恒溫恒濕試驗(yàn)箱作為工業(yè)檢測(cè)與科研實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的核心設(shè)備，憑借對(duì)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控能力，可模擬各類復(fù)雜自然環(huán)境，為電工電子、汽車工業(yè)、航空航天、材料科學(xué)等領(lǐng)域的產(chǎn)品耐候性測(cè)試提供穩(wěn)定可靠的試驗(yàn)條件。對(duì)于初次接觸該設(shè)備的使用者而言，其看似復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)制常令人望而卻步。事實(shí)上，恒溫恒濕試驗(yàn)箱的穩(wěn)定運(yùn)行，依賴于制冷、制熱、濕度、控制四大核心系統(tǒng)的協(xié)同工作。
一、制冷系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境的核心保障
制冷系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境模擬的關(guān)鍵，其作用是通過(guò)能量轉(zhuǎn)移，將試驗(yàn)箱內(nèi)的熱量向外釋放，從而降低箱內(nèi)溫度。目前市場(chǎng)上的恒溫恒濕試驗(yàn)箱，制冷方式主要分為機(jī)械制冷與輔助液氮制冷，其中機(jī)械制冷因成本可控、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各類常規(guī)測(cè)試場(chǎng)景。機(jī)械制冷系統(tǒng)的工作流程遵循 “壓縮 - 冷凝 - 節(jié)流 - 蒸發(fā)” 的循環(huán)邏輯，核心依賴壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器四大部件的協(xié)同運(yùn)作，具體過(guò)程如下：
壓縮過(guò)程：制冷劑（常用 R404A、R134a 等環(huán)保型制冷劑）在壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，由低溫低壓的氣態(tài)變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)，此過(guò)程中壓縮機(jī)通過(guò)消耗電能，為制冷劑的能量轉(zhuǎn)移提供動(dòng)力；
冷凝過(guò)程：高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器后，與冷凝器外的冷卻介質(zhì)（空氣或冷卻水）進(jìn)行熱交換，制冷劑釋放熱量，逐漸冷凝為常溫高壓的液態(tài)；
節(jié)流過(guò)程：常溫高壓的液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置（如毛細(xì)管、膨脹閥）時(shí)，因通道截面突然縮小，壓力急劇下降，變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌蠎B(tài)，為后續(xù)的蒸發(fā)吸熱做好準(zhǔn)備；
蒸發(fā)過(guò)程：低溫低壓的氣液混合態(tài)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器后，吸收試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的熱量，迅速蒸發(fā)為低溫低壓的氣態(tài)，同時(shí)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度隨之降低。蒸發(fā)后的制冷劑重新進(jìn)入壓縮機(jī)，開啟下一輪循環(huán)，通過(guò)持續(xù)的熱量轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)箱內(nèi)低溫環(huán)境的穩(wěn)定維持。
二、制熱系統(tǒng)：快速升溫與溫度補(bǔ)償?shù)闹匾?/strong>
制熱系統(tǒng)的功能是為試驗(yàn)箱內(nèi)提供熱量，實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境模擬，同時(shí)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)制冷系統(tǒng)導(dǎo)致箱內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)制熱進(jìn)行溫度補(bǔ)償，確保溫度控制的精準(zhǔn)度。相較于制冷系統(tǒng)，制熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理更為簡(jiǎn)潔，核心依賴電熱絲加熱組件與溫度反饋機(jī)制的配合，具體運(yùn)行邏輯如下：
恒溫恒濕試驗(yàn)箱的制熱系統(tǒng)通常采用鎳鉻合金電熱絲作為加熱元件，其具有耐高溫、發(fā)熱效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)設(shè)備需要升溫時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定溫度與箱內(nèi)實(shí)際溫度的差值，向制熱系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)指令，電熱絲通電后迅速發(fā)熱，通過(guò)熱輻射與熱對(duì)流的方式，將熱量傳遞到試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣中，使箱內(nèi)溫度逐步升高。
為避免溫度過(guò)高導(dǎo)致設(shè)備損壞或測(cè)試樣品受損，制熱系統(tǒng)配備了完善的溫度保護(hù)機(jī)制。一方面，設(shè)備控制面板會(huì)實(shí)時(shí)顯示箱內(nèi)溫度，當(dāng)溫度接近設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低電熱絲的功率，減緩升溫速度；另一方面，箱內(nèi)安裝的溫度傳感器會(huì)持續(xù)采集溫度數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)電熱絲故障導(dǎo)致溫度異常升高的情況，傳感器會(huì)立即向控制系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)過(guò)熱保護(hù)裝置，切斷制熱系統(tǒng)電源，保障設(shè)備與測(cè)試樣品的安全。此外，為滿足不同測(cè)試場(chǎng)景對(duì)升溫速率的要求，制熱系統(tǒng)的電熱絲通常采用多組功率可調(diào)設(shè)計(jì)，使用者可根據(jù)試驗(yàn)需求，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)加熱功率，實(shí)現(xiàn)從 5℃/min 到 15℃/min 不等的升溫速率調(diào)控。
三、濕度系統(tǒng)：精準(zhǔn)調(diào)控濕度的雙重機(jī)制
