高低溫濕熱試驗箱濕度控制精確嗎？加濕除濕原理

高低溫濕熱試驗箱濕度控制精確嗎？加濕除濕原理

    早期，高低溫濕熱試驗箱采用噴淋的方式進(jìn)行加濕，但其濕度控制精度不穩(wěn)定，后來被蒸汽加濕和淺水盤加濕方式所淘汰。濕度表示的方法很多，就試驗設(shè)備而言，通常用相對濕度這一概念描述濕度。相對濕度的定義是指空氣中水汽分壓力與該溫度下水的飽和汽壓之比并用百分?jǐn)?shù)表示。由水汽飽和壓力性質(zhì)可知，水汽的飽和壓力只是溫度的函數(shù)，與水汽可處的空氣壓力無關(guān)，人們通過大量的實驗和整理尋求到了表示水汽飽和壓力與溫度之間的關(guān)系，其中已被工程和計量大量采用的應(yīng)當(dāng)是戈夫格列其公式。它被目前氣象部門編制濕度查算表所采用。高低溫濕熱試驗箱為了實現(xiàn)試驗條件，不可避免地要對試驗箱進(jìn)行加濕和除濕的操作。
    干濕球濕度計的工作原理： 它利用空氣干濕球溫度計的測濕原理，根據(jù)干球溫度與濕球溫度的差值，使電開關(guān)動作。干濕球濕度計又叫干濕計，它利用水蒸發(fā)要吸熱降溫，而蒸發(fā)的快慢（即降溫的多少）是和當(dāng)時空氣的相對濕度有關(guān)這一原理制成的。干濕球濕度控制儀用兩個電阻式溫度傳感器，一個測量干球溫度，一個外面包著濕紗布測量濕球溫度。用電子線路將信號放大，去控制電觸點動作。干濕球溫度測量中要用小風(fēng)扇強制吹風(fēng)，濕包測點處的風(fēng)速保持為3～4m/s。由于濕球溫度測量中要用水，所以這種濕度計只能在0℃以上的環(huán)境測量濕度。干濕球測濕法的維護(hù)相當(dāng)簡單，在實際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化、精度下降等問題。所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用，并為環(huán)境試驗設(shè)備，比如：高低溫濕熱交變試驗箱、濕熱試驗箱、恒溫恒濕試驗箱等產(chǎn)品采用。

溫濕度試驗箱的選擇方法

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溫濕度試驗箱的選擇方法 
一、濕度范圍的選擇
   國內(nèi)外環(huán)境試驗箱給出的濕度指標(biāo)大都是20～98％RH或30～98％RH，如果濕熱試驗箱沒有除濕系統(tǒng)，則濕度范圍為60～98％，這一類試驗箱只能做高濕試驗，但它的價格低得多。值得注意的是在濕度指標(biāo)后面應(yīng)該注明相應(yīng)的溫度范圍，或給出最低露點溫度。因為相對濕度是與溫度直接相關(guān)的，對于同樣的絕對含濕量，溫度越高，相對濕度就越小，如絕對含濕量為5g/Kg（指1公斤干空氣中含有5克的水蒸汽），當(dāng)溫度為29℃時，相對濕度為20％RH，溫度為6℃時，相對濕度為90％RH，當(dāng)溫度降至4℃以下，相對濕度超過100％，在箱體內(nèi)會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。實現(xiàn)高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠，進(jìn)行加濕。低溫低濕則相對難于控制，因為此時的絕對含濕量很低，有時比大氣中的絕對含濕量低很多，需要對箱體內(nèi)流動的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預(yù)調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管。當(dāng)濕空氣經(jīng)過冷管時，其相對濕度會達(dá)到100％RH，因空氣飽和在光管上結(jié)露，使空氣變得更干燥。這種除濕方式理論上可達(dá)到零度以下的露點溫度，但是當(dāng)冷點表面溫度到達(dá)0℃時，光管表面結(jié)露的水滴會結(jié)冰，從而影響光管表面的熱交換，使除濕能力下降。又因為箱體不可能絕對密封，大氣中的濕空氣會滲入到箱體內(nèi)，使露點溫度回升。另一方面，在光管間流動的濕空氣只是在和光管（冷點）接觸的瞬間達(dá)到飽和狀態(tài)而析出水蒸汽，因此這種除濕方法很難使箱體內(nèi)的露點溫度在到0℃以下。實際所達(dá)到的最低露點溫度為5～7℃。露點溫度5℃相當(dāng)于絕對含濕量為0.0055g/Kg，對應(yīng)相對濕度20％RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進(jìn)相對濕度達(dá)到20％RH，此時的露點溫度為－3℃，采用致冷方式除濕是很困難的，所高天公司在做低溫低濕環(huán)境測試時選用空氣干燥系統(tǒng)。浙江巨為儀器股份有限公司專業(yè)生產(chǎn)快速溫度變化試驗箱，恒溫恒濕試驗箱及冷熱沖擊試驗箱等儀器設(shè)備。
 
