环境实验舱温度均匀性判定方法及测量装置
阅读说明：本技术 环境实验舱温度均匀性判定方法及测量装置 (Method for judging temperature uniformity of environmental experiment chamber and measuring device ) 是由 田磊 张海军 彭刘阳 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了环境实验舱温度均匀性判定方法及测量装置,确定测试位置竖直方向温度测点数量n,以及水平方向温度测点的数量m；按照确定的n、m进行测量；获取测点的温度数据；形成n×m阶温度测试矩阵；计算出测试位置所有测点温度数据的和T-(n)；所有测点温度数据的总和T；所有测点温度数据的离差平方和Δ-(总体)；测试位置数据间的离差平方和Δ-(组间)；测试位置数据内部的离差平方和Δ-(组内)；并确定测试位置各离差平方和的自由度和均方和；计算出测试位置的拒绝域F。解决了现有的大环境实验舱,温度分布情况较为复杂,在检测舱体内部温度变化情况时,需要使用的温度传感器过多,给试验工作额外增加繁重的工作量的问题。(The invention discloses a method and a device for judging temperature uniformity of an environmental experiment chamber, which are used for determining the number n of temperature measuring points in the vertical direction and the number m of temperature measuring points in the horizontal direction of a test position; measuring according to the determined n and m; acquiring temperature data of a measuring point; forming a n multiplied by m order temperature test matrix; calculating the sum T of the temperature data of all the measuring points at the test position n (ii) a The sum T of the temperature data of all the measuring points; sum of squared deviations Δ of temperature data for all measurement points General of (ii) a Sum of squared deviations Δ between test position data Between groups (ii) a Sum of squared deviations Δ within test position data In group (ii) a Determining the degree of freedom and the mean square sum of each dispersion square sum of the test positions; and calculating the rejection area F of the test position. The problem that the temperature distribution of the existing large-environment experiment chamber is complex, and when the temperature change condition in the chamber body is detected, too many temperature sensors are needed to be used, so that the experiment work is additionally increased frequently is solvedHeavy workload.)
