步入式高低溫濕熱試驗箱的實現

陳臻科，蘇麗潔

（上海航天電子通訊設備研究所，上海 201109）

步入式高低溫濕熱試驗箱的實現

陳臻科，蘇麗潔

（上海航天電子通訊設備研究所，上海 201109）

主要介紹了步入式高低溫濕熱試驗箱的實現方法，對其原理進行了較為細致的闡述。并對其主要組成部分進行了介紹。該試驗箱為公路車輛和集裝箱等大型設備安全有效地進行各類氣候環境試驗提供保障。

步入式；試驗箱；高低溫；濕熱

前言

目前，各型公路車輛和集裝箱等大型設備均有進行各種熱工性能試驗及環境氣候條件試驗的需求。故需建造一臺步入式高低溫濕熱試驗箱。該試驗箱主要試驗項目如：客車的空調性能、采暖性能、隔熱性能和氣密性能；保溫車的降溫性能、加熱性能、氣密性能；冷藏集裝箱、冷藏汽車和特種運輸車輛的降溫性能、加熱性能、空調性能、隔熱性能和氣密性能等，也可承擔其他大型機械、電氣設備的各種氣候環境試驗等。

1.2 系統工作原理

低溫設備工作時，蒸發器內的制冷劑在空氣處理室內蒸發吸收熱量，使空氣的溫度降低。可編程智能控制儀控制冷輸出及加熱系統的熱量輸出，對系統進行冷量恒溫控制及熱補償恒溫控制。恒溫空氣經離心風機變頻調整風速，然后由送風口送入保溫試驗箱內，在箱內進行熱量交換。熱交換后的空氣從回風口進入空氣處理室，在蒸發器、加熱器處進行熱量交換，再進入下一個循環。

1 系統組成及工作原理

1.1 系統組成

步入式高低溫濕熱試驗箱主要由以下六部分組成：現場及集中監控系統、冷卻循環水處理分系統、制冷除濕系統、空氣循環及加熱加濕系統、保溫試驗箱體、安全保護系統。

其組成框圖如圖1所示。

圖1 步入式高低溫濕熱試驗箱組成框架圖

高溫設備工作時，可編程智能控制儀控制加熱系統的熱量輸出，對系統進行熱補償恒溫控制。達到溫度要求的空氣經離心風機變頻調整風速，然后經孔板送風口送入保溫試驗箱內，在箱內進行熱量交換。熱交換后的空氣從回風道進入空氣處理室，在加熱器處進行熱量交換，再進入下一個循環。

濕熱設備工作時，可編程智能控制儀控制加熱系統的熱量輸出，加濕系統的加濕量輸出，除濕系統的冷量輸出，對系統進行熱/濕補償恒溫/恒濕控制。從工作室回流的空氣在空氣處理室的除濕表冷器處進行溫/濕度調節后，在加熱器、加濕器處進行熱/濕補償。達到溫、濕度要求的空氣經離心風機變頻調整風速，然后經送風口送入試驗箱內，在箱內進行熱量/濕量交換。熱/濕交換后的空氣從回風道進入空氣處理室，在加熱器、除濕表冷器、加濕器處進行熱/濕量交換，再進入下一個循環。

步入式環境試驗箱的基本工作原理如圖2所示。

1.3 現場控制分系統

溫濕度測量：Pt100+進口靜電容量控制式溫濕度傳感器。

控制裝置：本試驗箱溫濕度控制采用SDEI-CP200分布控制系統，該系統控制采用10.4寸液晶電腦作為集中控制主機，通過RS485總線與三個分區的本地控制器（3組）連接，采用RS485進行數據交換。各分區本地控制器采用可編程邏輯控制器，采用自動化化控制系統，可自動對制冷、加熱等模塊調配，保證在整個試驗過程中溫度、濕度控制在±2℃范圍內，可達到節能、降低噪聲等目的。檢測裝置可對進行報警，并提供詳細的故障顯示，并記錄產生和解除時間。超大內存，控制器提供大于1個月的歷史數據記錄空間。

控制系統配置計算機通訊接口及計算機輔助控制系統，可實現數據傳輸及遠程監控功能。可實現遠程計算機機控制和本地觸摸屏同時監控，由此提高試驗箱的可靠性。

通訊接口：通訊接口實現控制儀和監控系統的連接，保證了數據的實時傳輸，實現集中監控。控制系統的控制信號可集成到實驗室控制系統中，通訊協議和控制電路可與實驗室控制系統配合。

數據記錄方式：采用USB接口形式，插入U盤或移動硬盤儲存。并可通過計算機通訊接口在遠程通過專用軟件處理成可用Office軟件處理的數據格式，用Office軟件打印出所需的試驗趨勢圖和報數據表。

圖2 步入式環境試驗箱工作原理圖

運行方式：程序運行，恒定運行，定時開停機。

變頻器：通過控制離心風機的轉速來改變循環空氣的流動速度。

1.4 制冷除濕系統

除濕方法采用制冷冷凝法，制冷冷凝法之基本原理是將制冷系統的除濕器的表面溫度控制在循環空氣的露點溫度以下，從而使通過其間的冷卻空氣低于露點溫度而析出所含水蒸氣以達到除濕之目的。

