恒溫恒濕試驗箱工作原理詳解?

時間： 2025-09-27 16:03 來源： 林頻儀器

在工業(yè)檢測、科研實驗等領(lǐng)域，恒溫恒濕試驗箱是一款至關(guān)重要的精密儀器，它能夠模擬不同的溫濕度環(huán)境，為產(chǎn)品性能測試、材料穩(wěn)定性研究等提供穩(wěn)定且可控的條件。對于初次接觸這款外觀略顯龐大、結(jié)構(gòu)看似復(fù)雜的設(shè)備，不少人會覺得理解其工作機制存在難度。實際上，恒溫恒濕試驗箱的核心功能圍繞溫度和濕度調(diào)節(jié)展開，其工作原理可通過剖析制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與濕度系統(tǒng)這四大核心組成部分來清晰掌握。?

一、制冷系統(tǒng)：溫度降低的核心動力?

制冷系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗箱實現(xiàn)低溫環(huán)境模擬的關(guān)鍵，也是設(shè)備日常運行中使用頻率極高的部分。目前，試驗箱常用的制冷方式主要有機械制冷和輔助液氮制冷兩類，其中機械制冷因成本可控、運行穩(wěn)定等優(yōu)勢，在多數(shù)場景中得到廣泛應(yīng)用，下面重點對這一制冷方式的工作原理進行說明。?

機械制冷系統(tǒng)的運作流程圍繞制冷劑的狀態(tài)變化展開，整個過程涉及壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器四大核心部件的協(xié)同工作。首先，制冷劑以低溫低壓的氣態(tài)形式進入壓縮機，在壓縮機的機械作用下，制冷劑被壓縮為高溫高壓的液態(tài)。這一步驟的核心目的是通過壓縮提升制冷劑的能量等級，為后續(xù)的熱量釋放和溫度降低奠定基礎(chǔ)。?

接著，高溫高壓的液態(tài)制冷劑被輸送至冷凝器。冷凝器通過風(fēng)冷或水冷的方式與外界環(huán)境進行熱量交換，將制冷劑攜帶的大量熱量散發(fā)到空氣中，使得制冷劑的溫度逐漸降低，最終轉(zhuǎn)變?yōu)槌馗邏旱囊簯B(tài)。在此過程中，冷凝器的散熱效率直接影響制冷效果，因此部分試驗箱會配備高效的散熱風(fēng)扇或冷卻水管路，確保熱量能夠快速、穩(wěn)定地排出。?

隨后，常溫高壓的液態(tài)制冷劑進入節(jié)流裝置。節(jié)流裝置相當(dāng)于一個 “降壓閥”，通過縮小流通通道的截面積，使制冷劑的壓力急劇下降，同時溫度也隨之降低，此時制冷劑轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌蠣顟B(tài)。這一環(huán)節(jié)是實現(xiàn)制冷劑溫度驟降的關(guān)鍵，為后續(xù)蒸發(fā)器吸收熱量創(chuàng)造了條件。?

最后，低溫低壓的氣液混合態(tài)制冷劑進入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器位于試驗箱的內(nèi)部，其表面與箱內(nèi)空氣直接接觸。在蒸發(fā)器內(nèi)部，制冷劑吸收箱內(nèi)空氣的熱量，由氣液混合態(tài)完全蒸發(fā)為低溫低壓的氣態(tài)，而箱內(nèi)空氣因熱量被吸收，溫度逐漸降低，從而實現(xiàn)試驗箱內(nèi)溫度的調(diào)控。完成吸熱蒸發(fā)的制冷劑會再次進入壓縮機，開啟下一輪循環(huán)，如此反復(fù)，持續(xù)為試驗箱提供低溫環(huán)境。?

恒溫恒濕試驗箱可應(yīng)用于船舶制造行業(yè)試驗測試

二、加熱系統(tǒng)：快速升溫的簡潔機制?

相較于制冷系統(tǒng)復(fù)雜的狀態(tài)變化過程，加熱系統(tǒng)的工作原理更為簡潔，其核心功能是通過能量轉(zhuǎn)化實現(xiàn)試驗箱內(nèi)溫度的快速升高，以滿足高溫環(huán)境模擬需求。?

加熱系統(tǒng)的核心部件是電熱絲，部分高端試驗箱會采用電熱管或加熱板等結(jié)構(gòu)，但工作原理本質(zhì)一致，均基于電流的熱效應(yīng)。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出升溫指令時，電流會通過電熱絲，電熱絲在電流作用下產(chǎn)生大量熱量。為確保升溫速率能夠滿足試驗需求，試驗箱配備的電熱絲通常具有較大的功率，一般根據(jù)試驗箱的容積和升溫范圍不同，電熱絲功率從幾百瓦到數(shù)千瓦不等。?

在熱量傳遞過程中，電熱絲產(chǎn)生的熱量會通過熱傳導(dǎo)、熱對流等方式傳遞到試驗箱內(nèi)部空間，使箱內(nèi)空氣溫度逐步升高。同時，試驗箱內(nèi)的溫度傳感器會實時監(jiān)測箱內(nèi)溫度，并將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)。當(dāng)箱內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)電熱絲的通電狀態(tài)，通過間斷性通電或降低電流等方式，維持箱內(nèi)溫度穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，避免溫度過高或波動過大。?

三、控制系統(tǒng)：設(shè)備運行的 “指揮中樞”?