技术领域
本发明涉及环境试验分析与评估技术领域，具体为环境实验舱温度均匀性判定方法及测量装置。
背景技术
大型环境实验舱是一种用于工程与技术科学基础学科领域的科学仪器，在进行产品环境试验时，除现场实地的环境测试外，更多的是借助室内环境试验的手段，产品的用途及体积不同，所需的环境实验舱的大小不同，高低温试验是目前环境实验舱开展最多的试验，温度载荷均匀性、还原性的好坏将直接关系到试验结果的准确性，当环境实验舱较小时，因其体积较小，温度环境条件均匀性、还原性较好，进行室内温度载荷均匀性、还原性判定时，通常采用一个点进行判定即可，而对于体积较大的环境实验舱(如上千立方米)，若出风口设计为一个时，必然存在温度均匀性问题，此时以1个测点或几个测点的温度数据代表整个环境实验舱的情况，较为片面，原则上，距离出风口越远的测点，温度数据越难以达到目标温度，在有试验样机的情况下，温度分布情况更为复杂，有效、真实的掌握舱内各处的温度情况，对于试验结果的准确性及可信性极为重要；
在中国发明专利申请CN111203289A提出“一种环境舱温度均匀性测试方法及样品盛放装置”，该装置可以实现满足样品、测量设备不同位置承载需求，并方便进行传感器布点以及固定、避免温度实验给操作人员的带来身体伤害、同时降低试验过程中人为操作带来的误差；
在中国发明专利CN103252260B提出“一种用于室内的环境舱温度控制装置”，该装置克服现有小型环境舱温度控制方法的不足，可根据实际环境舱内部温度检测结果，调整半导体制冷片产生温度，控制需要的冷量和热量，通过合理的结构设计，可维持环境舱设定的温度；
由于体积越大的环境实验舱，温度分布情况越复杂，越需要布置更多的温度传感器进行舱内温度变化情况的监控；但使用太多的温度传感器将会给试验工作额外增加繁重的工作量；且目前针对环境实验舱内温度数据均匀性的判定，都是采用一个点或几个点的测试数据，依靠人为主观进行判定，导致判断结果较为片面，可能存在偏差；
为此，我们提出环境实验舱温度均匀性判定方法及测量装置。
发明内容
本发明的目为解决上述技术问题，提供环境实验舱温度均匀性判定方法及测量装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
确定测试位置竖直方向温度测点数量n，以及水平方向温度测点的数量m；
按照确定的n、m进行测量；
获取测点的温度数据，形成n×m阶温度测试矩阵；
计算出所述测试位置所述所有测点温度数据的和Tn、所述所有测点温度数据的总和T、所述所有测点温度数据的离差平方和Δ总体、所述测试位置数据间的离差平方和Δ组间、所述测试位置数据内部的离差平方和Δ组内；并确定所述测试位置各离差平方和的自由度和均方和；计算出所述测试位置的拒绝域F；
将所述拒绝域F与F分布表中的临界值进行比较；
响应于所述拒绝域F小于F分布表中的临界值，计算出极差γ、偏差κ和波动度θ；
将所述极差γ与极差阈值、所述偏差κ与偏差阈值、所述波动度θ与波动度阈值进行对比，得到对比结果；
根据对比结果，得到环境实验舱温度均匀性判定结果。
优选的，所述所有测点温度数据的Tn、以及所述所有测点温度数据的总和T，计算公式如下：
其中所述Tnm表示矩阵中第n行第m列的温度数值。
优选的，所述测试位置温度数据的平方和、所述测试位置温度数据和的平方和、所述温度数据总和的平方，计算公式为：
其中所述Tij表示温度测试矩阵中第i行第j列的测试数值；
所述Ti表示温度测试矩阵中每一行温度数据之和；
