一种用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法与流程

1.本发明属于高温环境老化试验技术领域，更具体地，涉及一种用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法。


背景技术：

2.随着光通信技术、5g通信技术等前沿技术产业的持续发展，被广泛应用于此类行业的芯片、光模块等电子元器件的重要性也日益凸显，因此，能够把控此类电子元器件产品质量的测试环节就显得尤为重要。
3.可靠性测试是通过检测电子元器件在高温环境下的通电运行状态及性能指标，通过加速器件的老化过程来快速评估其寿命及可靠性，筛选出其中的不良品。测试时，使用高温环境试验箱为被测试器件提供试验所需要的恒定高温条件。在实际测试中，被测器件通电运行后会持续发热，热量聚集，温度持续升高，试验箱无法维持温度条件恒定，最终导致试验条件严重偏离而失败。
4.为避免高温箱内温度持续升高，影响老化，一般在箱体上设置排风口，在排风口处设置风门，当温度上升超过试验目标温度时，人为将风门打开，箱内集聚的热量排出，箱外的冷空气吸入，箱内温度降低。当箱内温度降低到目标温度以下，人为将风门关闭。通过反复地开启和关闭风门，使试验箱维持在目标温度值附近。但这种方式完全依赖人工操作，温度波动幅度大，难以精准控温，人为操作不当极易导致超温。
5.专利cn109613413b提供了一种增加高温环境老化试验测试样品数量的方法及系统，系统设置风门挡板控制机构，根据环境试验箱的当前温度treal与目标温度taim之间的差值δt以及风门挡板的当前开启角α，通过风门挡板控制机构自动控制风门挡板的开启状态，精准将环境试验箱内的当前温度treal控制在taim
±
σ范围内，实现了环境试验箱的恒温控制。
6.但这种方式存在缺陷：(1)调节范围只能在温度容差范围内，不能精准控制在目标温度taim，一旦超出容差范围，无法调控，只能报警，实际测试中只作为保险手段；(2)在实际测试中，当调节差值在0.1℃时，风门会在一个步长内来回调调节，箱内的温度反而会超限。


技术实现要素：

7.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，能有效防止箱内温度超限，自动精确控制箱内温度在试验目标值，保证待测器件在恒定目标温度环境下测试，保证测试结果的准确性和一致性。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，所述环境试验箱的排风口处设有风门挡板，环境试验箱一内侧壁设有加热器和内循环风机，所述控制方法包括如下步骤：
9.(1)根据测试要求确定目标温度，并将被测器件放入环境试验箱；
10.(2)关闭风门挡板，同时开启内循环风机和加热器，通过增量式pid算法控制加热器出力，使箱内温度持续升高；当箱内温度到达并稳定在目标温度时，检测此时加热器达到最小的出力值；
11.(3)开启风门挡板，均匀式开大风门挡板的风门开度，同时通过增量式pid算法继续控制加热器出力，使箱内温度重新达到并稳定在目标温度；检测并根据此时加热器的出力值p1，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度；
12.(4)使被测器件通电运行，同时通过增量式pid算法控制加热器出力不断减小，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度；检测并根据此时加热器的出力值p2，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度，实现环境试验箱的恒温控制。
13.本发明提供的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，实时监测箱内当前温度值，通过监测加热器的出力值或温度变化速率，适时开启风门挡板，并自动计算风门挡板的开度，在短时间内可完成对温度波动的控制，使箱内温度稳定在目标值，有效避免温度超限过冲，保证器件在目标温度下测试，保证测试结果准确性和一致性；同时，还能及时减小风门开度，使加热器维持在合适的出力范围，避免加热器长时间大功率工作，有效减少能源浪费。
14.在其中一个实施例中，步骤(3)中，所述检测并根据此时加热器的出力值p1，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度的步骤，具体为：
15.当此时加热器的出力值p1在预设值范围内时，保持此时风门开度；
16.当此时加热器的出力值p1大于预设值范围时，均匀式减小风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度；