制冷冷凝法除濕采用多套25HP壓縮機所組所組成的單級氟利昂制冷系統。其中每一套除濕機組組成一組系統為一

段獨立的試驗箱提供除濕。除濕主要靠制冷除濕完成，根據不同溫度下不同濕度工況選擇除濕蒸發器的蒸發溫度，蒸發器溫度的控制采用蒸發溫度控制器實現，設計中采用了三套控制器，它們的蒸發溫度分別是20℃、5℃、0℃。如何啟動不同的蒸發溫度控制器是由控制系統根據試驗要求溫濕度工況自動選擇。除濕蒸發器采用大片距鋁翅片結構減少結霜對除濕效果的影響。

冷卻方式：套管式水冷冷凝器（低壓循環）、板式雙級聯式蒸發冷凝器（高壓循環）。

1.5 空氣循環加熱加濕系統

空氣溫度控制方式：強制循環通風，平衡調溫法（BTHC）。此方法為試驗箱常用控溫方式。該方法旨在壓縮機連續工作的情況下，控制系統根據設定之溫度點通過PID自動運算輸出的結果去控制加熱器的輸出量，最終達到試驗箱內動態平衡。

空氣循環裝置：氣調式，內置式空氣循環裝置，采用變風量全空氣調節系統（VAV），該系統可以根據工作負荷的變化及室內參數的變化，自動調節循環空氣的循環風量，以滿足室內工況要求。

內置空氣處理循環裝置是完成空氣調溫的場所，滿足蒸發器、加熱器、離心風機及風道的裝配要求，由標準保溫庫板組合、裝配而成，內部保溫材料采用耐高溫的硬質聚氨脂泡沫。內置空氣處理循環裝置由內置空氣處理室、制冷機組蒸發器、除濕器、電加熱器、加濕分配器、離心風機及循環風道組成。

空氣冷卻方式：多級膜片式空氣熱交換器。

空氣加熱方式：電加熱器，加熱采用主加熱器+輔助加熱器，無觸點控制方式（SSR）。

空氣加濕方式：電熱蒸汽加濕。

外置電熱蒸汽加濕方式：采用外置電熱式蒸汽加濕器加濕。加濕器采用電阻加熱原理，由于試驗箱體積較大，加濕量也較大，使用純凈水或去離子水成本較高，且無法避免形成水垢。需要選擇對水質沒有特殊要求的加濕器，可直接使用自來水供水。該類加濕器能確保水中礦物質在蒸發過程中生成的水垢自動收集在水垢收集器中，清洗后收集器可重復使用，不影響加濕器的加濕能力，可防止水垢對加濕水路和加熱棒的影響。加濕器內置恒溫系統確保加濕器在開/關調節過程中迅速達到所需的加濕量，且加濕量在0%R.H～100%R.H范圍內可精確的線性控制。

1.6 試驗箱體結構

試驗箱結構采用分體式組合結構形式，由步入式保溫室體、內置式空氣循環裝置、分體式制冷/除濕機組、電器控制柜（系統）組成。制冷機組置于一獨立房間或機箱內，可對制冷機組單獨采取減震減噪措施，也便于設備的安裝和維護，電器控制柜置于試驗箱的旁控制室內便于運行操作。

保溫室體由土建、輕型鋼構、聚胺脂保溫板圍護結構組成，室內壁采用阻燃的隔熱材料拼裝構成，庫板在室內側為不銹鋼薄板，外側鍍鋅彩鋼板。隔熱材導熱系數λ值不大于0.024W/m·K，隔熱層厚度為150mm，地面均有保溫材料做絕熱處理，地面設置有收集冷凝水的裝置及排水裝置；室體材料滿足國家環保標準要求，無毒無味，無有害氣體釋放。

圖3 聚胺脂保溫板組合箱體示意圖

試驗室保溫箱體采用聚胺脂保溫冷板組合裝配而成，組合成所需的保溫箱體，裝拆簡易。保溫夾層采用高密度聚胺脂加高溫阻燃劑制成，保證試驗箱高溫狀態時的安全，見圖3。

所有保溫板均采用加硬鋼鐵制成之偏心拉力鎖扣互相扣緊，此拉力鎖扣由精確定位之鉤形鎖臂及一條鋼軸組成，保證步入式試驗箱庫體結構堅固耐用，避免經過經常性高低溫試驗變化后產生保溫板變形。 庫板接合處為凹凸接口，并有密封膠邊，確保庫體密封。

2 結論

步入式高低溫濕熱試驗箱具有較高的實用性、先進性、可靠性和安全性，數據傳輸可靠，為安全生產提供了保障。上海航天電子通訊設備研究所已經配置了該類步入式高低溫濕熱試驗箱，計量滿足JJF 1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》。已對特殊運輸車輛、地鐵門和大型室外電氣設備實施了高溫、低溫和濕熱等環境模擬試驗，試驗過程穩定。

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陳臻科，1981年8月，男，江蘇啟東，工程師，環境試驗技術研究。

The Realization of A Walk-in High and Low Temperature Heat Test Equipment

CHEN Zhen-ke, SU Li-jie
（Shanghai Aerospace Electronics Technology Institute, Shanghai 201109）

This paper mainly introduces the method of realizing walk-in high and low temperature heat test equipment. Then it expounds its principle in detail; and introduces its main components. The test equipment for road vehicles and containers and other large equipments is safe and effective for various types of climate environmental testing to provide security.

walk-in; test equipment; high and low temperature; humidity and heat

U467.5+25

A

1004-7204（2015）02-0070-04