所述T表示温度测试矩阵所有数据的总和；
所述所有测试数据的离差平方和Δ总体，计算公式为：
所述Δ总体表示数据总体离差平方和；
所述测试位置数据间的离差平方和Δ组间，计算公式为：
所述Δ组间表示每组数据间离差平方和；
所述测试位置测试数据内部的离差平方和Δ组内，计算公式为：
Δ组内＝Δ总体-Δ组间；
所述各离差平方和的自由度，计算公式为：
所述临界值为F1-α(dfA，dfe)，所述α取值为0.01或0.05；
所述均方和，计算公式为：
优选的，所述极差γ的计算方法为：
γ＝Tmax-Tmin；
所述Tmax为测点最大温度值；
所述Tmin为测点最小温度值；
所述偏差κ的计算方法为：
κ＝|T目标值-Tnm|；
所述T目标值为目标温度值；
所述波动度θ的计算方法为：
θ＝T最大幅值-T最小幅值；
所述T最大幅值为某一测点温度波动的最大值；
所述T最小幅值为某一测点温度波动的最小值；
进一步地，根据对比结果，得到环境实验舱温度均匀性判定结果，包括：所述极差γ不超过极差阈值，且所述偏差κ不超过偏差阈值，且所述波动度θ不超过波动度阈值，判断为环境实验舱温度均匀性符合要求。
环境实验舱温度测量装置，可安装若干温度传感器的移动杆、可安装若干温度传感器的伸缩杆、沿第一方向布置的水平移动装置；所述水平移动装置上连接有沿第三方向布置的支撑梁，所述支撑梁上连接有沿第二方向布置的顶梁；所述顶梁上设有升降装置，所述移动杆沿第二方向布置，且连接在所述升降装置上，能够在所述升降装置的带动下沿第三方向移动，所述伸缩杆沿第三方向布置，且可在伸缩电机的带动下伸缩，所述伸缩杆通过滑动装置可移动地安装在所述顶梁上，能够在所述滑动装置的带动下沿第二方向在所述顶梁上来回移动；所述水平移动装置能够带动支撑梁、升降装置以及顶梁沿第一方向移动，从而带动移动杆以及伸缩杆进行同步移动。
进一步地，所述第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直。
更进一步地，所述第三方向为竖直方向，第一方向、第二方向为水平面上两个相互垂直的方向。
本装置所用温度传感器较少，且一次布置可以实现多点温度数据测量，能够进行多点测试，并有效反应温度的分布阶梯，由此进行的高低温环境实验，结果更加准确。
优选的，所述水平移动装置包括对称安装在所述地面的水平驱动电机，所述水平驱动电机的输出端连接有水平丝杠；所述水平丝杠的两侧均设有水平导轨，所述水平导轨上设有导轨座，所述导轨座通过螺栓与所述支撑梁的底部螺接；所述水平导轨轴向的两端均设有限位块。
水平丝杠与水平驱动电机通过法兰盘连接，水平驱动电机固定与地面上，且水平丝杠仅做旋转运动，不做平移运动；水平驱动电机与外置控制系统连接，以位移方式进行控制，可进行正向旋转或反向旋转，当正向旋转时，带动整个装置前进，当反向旋转时，带动整个装置后退；其中水平导轨固体与地面上，水平导轨安装与环境实验舱靠近墙壁处。
优选的，所述升降装置包括安装在所述顶梁上的顶部驱动电机，所述顶部驱动电机的输出端连接有竖直丝杠，所述竖直丝杠轴向的一端延伸至所述支撑梁内，所述竖直丝杠上设有可升降的滑动块，所述滑动块上设有所述移动杆。
支撑梁底部纵向方向开设有孔径68mm的螺纹孔，螺纹孔内部安装有水平丝杠，且水平丝杠的长度大于螺纹孔长度；支撑梁顶部中心位置开设有孔径50mm的通孔，竖直丝杠通过通孔竖直放置，支撑梁底部的中心位置开设有孔径为50mm的圆槽，用以限制竖直丝杠仅做旋转运动；且竖直丝杠顶部与顶部驱动电机通过法兰盘连接，顶部驱动电机固定与支撑梁顶部，并竖直放置；顶部驱动电机可正向或反向旋转，从而带动竖直丝杠旋转，使得滑动块能够在竖直丝杠上进行升降，从而实现移动杆的上下移动。
优选的，所述支撑梁内设有与所述竖直丝杠配合的挡板槽，所述挡板槽的内壁滑动连接有所述滑动块；所述滑动块的一侧开设有圆形凹槽，所述圆形凹槽内安装有所述移动杆；所述移动杆轴向的两端为弹簧伸缩式结构，所述移动杆的所述安装孔内设有热电阻式温度传感器。
