高低溫沖擊試驗(yàn)箱按試驗(yàn)要求開始循環(huán)工作后，數(shù)據(jù)采集器會(huì)將試驗(yàn)區(qū)域的溫度值記錄在計(jì)算機(jī)中由于高低溫轉(zhuǎn)換時(shí)，試驗(yàn)區(qū)域的溫度變化速率較快，且轉(zhuǎn)換時(shí)間一般≤5min，所以，為了得到一條完整準(zhǔn)確的溫度曲線、考慮到傳感器的響應(yīng)時(shí)間，數(shù)據(jù)采集器的小采樣間隔時(shí)間建議設(shè)置為5~20s。數(shù)據(jù)采集器的采樣間隔時(shí)間可以溯源到高一級(jí)時(shí)間基（ 標(biāo)）準(zhǔn)。
    對于一個(gè)完整的溫度循環(huán).在溫度波動(dòng)度小于預(yù)設(shè)溫度的允許誤差后，對于降溫過程以實(shí)測溫度值低于TH-△TH下（式中TH為高溫段溫度，TH-△TH下為其下偏差的時(shí)刻為起始點(diǎn)，以實(shí)測溫度值低于TL-△TH上（式中TL為低溫段溫度，△TH上為其上偏差）的時(shí)刻為終止點(diǎn)；對于升溫過程以實(shí)測溫度值大于TL-△TH上（式中式中TL為低溫段溫度，△TH上為其上偏差）的時(shí)刻為起始點(diǎn)，以實(shí)測溫度值大于TH-△TH下（式中TH為高溫段溫度，TH-△TH下為其下偏差的時(shí)刻為終止點(diǎn)。根據(jù)這段時(shí)間計(jì)算機(jī)中記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)采集器的采樣間隔時(shí)間，來計(jì)算溫度變換時(shí)間t△T即：
    t△T=m·tsample 
    式中：t△T——溫度變換時(shí)間；
    M——采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，
    t sample——數(shù)據(jù)采集器的采樣間隔時(shí)間

    檢測過程的試驗(yàn)循環(huán)數(shù)應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定，如沒有明確規(guī)定。則建議至少運(yùn)行5個(gè)循環(huán)對于第；次循環(huán)過程.可以得到一組升溫溫度變換時(shí)間t和降溫溫度變換時(shí)間t△升i（i=1.2.3.....）和降溫溫度變換時(shí)間t△降i（i= 1.2.3...）。后，以每次溫度變換時(shí)間的計(jì)算結(jié)果平均值作為該設(shè)備溫度變換時(shí)間的測量結(jié)果，即：

    式中n為試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)。
    3.2 方法驗(yàn)證
    以電子產(chǎn)品為例，參考GB/T 2423. 22-2012和ANSI/EIA-364- 32F: 2011中的試驗(yàn)要求，使用RIUKAI公司RK-TS2-100型高低溫沖擊試驗(yàn)箱作為被測環(huán)境設(shè)備。選擇ANSI/EIA- 364-32F: 2011中的測試條件8作為測試要求，即:
    高溫段溫度設(shè)置為105℃；溫度允許范圍為105~ 108℃；
    低溫段溫度設(shè)置為-40℃；溫度允許范圍為_45~-40℃；
    根據(jù)模擬負(fù)載的質(zhì)量、暴露持續(xù)時(shí)間設(shè)置為30min；
    轉(zhuǎn)換時(shí)間要求≤3min；溫度變換時(shí)間要求≤7min。
    實(shí)驗(yàn)使用數(shù)據(jù)采集器記錄箱體內(nèi)溫度的實(shí)測值，其采樣間隔時(shí)間設(shè)置為5s。

    圖2為試驗(yàn)過程中單個(gè)循環(huán)的溫度測試曲線，其形狀符合理論曲線證明該檢測方法是有效可行的。根據(jù)上文規(guī)定的溫度允許范圍.選取每一段溫度變化過程中的起止時(shí)間點(diǎn)、根據(jù)它們之間包含的采樣數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。乘以采樣間隔時(shí)間計(jì)算得到溫度變換時(shí)間。本次試驗(yàn)一 共進(jìn)行了5個(gè)循環(huán)，得到了5組升溫溫度變換時(shí)間和降溫溫度變換時(shí)間。計(jì)算結(jié)果如表2所示。溫度變換時(shí)間平均值為370s.測量結(jié)果重復(fù)性為18s。

    由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、對于該高低溫沖擊試驗(yàn)箱的溫度變換時(shí)間單次單方向溫度變換時(shí)間測量結(jié)果以及5次循環(huán)的平均值均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求  實(shí)驗(yàn)表明。本文提出利用數(shù)據(jù)采集器記錄溫度變化曲線來確定和計(jì)算溫度變換時(shí)間的方法合理可行測量結(jié)果可以精確到數(shù)據(jù)采集器的小采樣間隔時(shí)間（本例中為5s）。