一、标准概述

IEC 60068-2-1:2007是国际电工委员会（IEC）发布的环境试验基础标准之一，规定了电工电子产品在低温环境下的试验方法。低温环境是电工电子产品在高寒地区、冬季露天、高空、冷藏运输等场景中必然面临的环境因素。低温会导致材料力学性能改变、橡胶密封件硬化失效、润滑剂凝固、电池容量下降、液晶显示响应迟缓等问题。

二、适用范围

IEC 60068-2-1:2007适用于各类电工电子产品在低温环境下的适应性验证，主要包括：

• 电子元器件：电阻、电容、电感、半导体器件、集成电路等

• 电子设备：通信设备、计算机、仪器仪表、控制设备等

• 电工产品：电机、电器、电缆、开关、连接器等

• 含橡胶与塑料件的产品：密封件、外壳、线缆护套等

• 含润滑剂的产品：轴承、齿轮、传动机构等

• 含电池的产品：电池、电源模块等

该标准既适用于散热试样，也适用于非散热试样，两者的温度控制策略不同。

三、试验条件与所需仪器

试验条件

试验名称：低温试验，代号为试验A。

试验分类：

• 试验Aa：试样在不通电状态下放入低温箱，温度快速变化

• 试验Ab：试样在不通电状态下放入低温箱，温度缓慢变化

• 试验Ad：试样在通电发热状态下放入低温箱，温度缓慢变化

温度条件：

• 根据产品实际使用环境确定试验温度

• 常用试验温度：+5℃、-5℃、-10℃、-25℃、-40℃、-55℃、-65℃等

• 具体温度值按产品规范或实际使用剖面选取

• 温度容差：一般±2℃（-25℃以上），±3℃（-25℃以下）

温度变化速率：

• 试验Aa（温度突变）：放入已预冷的低温箱，温度变化速率较快

• 试验Ab/Ad（温度渐变）：以不超过1℃/min的速率降温

• 具体速率按试验类型和产品规范确定

持续时间：

• 按产品规范确定，通常为2h、16h、24h、48h、96h等

• 标准推荐典型持续时间：2h、16h、24h、48h、96h

• 具体持续时间按产品规范或实际使用剖面选取

温度稳定判据：

• 试样最冷点温度在规定时间内变化不超过2℃

• 试样最冷点温度在规定时间内变化不超过2℃

• 具体判据按产品规范确定

所需仪器

• 低温试验箱：用于提供规定的低温环境，要求温度均匀性好、温控精度高，能在整个试验周期内稳定维持设定温度。箱体需具备强迫空气循环功能，确保温度均匀。容积需能容纳试样及测试工装，试样与箱壁间距≥15cm，箱体与试样体积比≥5:1。

• 制冷系统：包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等，用于提供低温环境。需具备足够的制冷量和降温速率，满足试验要求。

• 温度控制系统：包括加热器、温度传感器、控制器，用于精确控制箱内温度，升降温速率可控。

• 温度传感器：热电偶或RTD，用于监测试样表面温度和箱内温度，精度一般±1℃。散热试样测表面最冷点，非散热试样测内部最冷点。

• 数据采集与记录系统：同时记录温度、时间等参数，生成完整试验报告，满足可追溯性要求。

• 功能检测设备：用于在低温条件下对试样进行电气、机械性能检测，需能在低温环境下正常工作。

• 必要的辅助工装：包括耐低温夹具、隔热垫片、导线低温防护套等，确保试样在低温环境下固定可靠且不受额外损伤。

四、试验过程与要求

试验目的

验证电工电子产品在低温环境下能否保持结构完好性和功能正常性，暴露因材料变脆、收缩、润滑剂黏度增大、电子元器件性能漂移、密封件失效等引发的缺陷。

试验设备

• 低温试验箱

• 制冷系统

• 温度控制系统

• 温度测量监控系统

• 数据采集与记录系统

• 功能检测设备

• 专用夹具与工装

试验过程

• 初始检测：在标准大气条件下进行外观、电气、机械性能全项检测，记录基准值。

• 试样安装：将试样按实际安装方式固定在试验箱内，连接测试线缆和传感器。确保夹具不影响温度场，导线耐低温。

• 降温：试验Aa：试样放入已预冷至规定温度的低温箱

            试验Ab/Ad：以不超过1℃/min的速率将箱内温度降至规定值

• 温度稳定与保持：温度达到规定值后，保持规定时间。期间按产品规范进行功能检测，记录试样性能变化。温度稳定判据：试样最冷点温度在规定时间内变化不超过2℃。

• 功能检测：在低温保持期间，按产品规范规定的时间节点进行功能检测。散热试样通常不进行功能检测，非散热试样可进行功能检测。

• 升温：试验结束后，以不超过1℃/min的速率将温度升至恢复温度。严禁急热。

• 取出试样：温度升至恢复范围后，将试样从试验箱中取出。

• 恢复检测：试样在标准大气条件下恢复不少于1h，再进行全项检测并与初始值对比。

试验要求

温度容差：一般±2℃，±3℃。

温度变化速率：≤1℃/min，具体按产品规范。

持续时间：按产品规范确定，典型为2h至96h。

温度稳定判据：试样最冷点温度在规定时间内变化不超过2℃。

功能检测：按产品规范规定的时间节点和检测项目执行，检测线缆需耐低温。

试样数量：一般不少于3个，结果取算术平均值。

记录完整性：温度、时间、功能检测数据须全程记录。

判据明确：合格准则须在试验大纲中预先规定。

五、恢复条件

恢复步骤

停止制冷：到达规定试验时间后，停止制冷，让试样随箱体自然升温。

升温：以不超过1℃/min的速率将温度升至恢复温度，取5min滑动平均值。

取出试样：温度升至恢复范围后，将试样从试验箱中取出。

静置恢复：在标准大气条件下放置不少于1小时。

最终检测：恢复时间到达后立即进行外观、电气、机械性能全项检测，与初始值对比。

关键要求

• 环境条件：温度15℃~35℃，相对湿度25%~75%，气压86kPa~106kPa

• 恢复时间：≥1h，具体由产品规范规定

• 操作顺序：先停止制冷，再升温，最后取出试样

• 升温速率：≤1℃/min，严禁急热

• 检测时机：恢复结束后立即检测，不得超时搁置

六、设备要求

• 低温试验箱：强迫空气循环，温度均匀，容差±2℃或±3℃，升降温≤1℃/min。散热试样测表面最冷点，非散热试样测内部最冷点。试样与箱壁间距≥15cm，箱体与试样体积比≥5:1。

• 制冷系统：制冷量满足降温速率要求，极限温度低于最低试验温度，具备过载保护和化霜功能。

• 温度控制系统：加热功率满足精确控温要求，温度均匀性和波动度满足标准要求。

• 测量监控系统：温度传感器精度±1℃，温度参数全程连续记录。

• 夹具安装：耐低温材料，按IEC 60068-2-47要求安装，试样刚性固定防止滑移。

• 功能检测设备：能在低温环境下正常工作，测试线缆需耐低温，不得影响箱内温度场。

结语

IEC 60068-2-1:2007是电工电子产品低温环境适应性验证的核心国际标准，其核心在于温度条件真实、升降温速率可控、温度稳定判据明确、恢复过程规范、判据明确。试验人员应重点关注温度均匀性、温度稳定判据、散热与非散热试样的区分、凝露处理以及数据的完整记录，确保试验结果的重复性与可比性，为电工电子产品的低温环境适应性设计和定型提供有效依据。

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