恒溫恒濕試驗(yàn)箱作為環(huán)境可靠性測(cè)試領(lǐng)域的關(guān)鍵裝備，集成了溫度控制、濕度調(diào)節(jié)、程序運(yùn)行等多重功能，構(gòu)成一套完整的人工氣候模擬系統(tǒng)。對(duì)于初次接觸此類精密儀器的操作人員而言，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)布局和多樣的功能配置往往令人望而生畏。
 

恒溫恒濕試驗(yàn)箱要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和濕度的精確調(diào)控，必須依托于四大基礎(chǔ)子系統(tǒng)的協(xié)同配合，分別為制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及中央控制系統(tǒng)。各子系統(tǒng)既獨(dú)立運(yùn)行又相互耦合，共同構(gòu)成了 device's 完整的溫濕度控制閉環(huán)。
 

一、制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)循環(huán)機(jī)制

制冷系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗(yàn)箱中使用頻率最高的功能單元，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)封閉的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。當(dāng)前主流技術(shù)路線分為機(jī)械制冷與輔助液氮制冷兩種形式，其中機(jī)械制冷因其運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)、控制精度高而被廣泛采用。該系統(tǒng)的熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程包含四個(gè)基本階段：

首先，低壓制冷劑蒸氣（通常為R404A或R23環(huán)保型工質(zhì)）進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)絕熱壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫高壓的過(guò)熱蒸氣，其壓力可達(dá)1.5-2.5MPa，溫度升至70-90℃。隨后，高溫高壓蒸氣流入冷凝器，通過(guò)風(fēng)冷或水冷方式向環(huán)境介質(zhì)釋放潛熱，逐漸冷凝為常溫高壓液體（溫度約35-45℃）。接著，高壓液體制冷劑流經(jīng)節(jié)流裝置（熱力膨脹閥或毛細(xì)管），經(jīng)歷等焓膨脹過(guò)程，壓力和溫度急劇下降至蒸發(fā)壓力（約0.2-0.3MPa）和蒸發(fā)溫度（-40℃至-70℃）。最后，低溫低壓的液體制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，在低壓環(huán)境下吸收試驗(yàn)箱內(nèi)的熱量而沸騰汽化，每千克制冷劑約可吸收150-200kJ的汽化潛熱，從而持續(xù)降低箱內(nèi)空氣溫度。蒸發(fā)后的低溫蒸氣再次被壓縮機(jī)吸入，完成周而復(fù)始的制冷循環(huán)。
 

二、加熱系統(tǒng)的電熱轉(zhuǎn)換原理

相較于制冷系統(tǒng)的復(fù)雜相變過(guò)程，加熱系統(tǒng)的工作原理較為直接，其核心為電能向熱能的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)采用高電阻合金電熱絲（通常為鎳鉻合金或鐵鉻鋁合金）作為發(fā)熱元件，其功率密度設(shè)計(jì)為3-5W/cm²，以確?？焖夙憫?yīng)能力。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出加熱指令時(shí)，大功率固態(tài)繼電器接通電熱絲電源，電熱絲因焦耳效應(yīng)迅速產(chǎn)生大量熱量，通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)扇將熱空氣均勻輸送至工作室，實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)溫度的快速提升。為適應(yīng)不同溫變速率要求，加熱系統(tǒng)通常分為多組獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)功率的階梯式調(diào)節(jié)，既保證升溫速率可達(dá)3-5℃/min，又避免溫度過(guò)沖現(xiàn)象。
 

三、濕度系統(tǒng)的雙向調(diào)節(jié)機(jī)制

濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含加濕與除濕兩大功能模塊，二者共同維持箱內(nèi)相對(duì)濕度在設(shè)定范圍內(nèi)。

