綜合試驗箱（恒溫恒濕試驗箱/高低溫沖擊試驗箱）的基本工作原理
1. 引言
綜合試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗箱,它與振動臺相結(jié)合可以組成綜合試驗系統(tǒng).隨著我國工業(yè)產(chǎn)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(tǒng),為我國工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)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(xiàn)了許多問題,而且出現(xiàn)了問題不能及時解決,大大延長了試驗周期,影響了產(chǎn)品的研制工作.而產(chǎn)生這些現(xiàn)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(shè)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(tǒng),加熱系統(tǒng),控制系統(tǒng),濕度系統(tǒng),空氣循環(huán)系統(tǒng),和傳感器系統(tǒng)等組成,上述系統(tǒng)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(tǒng)的工作原理和工作過程：
2.1 制冷系統(tǒng)
制冷系統(tǒng)是綜合試驗箱的關(guān)鍵部分之一.一般來說,（試驗設(shè)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(yīng)用廣泛而又經(jīng)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(jié)流機構(gòu)和蒸發(fā)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(chǎn)的綜合試驗箱的制冷系統(tǒng)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(tǒng).高溫部分中制冷劑（HP80）的蒸發(fā)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(fā)則從被冷卻的對象（試驗箱內(nèi)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(fā)冷凝器起來的,它既是高溫部分的蒸發(fā)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(nèi)溫度能達到-70℃.
2.2 加熱系統(tǒng)
綜合試驗箱的加熱系統(tǒng)相對制冷系統(tǒng)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(tǒng)功率都比較大,而且在試驗箱的底板也設(shè)有加熱器.
2.3 控制系統(tǒng)
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(xiàn)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(jié)合的控制方式.由于控制系統(tǒng)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(xiàn)問題,因此,本文不對控制系統(tǒng)作太多的介紹.
2.4 濕度系統(tǒng)
濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個子系統(tǒng).
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(xiàn)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(jié)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(nèi)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(huán)利用的干燥器進行干燥,干燥完后又送入試驗箱內(nèi),如此反復循環(huán)進行除濕.現(xiàn)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(tǒng)
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(yīng)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(tài)電子式傳感器直接測量法.由于干濕球法測量精度不高,現(xiàn)在的綜合試驗箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進行濕度的測量.
2.6空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風扇和驅(qū)動其運轉(zhuǎn)的電機構(gòu)成.它提供了試驗箱內(nèi)空氣的循環(huán).
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(tǒng)組成的設(shè)備,因此,一旦設(shè)備出現(xiàn)問題,一定要全面地對整個設(shè)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(jù)故障現(xiàn)象,對設(shè)備進行先系統(tǒng)分解后系統(tǒng)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(tǒng)的問題,后查找是否制冷系統(tǒng)的問題.
