在制冷階段，低溫箱的制冷系統啟動。該系統由蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥協同工作。制冷劑于蒸發器中蒸發，吸收箱內熱量，自身轉變為氣態。隨后，氣態制冷劑被壓縮機吸入并壓縮，成為高溫高壓氣體，進入冷凝器。在冷凝器中，高溫高壓氣體向外界環境釋放熱量，重新冷凝為液態。接著，液態制冷劑經膨脹閥降壓，再次流入蒸發器，如此循環往復，使低溫箱溫度持續降低至預設低溫，通常可達 -70℃。
測試時，樣品被放置在位于兩箱之間的樣品提籃內。通過自動控制裝置，提籃能在高溫箱與低溫箱間快速移動，使樣品瞬間經受劇烈的溫度變化，以此模擬產品在實際使用中可能遭遇的溫度沖擊，如電子產品在從寒冷戶外進入溫暖室內環境時的溫度驟變情況。
兩箱式僅有高溫與低溫兩個箱體，樣品在兩者間移動接受沖擊；三箱式則多了中間獨立的測試區，高溫箱、低溫箱分別位于上下層，樣品在測試區保持靜止，通過箱間閥門控制冷熱氣流流向來實現溫度沖擊。
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