二、氣候箱工作腔內(nèi)環(huán)境
    參數(shù)〔如溫度、濕度、鹽霧沉降率等〕的精度指標(biāo)都是在空載狀態(tài)下檢測的結(jié)果，一旦置入被試驗件后，對試驗箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)生影響，試驗件占有的空間越大，這種影響也就越嚴(yán)重。實測試驗數(shù)據(jù)表明，流場中迎風(fēng)面與背風(fēng)面的溫差可達(dá)到3～8℃，嚴(yán)重時可大到10℃以上。因此，必須盡量滿足a〕、b〕兩項要求，以保證被試產(chǎn)品周圍環(huán)境參數(shù)的均勻性。根據(jù)熱傳導(dǎo)的原理，箱壁附近氣流的溫度通常與流場中心溫度相差2～3，在高低溫的上下限時，還可能達(dá)到5℃。箱壁的溫度與箱壁附近流場的溫度又相差2～3℃（視箱壁的結(jié)構(gòu)和材料而定）試驗溫度與外界大氣環(huán)境相差越大，上述溫差也越大，因此，距箱壁（100～150mm）距離內(nèi)的空間是不可利用空間。溫度范圍的選擇目前，國外溫度試驗箱的范圍大體上為－73～＋177℃，或－70～＋180℃。國內(nèi)多數(shù)廠家一般為－80～＋130℃，－60～＋130℃，－40～＋130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通?？梢詽M足國內(nèi)絕大多數(shù)軍用、民用產(chǎn)品溫度試驗的需要，除非確有特殊需要，如安裝位置靠近發(fā)動機(jī)等熱源的產(chǎn)品外，不可盲目提高溫度上限。因為上限溫度越高，箱體內(nèi)外的溫差越大，箱體內(nèi)部流場的均勻性也越差?？衫玫墓ぷ魇殷w積也就越小。另一方面，上限溫度值越高，對箱壁夾層中保溫材料（如玻璃棉等）的耐熱性要求越高。箱體密封性的要求也越高，使箱體的制作成本增加。
                                                     
三、容積的選擇
  將被試產(chǎn)品（元器件、組件、部件或整機(jī)）置入氣候環(huán)境箱進(jìn)行試驗時，為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗條件，氣候箱工作尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點規(guī)定：
  1.被試產(chǎn)品的體積（W×D×H）不得超過試驗箱有效工作空間的（20～35）％（推薦選用20％）。對于在試驗中發(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于10％。
  2.被試產(chǎn)品的迎風(fēng)斷面積與該斷面上試驗箱工作室總面積之比不大于（35～50）％（推薦選用35％）。
  3.被試產(chǎn)品外廓表面距試驗箱壁的距離至少保持100～150mm，（推薦選用150mm）。
上述三點規(guī)定實際上是相互依存和統(tǒng)一的。以1立方米正方體箱子為例，面積比為1：（0.35～0.5）相當(dāng)于體積之比為1：（0.207～0.354）。距箱壁100～150mm相當(dāng)于體積之比為1：（0.343～0.512）?？偫ㄉ鲜鋈c規(guī)定，氣候環(huán)境試驗箱的工作腔容積至少應(yīng)是被試產(chǎn)品外廓體積的3～5倍。
作出這種規(guī)定的理由是因為被試驗件置入箱體后擠占了流暢的通道，通道變窄將導(dǎo)致氣流流速的增加。加速氣流與被試驗件之間的熱交換。這與環(huán)境條件的再現(xiàn)不符，因為在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對涉及溫度環(huán)境試驗都規(guī)定試驗箱內(nèi)試驗樣件周圍的空氣流速不應(yīng)超過1.7m/s，以防止試驗樣件和周圍氣氛產(chǎn)生不符合實際的熱傳導(dǎo)。在空載時試驗箱內(nèi)平均風(fēng)速為0.6～0.8m/s，不超過1m/s，滿足a）、b）兩點要求所規(guī)定的空間及面積比時，流場的風(fēng)速可能增大（50～100）％，平均最高風(fēng)速為（1～1.7）m/s。滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。如果在試驗中不加限制地加大試驗件的體積或迎風(fēng)斷面積，則實際試驗時氣流風(fēng)速將增大到超出試驗標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最高風(fēng)速，其試驗結(jié)果的有效性將受到懷疑。
四、控制方式的選擇：（恒定溫濕度和溫濕度交變-即單點式和可程式）
   溫度、濕度試驗箱有恒定試驗箱、交變試驗箱兩種情況。普通的高低溫試驗箱一般指的是恒定高低溫試驗箱，其控制方式為：設(shè)定一個目標(biāo)溫度，試驗箱具有自動恒溫到目標(biāo)溫度點的能力。恒定溫濕度試驗箱的控制控制方式也類似，設(shè)定一個目標(biāo)溫度、濕度點，試驗箱具有自動恒溫到目標(biāo)溫度、濕度點的能力。高、低溫交變試驗箱具有設(shè)定一條或者多條高低溫變化、循環(huán)的程序，試驗箱有能力根據(jù)預(yù)置的曲線完成試驗過程，并且可以在最大升溫、降溫速率能力的范圍內(nèi)，精確控制升溫、降溫的速率，即可以根據(jù)設(shè)定的曲線的斜率控制升溫、降溫速率。同樣，高低溫交變濕熱試驗箱也具有預(yù)置溫度、濕度曲線，并且根據(jù)預(yù)置進(jìn)行控制的能力。
 
