正交设计用于冻干机板层温度均匀性的验证
摘 要：采用正交设计对冷冻干燥机板层温度均匀性进行了验证，用显著性影响结果表明板层之间和板层上不同位置之间的温差，也用方差分析表明板层之间和板层上不同位置之问温差与板层和所在位置关系不大，提高了冷冻干燥机板层温度均匀性验证结果的可靠性。
关键词：正交设计；验证；冻干机温度均匀性分布
在冻干机板层温度均匀性的验证方案中，通常提出的板层温度均匀性测试方法是只选择每块板层上左右两个点作为温度均匀性测试点，依笔者之见，如此选择测试点也不太科学，由于每次板层的制造工艺均略有差异，仅人为取左右两个点作为温度均匀性测试点所测得的温度分布数据不能代表板层实际的温度均匀性。
然而，正交设计是目前国内应用最广泛、最普遍的试验设计方法，其既具有均匀分散性，又具有整齐可比性，因此能有效地提高验证结果的可靠性。而且，根据方差分析还可以检验出因素对结果的影响。为了科学地研究冻干机板层实际温度的均匀性，本试验采用正交设计，使得温度测试点能均匀地分布在不同板层和板层上的不同位置，并用方差分析的Ｐ值来验证不同板层和板层上的不同位置是否对温差有显著性影响。
１ 材料与方法
１．１ 验证方法
使用验证设备为ＬＶＯ一20（ＣＩＰ）型冻干机（上海东富龙科技有限公司生产），板层数共12层。验证时，将温度测温电阻通过接口放入冻干箱体内，再在每块板层上放置测温电阻，分别位于板层所设计的温度测试点，测温电阻要求与板层表面充分接触。启动冻干机，在空载状态下进行温度分布测试，测试温度分别为-30℃、０℃、30℃，当温度恒定20min时记录试验数据。要求：（１）板层各点之间温差不大于±１℃；（２）板层之间温差不大于±１℃。
[separator]１．２ 设计方案
选择对板层温度分布有影响的因素，即所在板层的层数、箱体从里到外的长度、箱体从左到右侧的宽度。每因素选择三水平，采用三因素三水平正交试验表Ｌ９（３３—１），因素安排如表１所示。
 因素水平
|
板层层数
（A）
|
长度/m
(B)
|
宽度/m
(C)
|
| 1
2
3
|
2
6
10
|
0
0.7
1.4
|
0
0.6
1.2
|
表１ 正交试验各因素、水平表
２ 结果
２．１ 正交实验与结果
不同温度下（－３０℃、０℃、３０℃）所测得温度如表２所示。
表２ 正交设计方案和不同温度下试验结果
| 实验号
|
因素
|
温度/℃
|
||||
| A
|
B
|
C
|
-30
|
0
|
30
|
|
| 1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
1
1
1
2
2
2
3
3
3
|
1
2
3
1
2
3
1
2
3
|
1
3
2
3
2
1
2
1
3
|
-30.5
-30.3
-29.5
-30.7
-30.2
-29.8
-29.4
-30.8
-29.9
|
0.1
0.2
-0.1
-0.2
0.3
-0.3
0.3
0.0
-0.1
|
30.1
30.2
29.9
29.8
30.3
29.7
30.0
30.1
29.9
|
表２可见，板层之间和板层上的不同位置之间的温差均能达到验证要求。另外，分别对不同温度下的实验结果进行方差分析，结果如表３、表４、表５所示。
| 方差来源
|
离差平方和
|
自由度
|
方差
|
F值
|
P
|
| A
B
C
误差
总和
|
797.34
773.88
862.51
801.70
3235.44
|
2
2
2
2
8
|
398.67
386.94
431.25
400.85
|
0.9945
0.9652
1.0758
|
0.5013
0.5088
0.4817
|
表３ －３０℃下所测温度的方差分析结果
表4 ０℃下所测温度的方差分析结果
| 方差来源
|
离差平方和
|
自由度
|
方差
|
F值
|
P
|
| A
B
C
误差
总和
|
0.3555
0.17555
0.09555
0.06888
0.37555
|
2
2
2
2
8
|
0.01777
0.08777
0.04777
0.03444
|
0.5161
2.5483
1.3870
|
0.6595
0.2818
0.4189
|
表5 3０℃下所测温度的方差分析结果
| 方差来源
|
离差平方和
|
自由度
|
方差
|
F值
|
P
|
| A
B
C
误差
总和
|
0.02666
0.20666
0.02000
0.04666
0.30000
|
2
2
2
2
8
|
0.01333
0.10333
0.01000
0.02333
|
0.5714
4.4285
0.4285
|
0.6363
0.1842
0.7000
|
由表３、表４、表５结果可看到：不同温度下的不同因素的ｐ值均大于０．１（不具有统计意义），这说明因素对温差不具有显著性影响，即板层之问和板层上的不同位置之间温差与板层和所在位置关系不大。
３ 结论
采用正交设计方法对上海东富龙科技有限公司ＬＹ－20冻干机型板层温度均匀性进行了验证，结果表明：
（１） 板层之间和板层上的不同位置之间温差都能达到不大于±１℃的要求：
（２） 板层之间和板层上不同位置之间的温差与板层和所在位置关系不大。
由此看来，采用正交设计试验方法将有效地提高了冻干机温度分布均匀性验证的可靠性。
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