綜合試驗箱的基本工作原理及故障分析

1. 引言
綜合試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應力的試驗箱，它與振動臺相結合可以組成綜合試驗系統。隨著我國工業產品研制的需要，近幾年來，我國從國外引進了大批綜合試驗系統，為我國工業產品的研制和定型發揮了重要作用。但由于綜合試驗箱本身的復雜性，使得綜合試驗箱在運行中出現了許多問題，而且出現了問題不能及時解決，大大延長了試驗周期，影響了產品的研制工作。而產生這些現象的原因是對綜合試驗箱的工作原理不了解。為此，本文將對綜合試驗箱的基本工作原理作一簡要闡述，并介紹如何對綜合試驗箱（試驗設備）的故障進行分析和判斷。
2. 綜合試驗箱的原理
綜合試驗箱由制冷系統，加熱系統，控制系統，濕度系統，空氣循環系統，和傳感器系統等組成, 上述系統分屬電氣和機械制冷兩大方面。下面初步敘述幾個主要系統的工作原理和工作過程：
2.1 制冷系統
制冷系統是綜合試驗箱的關鍵部分之一。一般來說，（試驗設備）綜合試驗箱的制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷，機械制冷采用蒸氣壓縮式制冷，該制冷方式是人工制冷中應用廣泛而又經濟的制冷方式之一。蒸氣壓縮式制冷型式有：單級制冷、多級制冷和復疊式制冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節流機構和蒸發器組成。由于我們試驗的溫度低溫要達到-55℃，單級制冷難以滿足要求，因此綜合試驗箱的制冷方式一般采用復疊式制冷。下面以意大利ACS公司生產的綜合試驗箱的制冷系統為例作一簡要介紹。它由兩部分組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個相對獨立的制冷系統。高溫部分中制冷劑（HP80）的蒸發吸收來自低溫部分的制冷劑（R23）的熱量而汽化；低溫部分制冷劑的蒸發則從被冷卻的對象（試驗箱內的空氣）吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發冷凝器起來的，它既是高溫部分的蒸發器，也是低溫部分的冷凝器。ACS試驗箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑HP80，低溫部分制冷劑采用低溫制冷劑R23，箱內溫度能達到-70℃。
2.2 加熱系統
綜合試驗箱的加熱系統相對制冷系統而言，是比較簡單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于綜合試驗箱要求的升溫速率較大，因此綜合試驗箱的加熱系統功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設有加熱器。
2.3 控制系統
控制部分是綜合試驗箱的核心，它決定了試驗箱的升降溫速率，精度等重要指標。現有綜合試驗箱的控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID與模糊控制相結合的控制方式。由于控制系統基本上屬于軟件的范疇，而且此部分在使用過程中，一般不會出現問題，因此，本文不對控制系統作太多的介紹。
2.4 濕度系統
濕度系統分為加濕和除濕兩個子系統。
2.4.1綜合試驗箱的加濕方式一般采用蒸氣加濕法，即將低壓蒸氣直接注入試驗空間加濕。這種加濕方法加濕能力強，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現強制加濕。
2.4.2綜合試驗箱的除濕方式有兩種：機械制冷除濕和干燥器除濕。機械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點溫度以下，使大于飽和含濕量的水氣凝結析出，這樣就降低了濕度。干燥器除濕是利用氣泵將試驗箱內的空氣抽出，并將干燥的空氣注入，同時將濕空氣送入可循環利用的干燥器進行干燥，干燥完后又送入試驗箱內，如此反復循環進行除濕。現在大部分綜合試驗箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法，可以使露點溫度達到0℃以下，適用于有特殊要求的場合，但費用較貴。
2.5 傳感器系統
綜合試驗箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應用較多的是鉑電阻和熱電偶。濕度的測量方法有兩種：干濕球溫度計法和固態電子式傳感器直接測量法。由于干濕球法測量精度不高，現在的綜合試驗箱正逐步地以固態傳感器代替干濕球來進行濕度的測量。
2.6 空氣循環系統空氣循環系統一般由離心式風扇和驅動其運轉的電機構成。它提供了試驗箱內空氣的循環。
3. 故障的分析判斷
由于綜合試驗箱是一個既有電氣又有制冷機械等多個系統組成的設備，因此，一旦設備出現問題，一定要全面地對整個設備進行檢查和綜合分析。一般來說，分析判斷的過程可以先"外"后"里"。即首先排除外部因素，如冷卻水、供電等，在*排除外部因素后，根據故障現象，對設備進行先系統分解后系統綜合的分析判斷，可以采用倒推的方法查找故障原因：首先按照電氣接線圖查找是否電氣系統的問題，后查找是否制冷系統的問題。