工作温度

工作温度（英语：operating temperature是电力或机械设备工作的局部环境允许的温度范围。设备将在指定的温度范围内有效运行，该温度范围根据设备功能和应用环境而变化，范围从“最低工作温度”到“最高工作温度”（或“峰值工作温度”）。在“安全工作温度”范围之外，设备可能会出现故障。

它是可靠性工程（英语：Reliability engineering）的一个组成部分

同样的，生物系统也有一个可行的温度范围，可以称之为“工作温度”。

范围

大多数半导体器件是以几种温度等级制造的。广泛接受的等级是^[1]：

• 商务： 0°至70°C
• 工业：−40°至85°C
• 军事：−55°至125°C

尽管如此，每个制造商都定义了自己的温度等级，因此设计师必须密切关注实际的资料表规范。例如，美信集成产品的产品使用五种温度等级^[2]：

• 军规：−55°C至125°C
• 自动机：−25°C至125°C
• AEC-Q100 等级2：−40°C至105°C
• 扩展工业：−40°C至85°C
• 工业：−20°C至85°C

这种等级的使用确保了设备适合其应用，并能承受其使用的环境条件。正常工作温度范围受到几个因素的影响，例如设备的功耗。这些因素用于定义设备的“阈值温度”，即设备的最高正常工作温度和设备，将不再是工作的最高工作温度。在这两个温度之间，设备将在非峰值水准下运行。例如，电阻器可能具有70°C的阈值温度和155°C的最高温度，在这两个温度之间，它表现出热降额定。

对于电气设备，操作温度可以是设备中半导体的接面温度（T_J）。街面温度受环境温度的影响，对于集成电路，由方程给出：^[3]

${\displaystyle T_{J}=T_{a}+P_{D}\times R_{ja}}$

其中T_J是以°C为单位的街面温度，T_a为以°C为单位的环境温度，P_D以W为单位的集成电路的功耗，R_ja则是以°C/W为单位的与环境热阻的结。

航空航太和军事

用于军事和航空航太应用的电力和机械设备可能需要承受更大的环境可变性，包括温度范围。

在美国国防部中，为美国武装部队使用的所有产品定义了美国军用标准。MIL-STD-810（英语：MIL-STD-810），“国防部环境工程考虑因素和实验室测试测试方法标准”中规定了产品的环境设计和测试极限，即其在整个使用寿命内将经历的条件^[4]。

MIL-STD-810G标准规定，“当被认为具有最长热滞后的测试项目的功能部件的温度以每小时不超过2.0°C（3.6°F）的速度变化时，即可实现工作温度稳定。”^[4]它还规定了评估资料在极限温度荷重下的效能的程式^[5]。

军用发动机涡轮叶片在正常使用过程中会经历两种显著的变形应力，即蠕变和热疲劳。^[6]资料的蠕变寿命“高度依赖于工作温度”，^[6]因此，蠕变分析是设计验证的重要组成部分。通过将冷却系统集成到设备的设计中，降低金属所经历的峰值温度，可以减轻蠕变和热疲劳的一些影响。^[6]

商业和零售

商业和零售产品的制造要求不如军事和航空航太应用的要求严格。例如，英特尔生产的微处理器分为三个级别：商用、工业和扩展^[7]。

由于某些设备在运行过程中会产生热量，因此可能需要热管理（英语：Thermal management (electronics)）来确保它们在指定的运行温度范围内；特别是它们在设备的最高操作温度或低于该最高操作温度下操作^[8]。冷却安装在典型商业或零售配置中的微处理器需要“正确安装在处理器上的散热器，以及通过系统主机壳的有效气流”。^[8]。系统旨在保护处理器免受异常操作条件的影响，例如“高于正常环境空气温度或系统热管理组件（如系统风扇）故障”^[8]尽管在“一个设计得当的系统中，该功能永远不应该启动”。^[8]，冷却和其他热管理科技可能会影响效能和噪音水准^[8]。住宅应用中可能需要噪音缓解（英语：Noise control）策略，以确保噪音水准不会变得不舒服。

电池的使用寿命和功效受工作温度的影响^[9]功效是通过比较电池在20°C和温度下的使用寿命百分比来确定的。欧姆负载和工作温度通常共同决定电池的放电速率。^[10]。此外，如果原电池的预期工作温度偏离典型的10°C至25°C范围，则工作温度“通常会对所选应用电池的类型产生影响”^[11]。当“适当提高电池工作温度”时，部分耗尽的锂二氧化硫电池的能量回收已被证明可以改善^[12]。

