一、前言

    高低溫試驗箱主要是電子行業對元器件、組件及整機進行高溫低溫或高低溫交變試驗不可缺少的一種環境試驗設備。液氮高低溫試驗箱通過液氮獲得低溫，用電熱紅外陶瓷片獲得高溫。溫度的測量與控制采用數字式溫度調節儀實現自動控制。箱內溫度可在土90°C之間任意調控。

    二、工作原理

    當試驗箱需要高溫時，設定溫度必須高于室溫，由內箱體上的紅外陶瓷片加熱升溫，箱內溫度達到設定溫度時，便自動切斷加熱電源，停止加熱，箱內溫度隨著試驗箱的漏熱而慢慢降低,低于設定溫度時，又接通電源加熱而升溫。當試驗箱需要低溫時,設定溫度低于室溫，利用液氮的潛熱和顯熱吸熱降溫。箱內溫度高于設定溫度,機械泵啟動,將液氮從杜瓦瓶中抽入內箱體的蛇形管內，由于箱內溫度高于液氮的沸點，液氮在蛇形管內急劇蒸發而吸熱，然后，冷的氮蒸汽沿管內繼續向前流動，也要吸收箱內的熱量，從而獲得低溫。箱內溫度低到設定溫度時，便自動斷開機械泵電源，液氮停止流入蛇形管內，箱內溫度隨試驗箱的漏熱慢慢升高，高于設定溫度時，又接通機械泵電源降溫。這樣，周而復始便可以獲得所需要的溫度。

    三、設計計算

    1、絕熱層的 設計
    絕熱層直接影響試驗箱的絕熱性能。首先，絕熱材料要具有很小的熱導率,吸水性小，性能穩定，便于成型加工，同時，必須具有一定的耐高溫和低溫性能。為此，我們選用聚氨酯泡沫塑料作絕熱材料,采用整體澆注成型。絕熱層的厚度-般以絕熱結構的外表面不結露為基本條件，即外表面的溫度要高于露點。試驗箱為長方體，是平壁形絕熱結構。
    2、試驗箱的熱導
    試驗箱的熱傳遞分兩種情況，當箱內溫度高于室溫時，箱內熱量通過絕熱層傳至箱外，當箱內溫度低于室溫時，箱外的熱量通過絕熱層傳到箱內。由于絕熱層采用整體澆注發泡，箱體口采用兩道密封，因此，試驗箱的熱損主要是絕熱層及箱口面的固體導熱。
    3、加熱功率
    (1)平衡時的加熱功率
    試驗箱平衡時的加熱功率應大于或至少等于其漏熱，漏熱與箱體內外的溫差有關。
    (2)起始加熱功率
    設在起始加熱過程中，環境溫度不變。起始加熱功率決定了試驗的溫度上升特性。采用通斷式控溫時,起始加熱功率大，箱內溫度的超調量大，所控溫度的波動增大。在滿足升溫時間的條件下，盡可能減小起始加熱功率。為了兼顧，開始采用大功率加熱,待溫度快接近設定溫度時，改用小功率加熱。
    4、液氮耗量
     液氮高低溫試驗箱平衡時所需要的冷量至少等于其箱體的漏熱，溫差為△T時的漏熱為:
    Q= K△T
    由上式可知，不同的溫差所需要的冷量不同，這就要求液氮的流量應隨△T的變化而變。為了簡化結構及控制，我們采用恒定的液氮流量，以液氮通流的時間長短來獲得不同的低溫溫度，箱內溫度到-90℃時所需冷量為Q=58. 4W。
    5、蛇形換熱 器的設計
    繞在內箱體上的蛇形紫銅管，用于液氮和內箱體進行熱交換。試驗箱制冷時,液氮在蛇形管內總是產生兩相流動。當液氮初進入銅管時，噴到熱的管壁上，便急速沸騰,產生強烈的壓力振蕩,然后冷蒸汽繼續流動使銅管得到冷卻，由于銅管與內箱體采用錫焊，具有良好的傳熱，使內箱體也迅速被冷卻。為充分利用液氮冷量，必須合理選擇蛇管直徑和長度,管徑較小較長，流動阻力增加，影響降溫時間和制冷量。根據液氮耗量和流動阻力估算,據實驗結果，蛇形管換熱器設計為?8X0.5mm，長度為11米較佳。