滑动块中心开设有孔径为50mm的螺纹孔，并安装于竖直丝杠14上，滑动块与挡板槽配合，通过挡板槽上的凹槽实现竖直方向的运动；其中挡板槽通过螺栓安装在支撑梁上，两侧挡板槽对称式布置，挡板槽侧壁开设有竖直凹槽；移动杆两端采用弹簧伸缩式结构，可方便安装与两侧的滑动块内，且安装孔的孔直径大于热电阻式温度传感器的直径。
优选的，滑动装置包括安装在顶盖上端面的移动电机，所述移动电机的输出端设有主齿轮，所述主齿轮上啮合有副齿轮，所述副齿轮内固定有杆体，所述杆体轴向的两端均活动连接有滚轮，所述滚轮滑动连接在滑轨内；所述滑轨安装在所述顶梁的外侧。
当移动电机运转过程中，会带动主齿轮运转，通过主齿轮带动副齿轮旋转，当副齿轮旋转时，会同步带动杆体和滚轮在滑轨内部进行移动；当移动电机带动两侧滚轮沿滑轨移动时，顶盖可在顶部导轨上实现往复运动。
优选的，所述顶部导轨安装在所述顶梁的内侧，所述顶部导轨的两端均按照有限位块。
通过设置限位块，可以防止滚轮出现滑脱的情况出现。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明与现有技术相比，使用温度传感器数量较少，一次布置即可实现多点温度数据测量、并且可以长期使用；2、本发明与现有技术相比，检测结果更加准确，可以真实掌握舱内各处的温度情况，使得检测结果的准确性更高；3、本发明与现有技术相比，安装简单，且操作方便，一次安装，可多次重复使用，有效减少人力，节约时间。
附图说明
图1为环境实验舱温度测量装置整体示意图；
图2为环境实验舱温度测量装置侧视图；
图3为环境实验舱温度测量装置正视图；
图4为环境实验舱温度测量装置俯视图；
图5为环境实验舱温度测量装置中竖直丝杠装配图；
图6为环境实验舱温度测量装置中水平导轨图；
图7为环境实验舱温度测量装置中顶部结构示意图；
图8为环境实验舱温度测量装置中顶部移动装置示意图；
图9为环境实验舱温度测量装置中支撑梁结构示意图；
图10为环境实验舱温度测量装置中移动杆装配示意图；
图11为环境实验舱温度测量装置中竖直丝杠图；
图12为环境实验舱温度测量装置中实舱正视图；
图13为环境实验舱温度测量装置中实舱侧视图；
图14为本发明中温度曲线示意图。
图中：1、水平驱动电机；2、支撑梁；3、顶梁；4、顶部驱动电机；5、水平导轨；6、移动杆；7、挡板槽；8、顶盖；9、移动电机；10、地面；11、水平丝杠；12、顶部导轨；13、滑轨；14、竖直丝杠；15、滑动块；16、导轨座；17、限位块；18、滚轮；19、伸缩电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
环境实验舱温度均匀性判定方法，包括：
确定温度测量装置水平方向和竖直方向温度数据测量的位置个数为1个、以及每个位置的测点数量为5×5个测点组成矩阵，以目标温度40℃进行加载为例；
表1
请参照表1，其中测试位置所有测点温度数据的总和T＝969.9
第一测试位置温度数据的平方和：
第一测试位置温度数据和的平方和；
第一测试位置所有温度数据总和的平方；
T2＝940706.01；
第一测试位置所有测试数据的离差平方和Δ总体：
第一测试位置测试数据间的离差平方和Δ组间：
第一测试位置测试数据内部的离差平方和Δ组内：
Δ组内＝Δ总体-Δ组间＝4.6096-0.7256＝3.884；
第一测试位置各离差平方和的自由度：
第一测试位置均方和：
第一测试位置拒绝域的值：
选取α＝0.05，F0.95(4，20)＝2.25；
由于0.934＜2.25，说明各点温度测试值一致性较好；同理，可以进行多个位置叠加的计算及评价，在此，仅提供一组数据；
当温度一致性判定完毕后，则开始数据指标评价，通过第一测试位置数据可以计算出极差和偏差两个指标，极差γ＝1.5℃＜4℃、偏差(最大值)κ＝1.9℃＜2℃，均满足规定限制要求，图14所示，为某测点温度5分钟内测试数据波动情况，波动度θ＝39.3-39.1＝0.2℃，θ＝0.2℃＜0.5℃时，符合要求，表示结果正常，符合要求，反之则不符合。