濕度系統(tǒng)的作用是根據(jù)試驗(yàn)需求，對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)的濕度進(jìn)行加濕或除濕處理，實(shí)現(xiàn)高濕、低濕等不同濕度環(huán)境的模擬。該系統(tǒng)通過(guò)加濕裝置與除濕裝置的協(xié)同工作，結(jié)合溫度與濕度的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度參數(shù)的精準(zhǔn)控制，具體分為加濕與除濕兩大核心環(huán)節(jié)：
（一）加濕環(huán)節(jié)
恒溫恒濕試驗(yàn)箱的加濕方式以 “蒸汽加濕” 為主，核心原理是向試驗(yàn)箱內(nèi)輸送低壓飽和蒸汽，通過(guò)蒸汽與箱內(nèi)空氣的混合，提升空氣的含濕量。設(shè)備通常配備電加熱式加濕罐，當(dāng)需要加濕時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)加濕罐內(nèi)的加熱管，加熱罐內(nèi)的水被加熱至沸騰，產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，蒸汽通過(guò)管道輸送至試驗(yàn)箱內(nèi)的風(fēng)道，與風(fēng)道內(nèi)的循環(huán)空氣充分混合后，均勻擴(kuò)散至整個(gè)試驗(yàn)空間，使箱內(nèi)濕度逐步升高。為避免蒸汽過(guò)量導(dǎo)致濕度驟升，加濕系統(tǒng)會(huì)通過(guò)濕度傳感器實(shí)時(shí)采集箱內(nèi)濕度數(shù)據(jù)，當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉加濕罐加熱管，停止蒸汽輸出；當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)，再重新啟動(dòng)加濕過(guò)程，以此實(shí)現(xiàn)濕度的穩(wěn)定控制。
（二）除濕環(huán)節(jié)
除濕環(huán)節(jié)主要通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)，分別為機(jī)械制冷除濕與干燥除濕，適用于不同的測(cè)試場(chǎng)景：
機(jī)械制冷除濕：利用 “溫度降低，空氣含濕量下降” 的物理原理，當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi)需要降低濕度時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的局部循環(huán)，使箱內(nèi)空氣流經(jīng)蒸發(fā)器，空氣溫度迅速降至露點(diǎn)溫度以下，空氣中的水汽凝結(jié)成液態(tài)水，通過(guò)排水管道排出箱外，空氣的含濕量隨之降低。除濕后的空氣再根據(jù)需要，通過(guò)制熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度至設(shè)定值，最終實(shí)現(xiàn)低濕度環(huán)境的穩(wěn)定；
干燥除濕：適用于對(duì)濕度控制精度要求極高（如相對(duì)濕度低于 20%）的場(chǎng)景。該方式通過(guò)內(nèi)置的干燥器（填充硅膠、分子篩等吸濕材料），將試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣抽出，空氣流經(jīng)干燥器時(shí)，水汽被吸濕材料吸附，干燥后的空氣重新送回試驗(yàn)箱內(nèi)。當(dāng)干燥器吸附飽和后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)再生程序，通過(guò)加熱使吸濕材料釋放水汽，完成再生后繼續(xù)投入使用，以此實(shí)現(xiàn)低濕度環(huán)境的持續(xù)維持。
四、控制系統(tǒng)：設(shè)備運(yùn)行的 “中樞神經(jīng)”
控制系統(tǒng)作為恒溫恒濕試驗(yàn)箱的 “中樞神經(jīng)”，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)制冷、制熱、濕度三大系統(tǒng)的運(yùn)行，是保障設(shè)備精準(zhǔn)控溫控濕的核心�，F(xiàn)代恒溫恒濕試驗(yàn)箱的控制系統(tǒng)，通常以微處理器為核心，結(jié)合觸摸屏操作界面、溫度傳感器、濕度傳感器等組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定、實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)調(diào)控，具體功能與運(yùn)行邏輯如下：
參數(shù)設(shè)定與程序編輯：使用者通過(guò)觸摸屏操作界面，可直接設(shè)定試驗(yàn)所需的溫度（通常范圍為 - 70℃~150℃）、濕度（通常范圍為 10% RH~98% RH）、試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)、升溫 / 降溫速率等參數(shù)，部分高端設(shè)備還支持編輯多段式循環(huán)試驗(yàn)程序，滿足復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境測(cè)試需求；
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與反饋：箱內(nèi)安裝的高精度鉑電阻溫度傳感器與電容式濕度傳感器，會(huì)以每秒 1~2 次的頻率采集溫度、濕度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至微處理器。微處理器將采集到的實(shí)際參數(shù)與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判斷是否需要啟動(dòng)制冷、制熱或濕度調(diào)節(jié)功能；
自動(dòng)調(diào)控與故障報(bào)警：當(dāng)實(shí)際參數(shù)與設(shè)定參數(shù)存在偏差時(shí)，微處理器會(huì)自動(dòng)向?qū)?yīng)系統(tǒng)發(fā)出指令（如溫度低于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)制熱系統(tǒng)；濕度高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)除濕系統(tǒng)），通過(guò)精準(zhǔn)的啟�？刂婆c功率調(diào)節(jié)，使箱內(nèi)環(huán)境參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。同時(shí)，控制系統(tǒng)還具備完善的故障診斷功能，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)壓縮機(jī)過(guò)載、加熱器短路、傳感器故障等問(wèn)題時(shí)，會(huì)立即在操作界面顯示故障代碼，并觸發(fā)聲光報(bào)警，提醒使用者及時(shí)處理，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
|
