湿热试验的原理方法与常见问题分析

摘要：本文从湿热试验的意义入手，阐释了技术应用的标准规定内容，并对常见问题进行了 分析。

关键词：湿热试验；原理方法；常见问题

1.湿热试验定义及应用领域

湿热试验，包括恒定湿热试验、交变湿热试验、温度/湿度组合循环试验。交变湿热试验 适用于环境比较恶劣复杂的产品，军标里的湿热试验其实也是交变湿热，适用于复杂环境或 可能将要使用到这类环境的军工产品或通讯产品。交变湿热或湿热试验对温度、湿度、持续 时间和循环周期的要求都比恒定湿热严酷，军标的湿热试验更严酷。所以，如果一个产品做 过交变湿热或军标要求的湿热试验，就没有必要再做恒定湿热试验了。一般重要关键的产品 或军工设备，在制订可靠性试验方案或编写试验大纲时，也不会选择恒定湿热试验。三种湿 热试验严酷度顺序，从低到高为“恒定湿热 ”小于“交变湿热 ”小于“（军标的）湿热 ”。要 注意，严酷度并不是项目越多越好。

GB/T 2423.3 恒定湿热试验，规定温度容差为士 2℃。

GB/T 2423.4 交变湿热试验所规定的上限温度时：温度容差为士 2% ，相对湿度容差为士 3%；下限温度时温度容差为士 3℃; 相对湿度要求 95%。

GB/T 2423.34ZD 温度/湿度组合循环试验中潮湿暴露循环的上限温度时，温度容差为士 2℃ ， 相对湿度容差为土 3%。相对湿度是一个与温度有关的参数，箱内温度不同，相对湿度 也不同，相对湿度差别大小还与它的加湿方式、风速、控制精度等有关。加湿方式和空气流 通速度一般是固定的，控制精度也只能通过良好的维护、保养和正确的操作程序加以保证。 它的有效工作空间一般要比高温试验的有效工作空间小一些，因为只有小的温差和小的温度 波动才能保证相对湿度的差别保持在较小的数值上。

GB/T 2423.3 指出：为使本标准规定的相对湿度容差保持在要求的范围内，工作空间内 任何两点的温差，在任一瞬时都不应大于 1℃ ， 短期的温度波动也必需保持在较小的范围内。 确定各种湿热试验有效空间，也必需通过相对湿度的测量加以判断。以确保在进行各种湿热 试验时，被试样品始终保持在规定容差范围内。

2.试验试验的技术应用

2.1 探索潮湿环境对产品的影响（开发、设计阶段的研究性试验）。

2.2 鉴定产品的防潮性能（研制、生产阶段的质量检查或型式试验）。

2.3 评价产品在潮湿环境下使用的安全可靠性（安全或可靠性试验）。

试验后判定的主要指标一般是检查产品的电性能和机械性能，也检查某些样品的腐蚀情 况。

湿热试验一般有三种类型，其中，恒定湿热试验主要适用于一般电工电子产品，应力严 酷度等级较低，试验设备要求也不高。

3.湿热试验可能产生的问题

湿热试验条件的物理现象

在湿热试验中，温度和湿度共同作用，会形成一些物理现象并使样品表面或内部受潮。

3.1 吸附现象：

气体分子（在湿热试验中指水蒸气分子）在空间运动时可能碰撞固体物质（样品）的表 面，当一定数量的分子连续碰在固体表面，在它重新回到空间之前，要在固体（样品）表面 “停留 ”一定长的时间。这时，气体在表面上的浓度高于它在空间中的浓度，从而产生凝结。

这种气体在固体表面上“停留 ”的现象称之为吸附。因此，吸附也可以说是气体在固体表面 上凝结和蒸发的一个中间过程。根据实验结果，气体吸附量与固体物质的性质、温度及平衡 时气体的压力三者有关。温度愈低、压力愈高，则吸附量就愈大。（感兴趣的同学可以去研 究一下函数关系式）

物理吸附是由范德华引力引起的，吸附层一般为多分子层。吸附速度较快，吸附时所需 能量也较小，一般在低温下便能进行。在湿热试验中以物理吸附现象居多。

3.2 凝露现象：

凝露实际上也是水分子在样品上的吸附现象，但它是在试验温度上升时产生的。在升温 阶段，样品表面温度低于周围空气露点温度时，水蒸气便会在样品表面凝结成液体形成水珠。 在交变湿热试验的升温阶段，由于样品的热惯性，使它的温度上升滞后于试验箱的温度。因 此，表面便产生了凝露现象。这种表面凝露量的多少，取决于样品本身的热容量大小，以及 升温速度和升温阶段的相对湿度，在交变湿热试验的降温阶段，封闭外壳的内壁也会出现凝 露现象。

3.3 扩散现象：

扩散是分子运动的一种物理现象。在扩散过程中，分子总是从浓度大的地方迁移到浓度 小的地方。湿热试验时，空气中水蒸气向浓度较低的材料内部扩散的速度可以用菲克定律表 示出来。所以，湿热试验中由扩散引起的潮气侵入，除了取决于试验条件中的绝对湿度与温 度，还与样品的材质有关。

3.3 吸收现象（也称为流通现象）。

水蒸气进入材料内，一般都是通过空隙。水蒸气通过间隙的速度取决于孔的尺寸。如果 孔隙的尺寸小于水分子的直径，水蒸气便不能进入。由于水蒸气在空间是与空气混合存在的， 所以它的进入速度与水蒸气和空气的混合比例也有很大关系。将水蒸气和空气比例为 1：1 时， 相当于 80℃空气饱和状态下的水气量作为界限。高于这个界限的称为高蒸气压力，低于这 个界限的称为低蒸气压力，然后将水蒸气进入空隙的机理分别进行讨论：

①低蒸气压力下水气进入机理：在温度和水蒸气压力都不变的情况下（相当于恒定湿热 试验），水蒸气进入空隙主要是由于扩散作用，其速度主要取决于空隙中的空气阻力（渗透 系数）和空隙尺寸（空隙的大小虽然也影响进入速率，但并不严重）。当温度变化（相当于 交变湿热试验）时，空隙两边的水蒸气压力差强迫含有水蒸气的空气通过。这时进入速率不 但与空隙阻力和空隙尺寸有关，还与空隙两端的水蒸气压力差也有关。由此可见，恒定湿热 试验与交变湿热试验的作用机理是不一样的。

②高蒸气压力条件下，水蒸气进入速度与空隙直径有关，当空隙直径小于水分子的平均 自由路程时，水蒸气进入为分子流；当空隙直径大于平均自由路程时，进入速度为粘性流， 空隙直径处于上述二者之间时为过渡流。在高蒸气压力下，水蒸气进入速度随空隙大小变化 说明，如果提高温度来加速潮气进入，对不同空隙尺寸将会有不同的速率，其加速倍数将是 不一样的。

结束语

综上所述，水蒸气通过吸收现象的进入，取决于温度和水蒸气压力（绝对湿度）及材料 的材质。

参考文献：

GB/T 2423.3-2016  《环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Cab：恒定湿热试验》

GB/T 2423.4-2008 《电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Db： 交变湿热 （12h＋12h 循环）》