小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱基本工作原理

2024年12月05日 17:14:23人氣：230來(lái)源：廣東皓天檢測(cè)儀器有限公司

一、引言

小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱在材料科學(xué)、電子器件研發(fā)等眾多科研領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它能夠模擬不同的高低溫環(huán)境，加速產(chǎn)品或材料的老化過(guò)程，從而為研究其性能變化規(guī)律提供有力支持。了解其基本工作原理對(duì)于正確使用和維護(hù)該設(shè)備至關(guān)重要。

二、制冷系統(tǒng)原理

小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱的制冷系統(tǒng)通常采用壓縮式制冷循環(huán)。主要由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器組成。壓縮機(jī)作為制冷系統(tǒng)的核心動(dòng)力部件，將低溫低壓的制冷劑氣體吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，然后排入冷凝器。在冷凝器中，高溫高壓的制冷劑氣體通過(guò)與外界空氣或冷卻水進(jìn)行熱交換，釋放熱量而液化，變?yōu)楦邏阂后w。接著，高壓液體經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置（如毛細(xì)管或膨脹閥）節(jié)流降壓，變成低溫低壓的液體進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)，低溫低壓的制冷劑液體吸收試驗(yàn)箱內(nèi)的熱量而迅速蒸發(fā)，變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍怏w，從而使箱內(nèi)溫度降低。如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)低溫環(huán)境的持續(xù)維持。例如，常用的制冷劑有 R404A 等環(huán)保型制冷劑，其具有良好的制冷性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)高低溫老化試驗(yàn)箱的工作要求。

三、加熱系統(tǒng)原理

加熱系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)箱內(nèi)的高溫環(huán)境。一般采用電加熱絲進(jìn)行加熱。當(dāng)試驗(yàn)箱需要升溫時(shí)，控制器根據(jù)設(shè)定的溫度值啟動(dòng)加熱絲工作。電流通過(guò)加熱絲，由于電阻的存在，電能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱絲發(fā)熱并將熱量傳遞給周圍的空氣。箱內(nèi)的風(fēng)機(jī)將熱空氣循環(huán)起來(lái)，使熱量均勻分布在整個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)，從而快速提升箱內(nèi)溫度。加熱絲的功率和數(shù)量根據(jù)試驗(yàn)箱的容積和升溫速率要求進(jìn)行合理配置，以確保能夠準(zhǔn)確達(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定的高溫值。例如，對(duì)于一個(gè)容積為 100L 的小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱，可能配備總功率為 2kW 左右的加熱絲，能夠在較短時(shí)間內(nèi)將箱內(nèi)溫度從室溫升高到 150℃甚至更高的溫度。

四、溫度控制系統(tǒng)原理

溫度控制系統(tǒng)是小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分，它確保箱內(nèi)溫度能夠精確地穩(wěn)定在設(shè)定值附近。溫度傳感器（如鉑電阻溫度傳感器）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的溫度，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給控制器?？刂破鞑捎孟冗M(jìn)的控制算法，如比例 - 積分 - 微分（PID）算法。PID 算法根據(jù)當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度的偏差、偏差的積分以及偏差的微分來(lái)綜合計(jì)算輸出控制信號(hào)。比例項(xiàng)根據(jù)偏差大小快速調(diào)整加熱或制冷的強(qiáng)度；積分項(xiàng)用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，使溫度最終穩(wěn)定在設(shè)定值；微分項(xiàng)則根據(jù)溫度變化的速率提前調(diào)整控制量，防止溫度過(guò)沖或波動(dòng)過(guò)大。通過(guò)這種精確的控制方式，試驗(yàn)箱能夠?qū)囟炔▌?dòng)控制在極小的范圍內(nèi)，一般高精度的小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱溫度波動(dòng)可控制在 ±0.5℃以內(nèi)。

五、濕度控制系統(tǒng)原理（若有濕度功能）

部分小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱還具備濕度控制功能。濕度控制系統(tǒng)主要由濕度傳感器、加濕器和除濕器組成。濕度傳感器用于檢測(cè)箱內(nèi)的濕度值，當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)，加濕器工作。加濕器通常有蒸汽加濕和超聲波加濕等方式。蒸汽加濕是通過(guò)加熱水產(chǎn)生蒸汽并送入箱內(nèi)增加濕度；超聲波加濕則利用超聲波將水霧化后擴(kuò)散到箱內(nèi)。當(dāng)濕度高于設(shè)定值時(shí)，除濕器啟動(dòng)。除濕方式常見(jiàn)的有冷凝除濕，通過(guò)制冷系統(tǒng)使空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下，水汽凝結(jié)成水滴排出；還有吸附除濕，利用分子篩等吸附材料吸附空氣中的水分。濕度控制系統(tǒng)同樣采用相應(yīng)的控制算法，根據(jù)濕度偏差、偏差積分和偏差微分來(lái)調(diào)節(jié)加濕器和除濕器的工作強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)精確的濕度控制，一般濕度波動(dòng)可控制在 ±3% RH 以內(nèi)。

六、結(jié)論

小型科研高低溫老化試驗(yàn)箱通過(guò)制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)以及濕度控制系統(tǒng)（若有）的協(xié)同工作，能夠精確地營(yíng)造出各種高低溫環(huán)境以及特定的濕度環(huán)境（如有需求）。其先進(jìn)的工作原理和精密的控制系統(tǒng)為科研工作者提供了一個(gè)可靠的試驗(yàn)平臺(tái)，有助于深入研究產(chǎn)品或材料在不同環(huán)境條件下的老化特性和性能變化規(guī)律，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的科研進(jìn)展。

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