实施例二
请参阅图1-图11，环境实验舱温度测量装置，请参阅图1，其中X为第一方向、Y为第二方向、Z为第三方向；包括可安装若干温度传感器的移动杆6，可安装若干温度传感器的伸缩杆、沿第一方向X布置的水平移动装置；水平移动装置上均连接有沿第三方向Z布置的支撑梁2，支撑梁2上连接有沿第二方向Y布置的顶梁3；顶梁3上设有升降装置，移动杆6沿第二方向Y布置，且连接在升降装置上，能够在升降装置的带动下沿第三方向Z移动，移动杆6开设有若干用于安装温度传感器的安装孔；顶梁3上沿第二方向Y布置有顶部导轨12和滑轨13，顶部导轨12上设有导轨座16，导轨座16上连接有顶盖8，顶盖8的上端面连接有可沿第二方向Y移动的滑动装置，顶盖8的下端面连接有伸缩电机19；伸缩电机19的伸缩杆上设有若干温度传感器；伸缩杆沿第三方向Z布置，且可在伸缩电机19的带动下伸缩，伸缩杆通过滑动装置可移动安装在顶梁3上，能够在滑动装置的带动下沿第二方向Y在顶梁3上来回移动；水平移动装置可带动支撑梁2、升降装置以及顶梁3沿第一方向X移动，从而带动移动杆6以及伸缩杆进行同步移动，移动杆6在沿第一方向X移动的同时，能够在升降装置的驱动下沿第三方向Z进行运动，伸缩杆可在伸缩电机19的驱动下同样沿着第三方向Z进行运动；且移动杆6本身是沿第二方向Y布置，而伸缩杆可在滑动装置的驱动下可沿着第二方向Y进行移动。
工作人员可通过控制系统，控制水平移动装置，带动支撑梁2和顶梁3沿第一方向X进行水平移动，使得移动杆6和伸缩杆也沿着第一方向X进行移动，此时移动杆6和伸缩杆上的温度传感器开始实时测量当前位置的温度，且移动杆6上沿第二方向Y布置有多个温度传感器，滑动装置则可以带着伸缩杆沿第二方向Y进行移动；且通过升降装置带动移动杆6进行第三方向Z移动，而伸缩杆在伸缩电机19的驱动下，也可以沿着第三方向Z移动，其中移动杆6与伸缩杆的运行轨迹相互交错，温度传感器的测点布置，主要沿第一方向X、第二方向Y和第三方向Z分布，测点位置的布置为竖直方向和水平方向两个垂直方向，这样使得测温装置的测点更加多样化和多维度，检测结果更加准确高效。
优选的，如图1、图2所示，水平移动装置包括对称安装在地面10的水平驱动电机1，水平驱动电机1的输出端连接有水平丝杠11；水平丝杠11的两侧均设有水平导轨5，水平导轨5上设有导轨座16，导轨座16通过螺栓与支撑梁2的底部螺接；水平导轨5轴向的两端均设有限位块17。
水平丝杠11与水平驱动电机1通过法兰盘连接，水平驱动电机1固定与地面10上，且水平丝杠11仅做旋转运动，不做平移运动；水平驱动电机1与外置控制系统连接，以位移方式进行控制，可进行正向旋转或反向旋转，当正向旋转时，带动整个装置前进，当反向旋转时，带动整个装置后退；其中水平导轨5固体与地面10上，水平导轨5安装与环境实验舱靠近墙壁处。
优选的，如图1、图3、图5、图10所示，升降装置包括安装在顶梁3上的顶部驱动电机4，顶部驱动电机4的输出端连接有竖直丝杠14，竖直丝杠14轴向的一端延伸至支撑梁2内，竖直丝杠14上设有可升降的滑动块15，滑动块15上设有移动杆6。
如图1、图6、图9所示，支撑梁2底部纵向方向开设有孔径68mm的螺纹孔，螺纹孔内部安装有水平丝杠11，且水平丝杠11的长度大于螺纹孔长度；支撑梁2顶部中心位置开设有孔径50mm的通孔，竖直丝杠14通过通孔竖直放置，支撑梁2底部的中心位置开设有孔径为50mm的圆槽，用以限制竖直丝杠14仅做旋转运动；且竖直丝杠14顶部与顶部驱动电机4通过法兰盘连接，顶部驱动电机4固定于支撑梁2顶部，并竖直放置；顶部驱动电机4可正向或反向旋转，从而带动竖直丝杠14旋转，使得滑动块15能够在竖直丝杠14上进行升降，从而实现移动杆6的上下移动。
优选的，如图1、图2、图5所示，支撑梁2内设有与竖直丝杠14配合的挡板槽7，挡板槽7的内壁滑动连接有滑动块15；滑动块15的一侧开设有圆形凹槽，圆形凹槽内安装有移动杆6；移动杆6轴向的两端为弹簧伸缩式结构，移动杆6的安装孔内设有热电阻式温度传感器。