17.当此时加热器的出力值p1小于预设值范围时，均匀式开大风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度。
18.在其中一个实施例中，步骤(4)中，所述检测并根据此时加热器的出力值p2，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度的步骤，具体为：
19.当此时加热器的出力值p2在预设值范围内时，保持此时风门开度；
20.当此时加热器的出力值p2小于预设值范围时，均匀式开大风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度。
21.在其中一个实施例中，步骤(4)中，所述使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度的步骤之前，还包括：
22.检测箱内温度上升的速率δt，当δt达到预设值δtaim时，与δt成正比式开大风门开度。
23.在其中一个实施例中，步骤(4)中，所述检测并根据此时加热器的出力值p2，调节
风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度的步骤，具体为：
24.当此时加热器的出力值p2在预设值范围内时，保持此时风门开度；
25.当此时加热器的出力值p2大于预设值范围时，均匀式减小风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度。
26.在其中一个实施例中，所述预设值范围为加热器正常出力值的5％～10％。
27.在其中一个实施例中，采用控制器驱动步进电机带动风门挡板旋转，从而调节风门挡板的风门开度。
28.在其中一个实施例中，所述控制器与加热器相连，用于通过增量式pid算法控制加热器出力，同时还用于检测加热器的出力。
29.在其中一个实施例中，采用温度传感器检测所述环境试验箱的箱内温度；所述温度传感器与控制器相连，所述控制器还用于根据温度传感器检测到的箱内温度，计算箱内温度上升的速率δt。
30.在其中一个实施例中，所述控制器采用单片机控制芯片。
附图说明
31.图1是本发明一实施例提供的环境试验箱的结构示意图；
32.图2是本发明一实施例提供的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法的流程图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.本发明提供了一种用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，基于环境试验箱温度控制系统实现，能有效防止箱内温度超限，自动精确控制箱内温度在试验目标值，保证待测器件在恒定目标温度环境下测试，保证测试结果的准确性和一致性。
35.如图1所示，本发明提供的环境试验箱包括箱体，箱体相对的侧壁上对应开设有进风口和排风口，排风口处设有风门挡板。本发明提供的环境试验箱温度控制系统可包括加热器、内循环风机、电动执行机构、温度传感器和控制系统。
36.其中，电动执行机构经转轴与风门挡板连接，电动执行机构通过带动风门挡板旋转调节排风口的开度，控制高温空气的排放量。内循环风机用于驱动内部气体在箱内循环流动，使箱内温度均匀一致。温度传感器设置在箱体的一内侧壁上，用于实时检测箱内当前温度。控制系统分别与电动执行机构、加热器、内循环风机、温度传感器电连接，控制系统用于获取温度传感器实时反馈的当前温度，通过增量式pid算法调节加热器的出力，并实时监测加热器的出力，控制调节风门开度。具体地，本实施例提供的控制系统可选用本领域常用的控制器，如单片机或dsp等；电动执行机构，可采用步进电机；箱内温度传感器可采用本领域常用形式。
37.本发明提供的温度控制方法基于上述环境试验箱温度控制系统实现的结构实现，包括步骤s10～s40，如图2所示，详述如下：
38.s10，根据测试要求确定目标温度taim，并将被测器件放入环境试验箱。
39.s20，关闭风门挡板，同时开启内循环风机和加热器，通过常规增量式pid算法控制加热器出力，使箱内温度treal持续升高。经过一段时间，箱内温度treal到达并稳定在目标温度taim，检测此时加热器的出力值p达到最小pmin。
40.在步骤s20中，通过增量式pid控温模式，控制箱内温度升高并稳定在目标温度值taim。箱内达到热平衡时，加热器的加热功率等于箱体的散热功率，通常箱体的散热功率很小，此时加热器的加热功率也很小，加热器的出力值p达到最小pmin，一般为正常出力值pe的1％～2％。
