沙塵試驗箱（Dust and Sand Test Chamber）通過可控風速將特定粒徑的塵或砂噴射至試件表面，用以考核整機、外殼、密封圈及內部電子組件在沙漠、戈壁、礦區(qū)等多塵環(huán)境下的可靠性。風速作為唯一能把“顆粒動能”定量傳遞給試件的物理量，其大小、穩(wěn)定性及空間均勻度直接決定試驗嚴苛度與復現(xiàn)性。依據(jù)現(xiàn)行三大標準，對“吹塵（Dust Blow）”“吹砂（Sand Blow）”“降塵（Dust Settling）”三種程序的風速要求進行系統(tǒng)歸納，并給出工程調試方法及常見誤區(qū)，供實驗室編制作業(yè)指導書時引用。
二、標準溯源與術語界定
顆粒分類
‑ 塵（Dust）：粒徑 ≤ 150 μm，以懸浮態(tài)為主，模擬長期揚塵；
砂（Sand）：粒徑 150 μm ~ 850 μm，以躍移態(tài)為主，模擬高速撞擊；
降塵（Settling Dust）：粒徑 1 ~ 75 μm，模擬自然沉降沉積量。
風速定義
均指試件安裝平面中心點 50 mm 前方處的穩(wěn)態(tài)水平風速，采用經(jīng)校準的葉輪風速儀（精度 ±0.1 m/s）或熱膜風速儀測量；數(shù)據(jù)記錄頻率 ≥ 1 Hz，采樣時長 ≥ 30 s，取算術平均值。
三、各程序風速要求與工程解讀
吹塵程序（Dust Blow）
1.1 標準區(qū)間
MIL-STD-810H Method 510.7：1.5 m/s（低）、8.9 m/s（典型沙漠風）；
IEC 60068-2-68：1 ± 0.25 m/s（低）、6 ± 1 m/s（中）、9 ± 1 m/s（高）；
GB/T 2423.37：1 ~ 10 m/s，按產品標準選取。
1.2 技術解讀
1.5 m/s：對應揚塵懸浮臨界速度，用于考核設備長期積塵后的散熱阻塞；
8.9 m/s：對應 5 級風（Fresh Breeze），可模擬沙丘遷移環(huán)境，對密封條產生“滲透壓差”；
允許線性可調：在箱體內建立 0 ~ 12 m/s 連續(xù)曲線，驗證風扇轉速 PID 輸出與風速的線性度 R² ≥ 0.98。
1.3 調試要點
采用變頻離心風機+矩陣導風板，確保 9 點均勻度 ≤ ±10 %；
粉塵濃度 10 ± 5 g/m³，與風速聯(lián)動控制：風速每升高 1 m/s，給料電機轉速提升 8 %，保持質量流量恒定。
吹砂程序（Sand Blow）
2.1 標準區(qū)間
MIL-STD-810H：18 ~ 29 m/s（40 ~ 65 mph），推薦 21 m/s；
IEC 60068-2-68：18 ± 2 m/s、23 ± 2 m/s、29 ± 2 m/s 三檔；
GB/T 2423.37：18 ~ 29 m/s，默認 21 m/s。
2.2 動能等效原則
砂粒撞擊動能 E_k = ½·m·v²。粒徑 250 μm 石英砂密度 2.65 g/cm³，在 21 m/s 下單位顆粒動能 1.1 × 10⁻⁵ J，與天然沙漠 23 m/s 陣風等效，故標準以 21 m/s 為基準。
2.3 空間距離要求
砂注入口至試件前端 ≥ 3 m，用于顆粒充分加速；若試驗箱尺寸受限，可采用 L 型亞克力加速管（內徑 φ150 mm，長 2 m），管出口處皮托靜壓管實測速度達到 18 m/s 以上即可縮短至 1.5 m。
2.4 安全與磨損
風速 > 25 m/s 時，箱體觀察窗須用 10 mm 耐磨亞克力+316L 防護網(wǎng)；
噴嘴采用可旋轉 360° 鎢鋼嵌套，120 h 后磨損量 ≤ 0.1 mm，可快速更換。
降塵程序（Dust Settling）
3.1 標準區(qū)間
MIL-STD-810H：≤ 0.2 m/s；
IEC 60068-2-68：0.05 ~ 0.2 m/s；
GB/T 2423.37：≤ 0.2 m/s。
3.2 機理說明
該程序模擬自然沉降，需避免二次揚塵；風速 > 0.2 m/s 會將已沉積塵再次卷起，導致沉積量失控。
3.3 實施方法
關閉主循環(huán)風機，啟用頂部微孔板靜壓層流送風，風速儀置于試件上方 100 mm，任一點讀數(shù) ≤ 0.2 m/s；
沉積量控制：24 h 內單位面積落塵 6 ± 1 g/m²，用稱重法（精度 0.1 mg）驗證。
四、風速閉環(huán)控制架構
傳感器層：熱線風速儀 4 通道，實時輸出 4 ~ 20 mA，響應時間 50 ms；
控制層：PLC 采用 PID+前饋算法，風速設定值與反饋值偏差 ≤ 0.1 m/s；
執(zhí)行層：變頻風機 0 ~ 1500 rpm 連續(xù)可調，砂塵給料螺桿與風速聯(lián)動；
校準層：每 12 個月使用 0.1 級標準皮托管進行 5 點線性校準，確保示值誤差 ≤ ±3 %。
五、常見問題與糾正措施
風速達標但濃度不足
原因：給料電機轉速未隨風速聯(lián)動；糾正：在 PLC 中建立“風速-給料”線性表，R² ≥ 0.98。
吹砂程序側向風速差異 > 15 %
原因：箱壁直角反射形成渦流；糾正：加裝 45°導流楔+蜂窩整流器，均勻度可降至 8 %。
降塵程序風速超 0.2 m/s
原因：靜壓箱泄漏；糾正：更換 EPDM 密封條，漏風率 ≤ 1 %（壓差 200 Pa）。
沙塵試驗箱的風速并非“越高越嚴”，而是需要與顆粒粒徑、濃度、撞擊能量及沉積量形成閉環(huán)匹配。操作人員應依據(jù)產品規(guī)范先選定“試驗程序”，再按標準區(qū)間設定風速，并通過標準皮托管與粉塵濃度同步校準，確保“動能等效+沉積量等效”雙指標可追溯。只有這樣，沙塵試驗才能真正成為戶外多塵環(huán)境可靠性的“等效加速器”，而非“數(shù)據(jù)漂移源”。
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