加濕過(guò)程采用蒸汽加濕法，通過(guò)不銹鋼加濕鍋爐將水加熱至沸騰狀態(tài)，產(chǎn)生潔凈低壓蒸汽（壓力約0.01-0.03MPa），經(jīng)蒸汽分配管均勻注入工作室。該方法具有加濕迅速、濕度分布均勻的優(yōu)勢(shì)，且不會(huì)產(chǎn)生水滴污染試樣。控制系統(tǒng)通過(guò)比例積分微分（PID）算法精確調(diào)節(jié)加濕功率，實(shí)現(xiàn)濕度從30%RH至98%RH的寬范圍控制，控制精度可達(dá)±2%RH。

除濕功能則提供機(jī)械制冷除濕與干燥除濕兩種技術(shù)方案。機(jī)械制冷除濕利用制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器表面溫度低于空氣露點(diǎn)溫度的特性，使?jié)窨諝庵械乃魵庠谡舭l(fā)器翅片上凝結(jié)成液態(tài)水，通過(guò)集水盤排出箱外，此方法適用于常規(guī)濕度控制，除濕能力可達(dá)0.5-2kg/h。干燥除濕則采用物理吸附原理，通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)將箱內(nèi)濕空氣抽送至裝有分子篩或硅膠的干燥筒進(jìn)行脫水處理，再將干燥空氣送回工作室。該方式可實(shí)現(xiàn)深度除濕，最低濕度可達(dá)10%RH以下，但設(shè)備成本與運(yùn)行能耗相對(duì)較高。實(shí)際應(yīng)用中，兩種除濕方式常組合使用，以實(shí)現(xiàn)寬范圍、高精度的濕度控制。
 

四、控制系統(tǒng)的智能化管理功能

控制系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗(yàn)箱的神經(jīng)中樞，屬于設(shè)備的軟件控制層面，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各執(zhí)行部件的有序運(yùn)行。現(xiàn)代設(shè)備普遍采用基于微處理器的可編程邏輯控制器（PLC）或?qū)Ｓ脺貪穸瓤刂破?，配?-10英寸彩色液晶觸摸屏作為人機(jī)交互界面。操作人員可通過(guò)直觀的圖形化界面完成溫度、濕度、時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等工藝參數(shù)的設(shè)定，并實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)?？刂破鲀?nèi)置多種控制算法，除傳統(tǒng)的PID控制外，還融合模糊邏輯控制與自適應(yīng)控制技術(shù)，能夠根據(jù)熱負(fù)載變化自動(dòng)優(yōu)化控制參數(shù)，確保控制精度與穩(wěn)定性。此外，系統(tǒng)支持多段程序編程功能，可預(yù)先設(shè)定溫濕度變化曲線，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜交變濕熱試驗(yàn)的自動(dòng)執(zhí)行，并具備USB數(shù)據(jù)導(dǎo)出、以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障自診斷等智能化功能，極大提升了設(shè)備的使用便捷性與管理效率。
 

五、多系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行機(jī)制

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，四大子系統(tǒng)并非孤立工作，而是通過(guò)控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度形成有機(jī)整體。當(dāng)箱內(nèi)溫度高于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)制冷系統(tǒng)，同時(shí)根據(jù)偏差大小調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)輸出功率，實(shí)現(xiàn)精細(xì)的溫度穩(wěn)定；當(dāng)濕度需要提升時(shí)，加濕系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)協(xié)同工作，避免因加濕引起的溫度波動(dòng)；除濕過(guò)程則根據(jù)目標(biāo)濕度值自動(dòng)選擇制冷除濕或干燥除濕模式。這種多變量解耦控制策略確保了恒溫恒濕試驗(yàn)箱能夠在寬廣的溫濕度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精確的環(huán)境模擬，滿足GB/T 2423、IEC 60068、MIL-STD-810等各類國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試要求。
 

恒溫恒濕試驗(yàn)箱通過(guò)制冷、加熱、濕度、控制四大系統(tǒng)的精密配合，構(gòu)建了一個(gè)高度自動(dòng)化的人工環(huán)境模擬平臺(tái)。深入理解其工作原理不僅有助于正確操作與維護(hù)設(shè)備，更能為故障診斷與性能優(yōu)化提供理論依據(jù)，從而充分發(fā)揮設(shè)備在產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證中的核心作用。