41.s30，开启风门挡板，均匀式开大风门挡板的风门开度，系统通过增量式pid算法控制加热器出力，调节箱内温度treal重新达到并稳定在目标温度taim；检测此时加热器的出力值p，调节风门开度α，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值p在预设值psv范围内(正常出力值pe的5％～10％)，保持此时的风门开度α。
42.在步骤s30中，开启风门挡板，均匀式开大风门开度α，箱体内的热量会通过排风口迅速排出，箱内温度trea会下降，系统通过增量式pid算法继续控制加热器的出力，使箱内温度treal重新到达并稳定在目标温度taim。检测此时加热器的出力值p，调节风门开度α：当p∈psv，保持风门开度α；当p＞psv，均匀式减小风门开度α，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度taim时，p∈psv，保持此时的风门开度α；当p＜psv，均匀式开大风门开度α，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度taim时，p∈psv，保持此时的风门开度α。
43.在步骤s20中，箱内达到热平衡后，若出现发热源，系统会通过增量式pid算法控制减小加热器出力，维持热平衡。但加热器的出力值p已到达最小pmin，可减小的范围很小，最终只能减小到0。此后，箱内发热源的发热量继续增加，热平衡很快被打破，发热源的发热量大于箱体的散热量，箱内温度会持续升高超温。再者，当加热器的出力值p＝0时，加热器处于失控状态，对系统的控温非常不利。
44.所以，在步骤s20中，加热器的出力值p达到最小pmin时，箱内达到的热平衡是非常不稳定的，极易因外界因素导致超温过冲。为此，本实施例在步骤s30中，在加热丝的出力值p达到最小pmin时，通过打开风门增加散热量，提高稳态时加热器的出力值p，扩大加热器的出力值p可减小的范围，应对发热源的出现。
45.示例如下：
46.设：目标温度taim＝100℃，箱体的散热功率pb＝5w，加热器正常出力pe＝500w，加热器的预设值psv＝pe*(5％～10％)＝(25w～50w)。
47.在步骤s20中，达到稳态时，p＝pmin＝pb＝5w，加热器可减小的范围δp＝(5w～0)。
48.在步骤s30中，达到稳态时，加热器的加热功率＝箱体的散热功率+风门的散热功率，加热器可减小的范围扩大，δp＝(25w～0)。
49.设：当风门开度α＝30
°
时，风门的散热功率pd＝50w，p＝pb+pd＝5w+50w＝55w＞(25w～50w)。
50.即：p＞psv
51.则，减小风门开度5
°
，α＝25
°
，风门的散热功率pd＝30w，p＝pb+pd＝5w+30w＝35w∈(25w～50w)。
52.即：p∈psv
53.则，保持此时风门开度25
°
。
54.此时，若出现热源，发热功率ph＝10w，为保持热平衡，加热器出力值p会减小10w，ph+(p-10w)＝pb+pd即：10w+(35w-10w)＝35w。
55.若热源停止发热，ph＝0，为保持热平衡，加热器出力值p又会增加10w，ph+(p+10w)＝pb+pd即：0+(25w+10w)＝35w。
56.箱内温度始终能稳定控制在目标温度，不会超限过冲。
57.s40，被测器件通电运行，系统则通过增量式pid算法控制加热器出力不断减小，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度；检测此时加热器的出力值p，调节风门开度α，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值p在预设值psv范围内，保持此时的风门开度，实现环境试验箱的恒温控制。
58.在步骤s40中，被测器件通电运行发热，箱内热量增加，箱内温度treal升高，系统通过增量式pid控制加热器的出力减小，维持箱内热平衡，使箱内温度treal稳定在目标温度taim。
59.在此过程中：
60.若加热器的出力值p始终在预设值psv范围内，即p∈psv，则保持风门开度α不变；若加热器的出力值p减小到预设值psv范围以下时，即p＜psv，开大风门开度α，排出热量，使箱内温度treal稳定在目标温度taim时，p∈psv，保持此时的风门开度α。
61.示例如下：
62.设：目标温度taim＝100℃，箱体的散热功率pb＝5w，加热器正常出力pe＝500w，加热器的预设值psv＝pe*(5％～10％)＝(25w～50w)，风门开度α＝25
°
，风门的散热功率pd＝30w，总的散热功率pt＝pb+pd＝35w。
63.稳态时，总的发热功率＝总的散热功率，则加热器的出力p＝pt＝35w。
64.当被测器件通电运行发热，其发热功率设为ph。
65.当被测器件的发热功率ph＝10w时，ph+p＝35w，p＝25w，即p∈psv，保持此时的风门开度α。
66.当被测器件的发热功率ph＝20w时，ph+p＝35w，p＝15w，即p＜psv，开大风门开度5
