恒温恒湿箱的创新设计

　　0 引言

　　恒温恒湿箱是利用一定的方式将箱内的温度和湿度调节到给定值， 并在该条件下进行实验， 达到实验反应要求。 即能同时施加温度、 温度应力的试验箱。 在实际使用过程中发现恒温恒湿箱在实现对温度、 湿度进行高精度、 高稳定的控制中， 存在耗能多且不便于控制等问题。 例如， 对温度的控制， 在制冷系统全速全功率运行时， 是依靠调整加热量来平衡温度的稳定， 而且是采用两套独立的制冷系统和除湿系统， 结构复杂， 费用高。本文从控制温度、 湿度两方面出发， 研制出一种新型的恒温恒湿箱， 创新点在于： ①制冷系统采用半导体制冷， 制冷量易于调控; ②采用时间比例的通断调节实现高精度的温度控制; ③通过湿球温度控制箱内的相对湿度。

　　1 原有恒温恒湿箱的现状

　　(1) 制冷系统： 试验箱的制冷方式一般都是机械制冷， 即采用蒸汽压缩式制冷。 它们主要由压缩机， 冷凝器， 节流机构和蒸发器组成， 制冷剂在蒸发器中不断吸收空气传给蒸发器的热量而达到制冷目的。

　　(2) 加热系统： 当箱内空气的温度底于所需温度时,恒温恒湿机的控制系统就接通电加热器,将空气加热,通过风机送至箱内达到加热的目的。

　　(3) 湿度系统： 试验箱的加湿方式一般采用蒸汽加湿法， 即将低压蒸汽直接注入试验空间加湿。 这种加湿方法加湿能力， 速度快， 加湿控制灵敏， 尤其在降温时容易实现强制加湿。 也有采用电极式加湿器。

　　(4) 传感器系统： 试验箱的传感器主要是温度和湿度传感器。 温度传感器应用较多的是铂电组和热电偶。

　　综上所述， 现在的恒温恒湿箱存在两方面的问题：①干湿球法测量精度不高， 故难以实现湿度的精确控制; ②用制冷系统和加热系统的同时运行来控制温度的变化， 耗能且不便精确控制。

　　2 新型恒温恒湿箱的技术要求与状态参数

　　(1) 技术要求：①内净尺寸 (0.6×0.5×1.5)m;②温度25±2℃， 温度波动度≤±0.5℃， 湿度 50%±5%; ③ 运行条件为气候类型 SN 连续运行。

　　(2) 关键空气状态点参数：①表1 为空气状态关键点的参数表; ②表 2 为详细状态参数表; ③图 1 为空气状态关键点 i-d 图。

　　3 技术设计方案

　　(1) 控制参数： 根据控制要求： 温度 25±2℃， 温度波动度≤±0.5 ℃; 相对湿度 50%±5%。温度变化范围是比较宽的， 温度波动较严格; 湿度要求也较高。

　　(2) 恒温恒湿箱的热负荷： 恒温恒湿箱的热负荷主要是设备启动运行时箱内的热容量、 围护结构的传热及漏热， 可根据环境温度决定恒温箱需要制冷或制热， 确定合理优化的控制方案， 可以避免加热系统和制冷系统同时运行。