 五、變溫速率的選擇
   普通的高低溫試驗箱沒有降溫速度的指標(biāo)，從環(huán)境溫度降溫到標(biāo)稱的最低溫度的時間一般為90～120min。高低溫交變試驗箱、高低溫交變濕熱試驗箱都有變溫速度的要求，其變溫速率一般要求1℃/min，在此速率的范圍內(nèi)速度可調(diào)。而快速溫度變化試驗箱的變溫速率較快，升溫、降溫速率可以達(dá)到3℃/min～15℃/min，在某些溫度段升溫、降溫速率甚至可以達(dá)到30℃/min以上。各種規(guī)格、速度的快速溫度變化試驗箱的溫度范圍一般都是相同的，即－60～＋130℃，但考核降溫速度的變溫范圍卻不盡相同，根據(jù)試驗不同的試驗要求，快速溫度變化試驗箱變溫范圍有的是－55～＋80℃，而有的是－40～＋80℃。關(guān)于快速溫度變化試驗箱的變溫速率有兩種提法，一種是全程平均升降溫速度，一種是線形升降溫速度（實際上是每5min平均速度）。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內(nèi)，最高溫度與最低溫度之差值與時間之比。目前國外各環(huán)境試驗設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的變溫速率的技術(shù)參數(shù)都是指的全程平均速率。線形升降溫速度指在任意的每5min時間段內(nèi)，能夠保證的變溫速率。而實際上對于快速溫度變化試驗箱來說，保證線形升降溫速度的難度最大、最關(guān)鍵的一段是，在降溫段最后的一個5min的時間段內(nèi)，試驗箱可以達(dá)到的降溫速率。從某種角度講，線形升降溫速度（每5min平均速度）更科學(xué)。因此試驗設(shè)備最好具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度（每5min平均速度）這兩個參數(shù)。一般來說，線形升降溫速度（每5 min平均速度）是全程平均升降溫速度的1/2。
 
 六、溫度波動度
   溫度波動是一個比較容易實現(xiàn)的參數(shù)，所有環(huán)境試驗設(shè)備廠家生產(chǎn)的多數(shù)的試驗箱實際的溫度波動都可以控制在±0.3℃的范圍以內(nèi)。
七、風(fēng)速
   有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行環(huán)境試驗時溫濕箱內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)小于1.7m/s，對于試驗本身來說，風(fēng)速越小越好，風(fēng)速過大會加速試驗件表面與箱體內(nèi)流動氣流的熱交換，于試驗的真實性不利。但為了保證試驗箱工作室內(nèi)的均勻性，試驗箱內(nèi)具有循環(huán)風(fēng)是必需的。但是快速溫度變化試驗箱以及溫度、濕度、振動等多因素綜合環(huán)境試驗箱，為追求變溫速率，必須加快箱體內(nèi)循環(huán)氣流的流速，風(fēng)速通常在2～3m/s。因此，對于不同的使用目的，風(fēng)速的限制是不一樣的。 
  八、溫度場均勻度
   為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實際環(huán)境狀況，在環(huán)境試驗中必須保證被試產(chǎn)品的周邊處在同一溫度環(huán)境條件下，為此，必須對試驗箱內(nèi)的溫度梯度和溫度的波動度加以限制。在國軍標(biāo)GJB150.1－86軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法總則中明確規(guī)定“試驗樣品附近測量系統(tǒng)的溫度應(yīng)在試驗溫度的±2℃以內(nèi)，其溫度工不超過1℃/m或總的最大值為 九、冷卻方式選擇
     試驗箱如果帶有制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)需要進(jìn)行冷卻。試驗箱有風(fēng)冷、水冷兩種形式。                                                                        
十、濕度的精度控制
   環(huán)境試驗箱中測量濕度多數(shù)是采用干濕球法，環(huán)境試驗設(shè)備的制造標(biāo)準(zhǔn)GB10586要求，相對濕度偏差應(yīng)在±２３％RH。為滿足濕度控制精度的要求，濕度試驗箱的溫度控制精度較高，溫度波動一般小于±0.2℃。否則很難達(dá)到濕度控制精度的要求。

文章來源:東莞恒工設(shè)備有限公司    業(yè)務(wù)聯(lián)系：潘先生  13602359728