°
，α＝30
°
，风门散热功率pd＝50w，总的散热功率pt＝55w，箱内温度treal下降。系统通过增量式pid控制调节加热器的出力增大，箱内温度treal上升稳定在目标taim，此时，ph+p＝55w，p＝35w，即p∈psv，保持此时的风门开度α。
67.优选地，本实施例提供的步骤s40还可以为：
68.当被测器件通电运行发热，发热量持续增加时，系统通过增量式pid控制加热器出力持续减小，检测箱内温度treal上升的速率δt，当δt达到预设值δtaim时，与δt成正比式开大风门开度α。
69.当箱内温度treal再次重新达到并稳定在目标温度taim时，检测加热器的出力值p，当p∈psv，保持风门开度α；当p＞psv，均匀式减小风门开度α，使箱内温度重新达到并稳定在目标温度taim时，p∈psv，保持此时的风门开度α。
70.在本实施例中，当被测器件通电运行发热，发热量持续增加，箱内温度treal升高，系统通过增量式pid控制加热器出力不断减小。当箱内温度treal上升的速率δt急剧增大时，意味着被测器件的发热量在急剧的增加，加热器出力减小的速度跟不上被测器件发热量增加的速度。在下一时刻，箱内温度treal就会超温过冲，此时开大风门开度α，排出热量。
71.示例如下：
72.设：箱内温度treal稳定在目标温度taim＝100℃时，箱体的散热功率pb＝5w，风门开度α＝25
°
，风门的散热功率pd＝30w，总的散热功率pt＝pb+pd＝35w，加热器的出力p＝35w。
73.设：被测器件的额定发热功率ph＝40w，随着通电运行，被测器件发热功率逐步增加至额定发热功率。
74.在t时刻，被测器件的发热功率ph(t)＝10w，加热器出力值减小δp(t)＝5w，总的发热功率-总的散热功率＝5w，箱内温度treal上升δt＝0.1
°
。
75.在t+1时刻，被测器件的发热功率ph(t+1)＝20w，加热器出力值减小δp(t+1)＝8w，总的发热功率-总的散热功率＝7w，箱内温度treal上升δt＝0.2
°
。
76.在t+2时刻，被测器件的发热功率ph(t+2)＝40w，加热器出力值减小δp(t+2)＝10w，总的发热功率-总的散热功率＝17w，箱内温度treal上升δt＝0.5
°
。
77.加热器出力值减小的速率δ＝(δp(t+2)-δp(t+1))/(δp(t+1)-δp(t))＝2/3，被测器件发热功率增加的速率δ’＝(ph(t+2)-ph(t+1))/(ph(t+1)-ph(t))＝2，δ’＞δ，可以预料在接下来的时刻，箱内温度treal将急速升高。
78.此时，与δt成正比式开大风门角度α，排出热量，箱内温度treal上升趋缓后会下降，系统经增量式pid控制加热器出力增加，箱内温度treal重新达到并稳定在目标温度taim；检测此时加热器的出力值p：当p∈psv，保持风门开度α，保持温度恒定；当p＞psv，逐渐减小风门开度α，使箱内温度重新达到并稳定在目标温度taim时，p∈psv，保持此时的风门开度α，保持温度恒定。
79.最后，测试完成，关闭环境试验箱。
80.本实施例提供的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，实时监测箱内当前温度值，通过监测加热器的出力值或温度变化速率，适时开启风门挡板，并自动计算风门挡板的开度，在短时间内可完成对温度波动的控制，使箱内温度稳定在目标值，有效避免温度超限过冲，保证器件在目标温度下测试，保证测试结果准确性和一致性；同时，还能及时减小风门开度，使加热器维持在合适的出力范围，避免加热器长时间大功率工作，有效减少能源浪费。
81.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，所述环境试验箱的排风口处设有风门挡板，环境试验箱一内侧壁设有加热器和内循环风机，所述控制方法包括如下步骤：(1)根据测试要求确定目标温度，并将被测器件放入环境试验箱；(2)关闭风门挡板，同时开启内循环风机和加热器，通过增量式pid算法控制加热器出力，使箱内温度持续升高；当箱内温度到达并稳定在目标温度时，检测此时加热器达到最小的出力值；(3)开启风门挡板，均匀式开大风门挡板的风门开度，同时通过增量式pid算法继续控制加热器出力，使箱内温度重新达到并稳定在目标温度；检测并根据此时加热器的出力值p1，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度；(4)使被测器件通电运行，同时通过增量式pid算法控制加热器出力不断减小，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度；检测并根据此时加热器的出力值p2，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度，实现环境试验箱的恒温控制。