恒溫恒濕試驗(yàn)箱是有控制系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、溫度系統(tǒng)等組成的.這些系統(tǒng)都分別屬于電氣和機(jī)械制冷兩個(gè)方面.以下就初步的介紹這幾個(gè)系統(tǒng)的原理和工作過程.
控制系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的核心,它決定了試驗(yàn)箱的升溫速率、精度等重要指標(biāo).現(xiàn)在試驗(yàn)箱的控制器大都采用PID控制,也有少部分采用PID與模糊控制相組合的控制方式.恒溫振蕩器由于控制系統(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(huì)出現(xiàn)問題.
加熱系統(tǒng):恒溫恒濕試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)相對(duì)制冷系統(tǒng)而言是比較簡單.它主要有大功率電阻絲組成,由于試驗(yàn)箱要求的升溫速率較大,因此試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大.而且在試驗(yàn)箱的底板也設(shè)有加熱器.
溫度系統(tǒng):分為加濕和除濕兩個(gè)子系統(tǒng).
 (1)加濕:試驗(yàn)箱的加濕方式一般采用蒸汽加濕法,即將低壓蒸汽直接注入試驗(yàn)空間加濕.這種加濕方法加濕能力好、速度快、加濕控制靈敏(尤其在降溫時(shí)容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制加濕).
(2)除濕:試驗(yàn)箱的除濕方式有兩種:機(jī)械制冷除濕和干燥除濕.
機(jī)械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下,使大于飽和含濕量的水汽凝結(jié)析出,這樣就降低了濕度;干燥器除濕是利用氣泵使試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣抽出,將干燥的空氣注入的同時(shí)將濕空氣送入可循環(huán)利用的干燥進(jìn)行干燥,干燥完后又送入試驗(yàn)箱內(nèi)(如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行除濕).現(xiàn)在大部分綜合試驗(yàn)箱采用前一種除濕方式法,后一種的除濕方法可以使露點(diǎn)溫度達(dá)到0℃一下,適用于有特殊要求的場合(但費(fèi)用較貴).
制冷系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分之一.一般來說,試驗(yàn)箱的制冷方式都是機(jī)械制冷以及輔助液氮制冷:機(jī)械制冷采用蒸汽壓縮式制冷.它們主要由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成. 低溫水槽由于我們試驗(yàn)的溫度低溫要達(dá)到-55℃,單級(jí)制冷難以滿足滿足要求,因此試驗(yàn)箱的制冷方式一般采用復(fù)疊式制冷.我司(北京恒泰豐科試驗(yàn)設(shè)備有限公司)生產(chǎn)的恒溫恒濕箱的制冷系統(tǒng)由兩部分組成.分別稱為高溫部分和低溫部分,每一部分是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的制冷系統(tǒng).高溫部分中制冷劑的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑的熱量而汽化;低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對(duì)象(試驗(yàn)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(gè)蒸發(fā)冷凝器起來,它既是高溫部分的冷凝器,也是低溫部分的冷凝器.STH系列試驗(yàn)箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑,低溫部分制冷劑是采用低溫制冷劑,箱內(nèi)溫度能達(dá)到-70-150℃.

1.制冷劑熱物理特性的限制.

  現(xiàn)在恒溫恒濕試驗(yàn)箱中單級(jí)制冷循環(huán)基本上采用的中溫制冷劑是R404A,在一個(gè)大氣壓下其蒸發(fā)溫度是-46.5℃(R22/-40.7℃).但空氣冷卻式冷凝器傳熱溫差通常取10℃左右(在強(qiáng)制送風(fēng)散熱循環(huán)下，蒸發(fā)器和內(nèi)箱的溫差),就是說箱內(nèi)只能制取-36.5℃的低溫.當(dāng)然,通過調(diào)低壓縮機(jī)的蒸發(fā)壓力,可以將R404A制冷劑的zui低蒸發(fā)溫度降低到-50℃.所以要獲?。?/span>50℃及以下的低溫時(shí)必須采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復(fù)疊式的制冷循環(huán).制取－50℃～－80℃的低溫,低溫制冷劑一般選用R23它在一個(gè)大氣壓下的蒸發(fā)溫度是-81.7℃.
2.單級(jí)壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓比的限制

  單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的zui低蒸發(fā)溫度,主要取決于它的冷凝壓力及壓縮比.制冷劑的冷凝壓力由制冷劑的類別和環(huán)境介質(zhì)(如空氣或水)的溫度決定.在通常情況下,它處于0.7~1.8Mpa范圍內(nèi),壓縮比與冷凝壓力和蒸發(fā)壓力有關(guān).當(dāng)冷凝壓力一定時(shí),隨著蒸發(fā)溫度的降低,蒸發(fā)壓力也相應(yīng)下降,因而使壓縮比上升.它將引起壓縮機(jī)排氣溫度的升高、潤滑油變稀、使?jié)櫥瑮l件變壞、嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)結(jié)炭和拉缸現(xiàn)象.另一方面,壓縮比的增大將導(dǎo)致壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)降低、制冷量減少、實(shí)際壓縮過程偏離等熵過程越遠(yuǎn)、壓縮機(jī)功耗增加、制冷系數(shù)下降、經(jīng)濟(jì)性降低，將出現(xiàn)以下一些影響.

  a.任何制冷劑蒸發(fā)溫度越低,則蒸發(fā)壓力也就越低.過低的蒸發(fā)壓力,有時(shí)可能造成壓縮機(jī)難以吸氣,或者使外界的空氣進(jìn)入制冷系統(tǒng).
 b.當(dāng)蒸發(fā)溫度過低時(shí),某些常用制冷劑已達(dá)凝固溫度,無法實(shí)現(xiàn)制冷劑的流動(dòng)、循環(huán).
c.蒸發(fā)壓力降低,制冷劑的制冷量大大下降、體積增大、質(zhì)量流量也會(huì)減少.為了獲得所需制冷量,必須增大吸氣容積,使壓縮機(jī)體積過于龐大.
3.壓縮機(jī)線圈散熱的限制

  單級(jí)壓縮機(jī)工作時(shí),在做-35℃左右.因?yàn)閴嚎s機(jī)的線圈是旋空在壓縮機(jī)中間的,這就產(chǎn)生一個(gè)問題:-35℃時(shí),壓縮機(jī)的低壓是為負(fù)數(shù)值,也就是產(chǎn)生了一個(gè)真空度,這樣線圈的頂端熱量就沒有辦法散去,這樣就會(huì)使壓縮機(jī)表面是十分涼,可是實(shí)際上內(nèi)部過高!(因?yàn)檎婵帐堑母魺峤橘|(zhì))
由上可見:恒溫恒濕試驗(yàn)箱針對(duì)-40℃機(jī)型可以采用單級(jí)制冷循環(huán),也可以采用復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng).但單級(jí)制冷循環(huán)是靠調(diào)小壓縮機(jī)的膨脹閥開啟度,減小制冷劑流量限流來調(diào)低蒸發(fā)壓力(約0.7個(gè)大氣壓),從而獲得更低的蒸發(fā)溫度.這樣的設(shè)計(jì)是以犧牲系統(tǒng)的制冷量來達(dá)到的(制冷量約只有標(biāo)準(zhǔn)的0.7～0.8),導(dǎo)致制冷效率低并加大了壓縮機(jī)的負(fù)載,而且易引起壓縮機(jī)線圈過熱影響了壓縮機(jī)的壽命.