摘要：耐久性试验是LED灯具安全合格评定的一个重要指标。GB7000.1-2007《灯具第1 部分：一般要求与试验》标准12.3.1 规定：“试验期间箱内环境温度应保持在（ta+10）℃±2℃……”。因此试验期间耐久性试验箱内温度偏差不能超过±2℃。本文主要介绍在灯具耐久性试验室改造过程中如何实现温度均匀性使试验条件满足标准要求。

关键词：耐久性试验室，温度偏差，温度均匀性。

一、引言

在GB7000.1-2007《灯具第1 部分：一般要求与试验》标准12.3.1 规定：“试验期间箱内环境温度应保持在（ta+10）℃±2℃……”。因此，灯具耐久性试验室的试验温度是否均匀是一个重要指标，因为如果实际温度的偏差范围超过了允许偏差，即灯具耐久性试验室温度均匀性不好，那么受试样品的试验条件就达不到一致，有的样品或样品某一部分所处的试验温度比要求值高，有的则偏低，从而出现过试验或欠试验的问题，导致试验的再现性差，试验得出的数据不可靠，最终使试验归于失败。因此，温度均匀性是衡量灯具耐久性试验室改造成功与否的重要技术指标。

二、改造内容

为了使灯具耐久性试验箱均匀性满足标准要求，本次拟对体积为34.4m³（4.9m×2.7m×2.6m）、采用75mm不锈钢中间填充聚氨酯泡沫塑料为箱体用材料、采用PID温控技术、最高试验温度为65℃的灯具耐久性试验室从热交换特性和风机风量两个方面着手进行温度均匀性改造。

1.       热交换特性

灯具耐久性试验箱中加热器所散发的热量，能否被气流均匀地带入工作室内，是确保工作室内温度均匀性的关键。现在市场上恒温箱的热交换方式有自然对流式（如图1所示）、强对流式两种方式，其中强对流方式鼓风又分为螺旋桨式风扇结构和多叶片式风扇结构，分别如图2和图3所示。

图1：自然对流式恒温箱原理图            图2：螺旋桨式风扇结构及无风区

图3：多叶片式风扇结构及无风区           图4：本次改造的试验室结构

由图1、图2和图3可以看出自然对流式是通过空气加热后的自然对流，以求实现箱内温度的均匀性，但由于空气流动缓慢，加热器所散发的热量不能被气流均匀地带入工作室内，所以箱内的温度均匀性较差；螺旋桨式风扇结构和多叶式风扇结构虽然由于强对流使箱内温度均匀性得到了提高，但是在空间有限的试验箱内使用时，容易形成缩流效应而在箱内形成如图所示的无风区，使恒温特性欠佳。因此为了提高温度均匀性，本次技术改造在多叶片风扇结构基础上进行，将两台风机安装在灯具耐久性试验箱顶部中间位置，并在出风口安装导风板调节风向，尽量做到试验室结构对称，使气流尽量能达到试验室的任何部位，从而将热量均匀地带入试验室内，从而提高温度均匀性。具体结构见图4所示。

2.       风机风量

当灯具耐久性试验室温度达到设定值时，理想状态即无能量损失状态下此时可以关闭加热装置而试验室处于设定温度的恒温状态。但是由于箱体材料的传导损失、热对流损失、箱体材料的接缝、试验室门和观察窗等热负荷的存在。因此必须保证达到稳定时这些热负荷的总和与送入灯具耐久性试验室风的制热量相等，灯具耐久性试验室内才能达到动态的恒温状态。

即 ：Q=V×ρ×γ×△t /3600（W）

式中：

Q-----总的热负荷 ；

V----风机送风量；

ρ----干空气的密度（约1.29kg/m³） ；

γ----空气的定压比热（约1.0×103J/kg·℃） ；

△t----送风温差，等于出风口温度减工作室温度（℃）。

所以，V=3600×Q/ρ×γ×△t（m³/h）

在一定的恒温状态下，ρ、γ为常数，送风量与送风温差成反比，为了提高箱内温度均匀性和减小温度波动，就需减小△t，从而增加送风量v。但是，△t过小则V会太大，从而增加运行成本。或使箱内的风速过高，不符合试验方法标准的要求。一般送风温差可取△t=3℃为宜。

总的热负荷Q由箱体材料的传导损、热对流损失、箱体接缝散热、试验室门和观察窗等损失的能量组成。由于箱体接缝采用无缝焊接，试验室门和观察窗采用双重密封圈结构，因此主要的热负荷为箱体材料的传导损和热对流损失，根据热传导损失计算公式：P_传导=△T×K×S（P_传导—试验箱体传导损失的功率，T--试验箱体内温度与试验箱体外温差，K----试验箱体用材料传热系数0.47 W/( m².℃)，S----试验箱体面积65.98m²。）可以计算出在当地最低温度5℃，试验温度为最高温度65℃时P_传导=1.86kW，而热对流损失功率为总热量的20%约为0.9kW（由于涉及到加热功率等，此处忽略计算过程）。因此在环境温度最低和试验温度最高两种极端条件下当灯具耐久性试验箱达到稳定时总的热负荷Q为 2.76kW。所以,本次技术改造需要的风机风量最小为V=3600×Q/ρ×γ×△t（m³/h）=2567m³/h。由于本次技术改造采用两个风机，因此我们选用两个规格1380 m³/h的轴流风机。

三、改造结果

改造后经计量院校准，校准结果如图5所示

图5：灯具耐久性试验室校准结果

由校准证书可以看出，通过对灯具耐久性试验箱上中下各取5个点进行校准，在设定温度35℃、45℃、55℃、65℃条件下试验室的温度均匀度分别为0.6℃、1.2℃、2.1℃、2.2℃，温度波动度分别为±0.2℃、±0.3℃、±0.5℃、±0.3℃。

四、总结

由校准结果可知，在35℃和45℃条件下，改造后的灯具耐久性试验室均匀度为0.6℃、1.2℃，符合标准2℃的要求。而在55℃和65℃条件下均温度为2.1℃和2.2℃，比标准要求稍高，经分析可能是由于在设置温度较高条件下，由于总的热负荷未把灯具耐久性试验室接缝、观察窗等的热负荷考虑进去从而导致风机风量偏小造成的。因此今后的工作是研究接缝和观察窗的热负荷调整风机风量，对灯具耐久性试验室温度均匀性继续提升。

参考文献：

[1] GB7000.1-2007,灯具 第1部分：一般要求与试验[S],中国标准出版社，2008.

[2] 陈谋义，气候环境试验箱（室）温度均匀性问题及改进,环境技术，2001.

[3] 秦燕，影响湿热箱温度均匀性的原因及解决方法，煤矿安全，2006-09.