生物学

哺乳动物试图通过体温调节在各种条件下保持舒适的体温，体温调节是哺乳动物体内平衡的一部分。哺乳动物的最低正常温度，即基础体温，是在睡眠期间达到的。在女性中，它受到排卵的影响，导致双相模式，这可能被用作生育意识的一个组成部分

在人类中，下丘脑调节代谢，从而调节基础代谢率。它的功能之一是调节体温。核心体温也是衡量个体昼夜节律时间的经典相位标志之一^[13]。

正常人体温度的变化可能会导致不适。最常见的这种变化是发烧，这是身体体温调节设定点的暂时升高，通常升高约1-2°C（1.8-3.6°F）。体温过高是一种由身体吸收的热量超过其消散能力而引起的急性疾病，而体温过低是身体核心温度降至正常代谢所需温度以下的疾病，是由于身体无法补充流失到环境中的热量而引起^[14]。

注解

1. https://www.cactus-tech.com/wp-content/uploads/2019/03/Commercial-and-Industrial-Grade-Products.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆） ^[裸网址]
2. Aerospace & Defense Semiconductors | Maxim Integrated. [2024-05-20]. （原始内容存档于2019-11-04）.
3. Vassighi & Sachdev 2006，第32页.
4. United States Department of Defense.
5. United States Department of Defense，section 2.1.1.
6. Branco, Ritchie & Sklenička 1996.
7. Pentium Processor Packing Identification CodesIntel's packaging indicates the processors operating temperature range by denoting it with a grade: 'Q' (commercial grade), 'I' (industrial grade), and 'L' or 'T' (extended grade). It also has an automotive grade 'A'
8. Intel Corporation.
9. Crompton 2000.
10. Crompton 2000，第figure 30.33页.
11. Crompton 2000，第2/5页，section 2.1.
12. Dougal, Gao & Jiang 2005.
13. Benloucif et al. 2005.
14. Marx 2010，第1870页.

参考资料

• Benloucif, S.; Guico, M.J.; Reid, K.J.; Wolfe, L.F.; L'Hermite-Baleriaux, M.; Zee, P.C. Stability of Melatonin and Temperature as Circadian Phase Markers and Their Relation to Sleep Times in Humans. Journal of Biological Rhythms (SAGE Publications). 2005, 20 (2): 178–188. CiteSeerX 10.1.1.851.1161 . ISSN 0748-7304. PMID 15834114. S2CID 36360463. doi:10.1177/0748730404273983.
• Branco, Carlos Moura; Ritchie, Robert O.; Sklenička, Václav. Mechanical behaviour of materials at high temperature. Springer. 1996. ISBN 978-0-7923-4113-0.
• Crompton, Thomas Roy. Effects of operating temperature on service life. Battery reference book. Newnes. 2000. ISBN 978-0-7506-4625-3.
• Dougal, Robert A.; Gao, Lijun; Jiang, Zhenhua. Effectiveness analysis of energy reclamation from partially depleted batteries. Journal of Power Sources (Elsevier B.V.). 2 February 2005, 140 (2): 409–415. Bibcode:2005JPS...140..409D. doi:10.1016/j.jpowsour.2004.08.037.
• Marx, John. Rosen's emergency medicine: concepts and clinical practice 7th. Philadelphia, PA: Mosby/Elsevier. 2010. ISBN 978-0-323-05472-0.
• Turner, Martin J. L. Rocket and Spacecraft Propulsion: Principles, Practice and New Developments. Springer Praxis Books / Astronautical Engineering. Springer. 2009. ISBN 978-3-540-69202-7. OCLC 475771458.
• Vassighi, Arman; Sachdev, Manoj. Thermal and Power Management of Integrated Circuits. Integrated Circuits and Systems. 2006. ISBN 9780387257624.
• Enhanced temperature device support. Altera Corporation. [2014-02-27]. （原始内容存档于2015-01-26）.
• Resistors in Analog Circuitry. Analog Devices. [2014-02-27].^{[失效链接]}
• Intel Xeon Processor — Thermal Management. Intel Corporation. [2010-01-27]. （原始内容存档于2011-06-05）.
• Intel Pentium Processor Packing Identification Codes. Intel Corporation. 2004-05-12 [2010-01-27]. （原始内容存档于2015-09-24）.
• MIL-STD-810G: Test Method Standard for Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests (PDF). United States Department of Defense. 2008-10-31. （原始内容 (PDF)存档于2011-09-27）.