2.根据权利要求1所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述检测并根据此时加热器的出力值p1，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度的步骤，具体为：当此时加热器的出力值p1在预设值范围内时，保持此时风门开度；当此时加热器的出力值p1大于预设值范围时，均匀式减小风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度；当此时加热器的出力值p1小于预设值范围时，均匀式开大风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度。3.根据权利要求1所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，步骤(4)中，所述检测并根据此时加热器的出力值p2，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度的步骤，具体为：当此时加热器的出力值p2在预设值范围内时，保持此时风门开度；当此时加热器的出力值p2小于预设值范围时，均匀式开大风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度。4.根据权利要求1所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，步骤(4)中，所述使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度的步骤之前，还包括：检测箱内温度上升的速率δt，当δt达到预设值δtaim时，与δt成正比式开大风门开度。5.根据权利要求4所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，步骤(4)中，所述检测并根据此时加热器的出力值p2，调节风门开度，使箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度时，加热器的出力值在预设值范围内，保持此时的风门开度的步骤，具体为：
当此时加热器的出力值p2在预设值范围内时，保持此时风门开度；当此时加热器的出力值p2大于预设值范围时，均匀式减小风门开度，直到箱内温度再次重新达到并稳定在目标温度，且加热器的出力值在预设值范围内时，保持此时的风门开度。6.根据权利要求1所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，所述预设值范围为加热器正常出力值的5％～10％。7.根据权利要求1所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，采用控制器驱动步进电机带动风门挡板旋转，从而调节风门挡板的风门开度。8.根据权利要求7所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，所述控制器与加热器相连，用于通过增量式pid算法控制加热器出力，同时还用于检测加热器的出力。9.根据权利要求7所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，采用温度传感器检测所述环境试验箱的箱内温度；所述温度传感器与控制器相连，所述控制器还用于根据温度传感器检测到的箱内温度，计算箱内温度上升的速率δt。10.根据权利要求9所述的用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，其特征在于，所述控制器采用单片机控制芯片。

技术总结
本发明公开了一种用于高温老化试验的环境试验箱温度控制方法，包括：将被测器件放入环境试验箱；关闭风门挡板，同时开启内循环风机和加热器，通过增量式PID算法控制加热器出力，当箱内温度到达稳态时，检测此时加热器达到最小的出力值；开大风门挡板的风门开度，同时继续控制加热器出力，使箱内温度重新达到稳态，调节风门开度，使加热器的出力值保持在预设值范围内；被测器件通电运行，控制加热器出力不断减小，使箱内温度再次重新达到稳态，调节风门开度，使加热器的出力值保持在预设值范围内。本发明能有效防止箱内温度超限，自动精确控制箱内温度在试验目标值，保证待测器件在恒定目标温度环境下测试，保证测试结果的准确性和一致性。性和一致性。性和一致性。


技术研发人员：黄河
受保护的技术使用者：武汉固捷联讯科技有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/14