滑动块15中心开设有孔径为50mm的螺纹孔，并安装于竖直丝杠14上，滑动块15与挡板槽7配合，通过挡板槽7上的凹槽实现竖直方向的运动；其中挡板槽7通过螺栓安装在支撑梁2上，两侧挡板槽7对称式布置，挡板槽7侧壁开设有竖直凹槽；移动杆6两端采用弹簧伸缩式结构，可方便安装于两侧的滑动块15内，且安装孔的孔直径大于热电阻式温度传感器的直径。
优选的，如图1、图8所示，滑动装置包括安装在顶盖8上端面的移动电机9，移动电机9的输出端设有主齿轮，主齿轮上啮合有副齿轮，副齿轮内固定有杆体，杆体轴向的两端均活动连接有滚轮18，滚轮18滑动连接在滑轨内。
当移动电机9运转过程中，会带动主齿轮运转，通过主齿轮带动副齿轮旋转，当副齿轮旋转时，会同步带动杆体和滚轮18在滑轨内部进行移动；当移动电机9带动两侧滚轮18沿滑轨13移动时，顶盖8可在顶部导轨12上实现往复运动。
优选的，如图1、图6、图7所示，顶部导轨12安装在顶梁3的内侧，滑轨13安装在顶梁3的外侧；顶部导轨12的两端均按照有限位块17。
通过设置限位块17，可以防止滚轮18出现滑脱的情况出现。
实施例三
请参阅图12-图13，本实施例在实施例二的基础上，操作方法如下：
当处于空舱工况时：S1、控制两水平驱动电机1同时运作，将装置整体移动到环境舱一侧，此时位置即为初始位置；
S2、当水平驱动电机1运转时，顶部驱动电机4也开始同步运转，使移动杆6向下移动，由工作人员将温度传感器安装于孔内，然后顶部驱动电机4反向运转，将移动杆6上升至顶部位置；
S3、设定温度值，开始加载，实时监控各测点温度情况，当各测点温度值连续30min变化不超过0.5℃时，即认为温度达到稳定，计算机记录第一组数据，并输入至表中；
S4、工作人员根据实际需求，将竖直方向n等分处理，然后设定位移值(a/n)*2，控制顶部驱动电机4，将移动杆6移动到第二个位置，静置5min，记录第二组数据；
S5、重复S4的操作，分别获得第三、第四、第x个位置的测点温度数据；
S6、将水平方向m等分处理，设定位移值(b/n)*2，控制水平驱动电机1使得该装置移动到第二位置，重复S4和S5的操作，最终形成完善的温度数据表。
实舱工况：S1、将试验样机放置于环境实验舱指定位置；
S2、控制两水平驱动电机1同时运作，将该装置整体移动到环境舱一侧，此位置即为初始位置；
S3、计算试验样机与环境舱前、后、左、右、上的空间距离，并根据空间尺寸分别确定温度测量点的位置及数量；
S4、控制两顶部驱动电机4同时旋转，使移动杆6下降，由工作人员将温度传感器安装在移动杆6上，然后控制顶部驱动电机4反向运转，带动移动杆6上升到顶部位置，伸缩电机19伸缩杆向外延伸；
S5、设定温度值，开始加载，实施监控各测点温度情况，当各测点温度值连续30min变化不超过0.5℃时，即认为温度达到稳定；
S6、对于试验样机与实验舱A、B、C区域，其中A、B区域为试验样机前后边缘与环境舱区域，C区域为试验样机顶部与环境舱区域，使用移动杆6上的温度传感器测量，对于试验样机与环境舱D、E区域，其中D、E区域为试验样机左右侧边与环境舱区域，高度为试验样机高度，使用伸缩电机19控制伸缩杆温度传感器进行测量；
S7、控制水平驱动电机1运转，使装置位于不同测量位置，控制顶部驱动电机4，调节移动杆6至不同高度，同时控制移动电机9带动滑动装置至试验样机左右不同的设定位置，同步测量所有位置的温度数据，并进行记录；
S8、当顶部滑动装置跨越试验样机时，伸缩电机19将伸缩杆缩回，避免与试验样机发生碰撞；
S9、测量完毕后，分别形成A、B、C、D和E区域的多个温度数据表，并记录在表格中。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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