高低温交变湿热试验箱各系统工作原理

高低温交变湿热试验箱是通过整合制冷、加热、加湿、除湿、气流循环等多个系统，实现对温湿度的精准控制和交替模拟的设备。其核心是通过各系统的协同工作，复现产品在自然环境中可能遭遇的极端温湿度变化，从而验证产品的可靠性。以下详细解析各系统的工作原理：

一、核心控制系统

控制系统是试验箱的 “大脑”，负责协调各子系统运行，确保温湿度参数稳定在设定范围内。

工作流程：

温湿度传感器（如 Pt100 铂电阻温度传感器、电容式湿度传感器）实时采集工作室内部的温湿度数据；

数据传输至中央控制器（通常为 PLC 或嵌入式控制系统），与预设的温湿度曲线进行对比；

控制器根据偏差值，向加热、制冷、加湿、除湿等执行单元发出指令（如温度低于设定值时启动加热，湿度过高时启动除湿）；

部分高端设备配备触摸屏或上位机软件，支持参数设定、曲线显示、数据存储（如 U 盘导出、联网上传）等功能。

二、加热系统

加热系统的作用是快速提升工作室温度，满足高温段试验需求。

核心部件：大功率加热管（如不锈钢铠装电热管），通常安装在工作室风道内或侧壁。

工作原理：

控制器接收升温指令后，接通加热管电源，电能转化为热能；

热量通过风道内的循环气流传递至工作室各处，实现温度均匀升高；

当温度接近设定值时，控制器通过 PID 调节（比例 - 积分 - 微分控制）降低加热功率，避免超温（如从满功率加热逐步降至维持功率）。

特点：加热速率快（通常可达 5-15℃/min），控温精度高（波动度≤±0.5℃）。

三、制冷系统

制冷系统是实现低温环境的关键，需满足 - 70℃至常温的宽范围降温需求，核心为蒸汽压缩式制冷，分为单级制冷和复叠式制冷两种。

单级制冷：适用于 - 40℃以上的温度范围，由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成。

工作原理：制冷剂（如 R404A）在压缩机中被压缩为高温高压气体，进入冷凝器（风冷或水冷）散热液化，经膨胀阀节流降压后变为低温低压液体，进入蒸发器吸收工作室热量汽化，再返回压缩机完成循环，通过连续吸热实现降温。

复叠式制冷：适用于 - 40℃以下的低温（如 - 70℃、-100℃），由高温级和低温级两个独立制冷系统组成，通过冷凝蒸发器（高温级的蒸发器与低温级的冷凝器合二为一）耦合。

工作原理：高温级采用中温制冷剂（如 R23），低温级采用低温制冷剂（如 R13）；高温级为低温级的冷凝器提供冷却，使低温级制冷剂能在更低温度下蒸发吸热，从而实现超低温环境。

降温控制：通过调节压缩机运行频率（变频控制）或启停（定频控制），结合蒸发器风扇风速，控制降温速率（如 2-10℃/min）。

四、加湿系统

加湿系统用于提高工作室湿度，模拟高湿环境（如 95% RH），常见方式为蒸汽加湿和浅水盘蒸发加湿。

蒸汽加湿（主流方式）：

核心部件：不锈钢加湿罐（内置电热管）、蒸汽喷嘴。

工作原理：加湿罐内的水被电热管加热至沸腾，产生洁净蒸汽；蒸汽通过管道输送至工作室的喷嘴，与循环气流混合，快速提升湿度；控制器根据湿度偏差调节加热功率（如湿度过低时增大功率，提高产汽量）。

浅水盘蒸发加湿：

核心部件：浅水槽、加热管、风机。

工作原理：水槽内的水被加热至接近沸点，通过风机将水汽吹入工作室；适用于中低湿度（如 30%-80% RH），但效率低于蒸汽加湿。

五、除湿系统

除湿系统用于降低工作室湿度，避免高湿残留影响试验精度，主要有机械制冷除湿和干燥除湿两种方式。

机械制冷除湿：

工作原理：利用制冷剂在蒸发器内蒸发吸热，使工作室循环空气中的水汽冷凝成液态水（附着在蒸发器表面），通过排水管道排出；除湿效率高，适用于需要快速降湿的场景（如从 95% RH 降至 30% RH）。

干燥除湿：

核心部件：除湿转轮（填充吸湿材料，如硅胶、分子筛）、再生加热器。

工作原理：湿空气通过除湿转轮时，水汽被吸湿材料吸附，干燥后的空气返回工作室；同时，再生加热器加热部分空气，吹过转轮的另一区域，使吸附的水汽蒸发并排出设备，实现转轮再生循环；适用于低湿度（如 10%-40% RH）或对降温无影响的场景。

六、气流循环系统

气流循环系统确保工作室内部温湿度均匀分布，避免局部温差或湿度偏差。

核心部件：离心风机或轴流风机、风道（通常为箱体内侧的环形风道）。

工作原理：

风机将工作室的空气吸入风道，经过加热管、蒸发器、加湿器等处理单元后，从风道出风口（如顶部或侧面）均匀吹向样品；

空气流经样品后再被吸入风道，形成闭环循环，使温湿度在短时间内扩散至各处；

风机风速可调节（如高风速用于快速温变，低风速用于稳定阶段），确保均匀度≤±2℃（温度）、±3% RH（湿度）。

七、安全保护系统

为避免设备故障或操作失误导致的安全风险，试验箱通常配备多重保护装置：

超温保护：当温度超过设定上限（如高于目标温度 10℃），自动切断加热和制冷系统电源；

超湿保护：湿度过高（如超过 98% RH）时，停止加湿并启动除湿；

过载保护：压缩机、风机等电机过载时，断路器自动跳闸；

缺水保护：加湿水箱水位过低时，停止加湿并报警；

漏电保护：设备漏电时，漏电保护器迅速切断电源，保障操作人员安全。

通过以上各系统的协同工作，高低温交变湿热试验箱可精准模拟 “高温 - 低温 - 高温”“高湿 - 低湿 - 高湿” 的交替环境，为电子元器件、汽车零部件、医疗器械等产品的耐候性测试提供可靠的环境模拟支持。