如果說制冷、加熱與濕度系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗箱的 “肌肉”，那么控制系統(tǒng)就是設(shè)備的 “大腦”，它負(fù)責(zé)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的運行，確保設(shè)備按照預(yù)設(shè)程序精準(zhǔn)完成溫濕度調(diào)控。控制系統(tǒng)屬于試驗箱的軟件與電子控制結(jié)合部分，主要由控制器、操作界面、傳感器和執(zhí)行元件組成。?

操作界面是用戶與設(shè)備交互的窗口，工作人員可通過觸摸屏、按鍵等方式在操作界面上設(shè)置試驗所需的溫度、濕度參數(shù)，以及運行時間、循環(huán)模式等程序指令。這些指令會被傳輸至控制器，控制器作為核心處理單元，會對指令進行解析，并結(jié)合傳感器反饋的實時數(shù)據(jù)（包括箱內(nèi)溫度、濕度、各部件運行狀態(tài)等），制定相應(yīng)的控制策略。?

溫度傳感器和濕度傳感器會持續(xù)監(jiān)測試驗箱內(nèi)的溫濕度變化，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)以電信號的形式實時傳輸給控制器?？刂破鲗崟r數(shù)據(jù)與設(shè)定參數(shù)進行對比，若發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)溫度低于設(shè)定值，會向加熱系統(tǒng)發(fā)出指令，啟動電熱絲進行加熱；若溫度高于設(shè)定值，則向制冷系統(tǒng)發(fā)出信號，開啟制冷循環(huán)；當(dāng)濕度不符合要求時，控制器會對濕度系統(tǒng)進行調(diào)控。此外，控制系統(tǒng)還具備故障監(jiān)測與報警功能，若設(shè)備出現(xiàn)部件故障、溫濕度超差等異常情況，控制器會立即發(fā)出報警信號，并暫停相關(guān)系統(tǒng)的運行，保障設(shè)備安全與試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。?

四、濕度系統(tǒng)：濕度調(diào)節(jié)的雙重手段?

濕度系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)試驗箱內(nèi)濕度的升高與降低，滿足不同試驗對濕度環(huán)境的要求，該系統(tǒng)主要通過加濕和除濕兩個方向的操作來完成濕度調(diào)控。?

（一）加濕操作：低壓水蒸氣的精準(zhǔn)輸送?

當(dāng)試驗需要提高箱內(nèi)濕度時，濕度系統(tǒng)會采用向箱內(nèi)輸送低壓水蒸氣的方式實現(xiàn)加濕。具體而言，加濕系統(tǒng)通常配備電加熱式加濕器或超聲波加濕器。電加熱式加濕器通過電熱管加熱水箱中的水，使水蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣在低壓狀態(tài)下通過管道輸送至試驗箱內(nèi)部，與箱內(nèi)空氣混合，從而提高空氣的濕度；超聲波加濕器則利用超聲波振動將水打散成微小的水霧顆粒，這些水霧顆粒在空氣中自然蒸發(fā)，形成水蒸氣，同樣可達(dá)到加濕效果。?

在加濕過程中，濕度傳感器會實時監(jiān)測箱內(nèi)濕度，當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉加濕器，停止水蒸氣輸送；若濕度低于設(shè)定值，則重新啟動加濕操作，確保箱內(nèi)濕度穩(wěn)定在目標(biāo)范圍內(nèi)。?

（二）除濕操作：兩種主流方式的差異與應(yīng)用?

當(dāng)需要降低箱內(nèi)濕度時，常見的除濕方式有機械制冷除濕和干燥除濕兩種，二者根據(jù)試驗需求和環(huán)境條件的不同各有應(yīng)用場景。?

機械制冷除濕的原理與制冷系統(tǒng)存在一定關(guān)聯(lián)，其核心思路是將箱內(nèi)空氣溫度降低至露點以下。具體來說，濕度系統(tǒng)中的除濕蒸發(fā)器會對箱內(nèi)空氣進行冷卻，當(dāng)空氣溫度降至露點溫度時，空氣中的水汽會凝結(jié)成液態(tài)水，這些液態(tài)水會通過排水管道排出試驗箱外，空氣的含水量隨之降低，濕度也相應(yīng)下降。這種除濕方式適用于對除濕速度要求不高、濕度控制精度中等的場景，且與制冷系統(tǒng)可部分共用部件，降低了設(shè)備成本。?

干燥除濕則采用 “空氣循環(huán)干燥” 的思路，其工作過程是通過風(fēng)機將試驗箱內(nèi)的空氣抽出，輸送至裝有干燥劑（如硅膠、分子篩等）的干燥罐中。空氣中的水汽被干燥劑吸附，實現(xiàn)空氣的干燥處理，隨后干燥后的空氣在風(fēng)機的作用下重新送回試驗箱內(nèi)。隨著干燥過程的持續(xù)，箱內(nèi)空氣的濕度逐漸降低。干燥除濕的優(yōu)勢在于除濕效率高，尤其適用于低濕度環(huán)境（如相對濕度低于 20%）的模擬，且不會因降溫導(dǎo)致箱內(nèi)溫度波動，適合對溫度穩(wěn)定性要求較高的試驗場景。不過，干燥劑在吸附一定量水汽后會達(dá)到飽和狀態(tài)，需要定期更換或再生處理，以保證除濕效果。?

恒溫恒濕試驗箱通過制冷、加熱、控制、濕度四大系統(tǒng)的協(xié)同運作，實現(xiàn)了對溫濕度環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控。盡管設(shè)備結(jié)構(gòu)看似復(fù)雜，但只要掌握各系統(tǒng)的核心部件與工作流程，就能清晰理解其工作原理，為設(shè)備的正確操作、日常維護及試驗方案的制定提供有力支撐。