高低溫濕熱試驗(yàn)箱濕度控制精確嗎？加濕除濕原理

高低溫濕熱試驗(yàn)箱濕度控制精確嗎？加濕除濕原理

    早期，高低溫濕熱試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備而言，通常用相對(duì)濕度這一概念描述濕度。相對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(yàn)箱為了實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)條件，不可避免地要對(duì)試驗(yàn)箱進(jìn)行加濕和除濕的操作。
    干濕球濕度計(jì)的工作原理： 它利用空氣干濕球溫度計(jì)的測(cè)濕原理，根據(jù)干球溫度與濕球溫度的差值，使電開關(guān)動(dòng)作。干濕球濕度計(jì)又叫干濕計(jì)，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(shí)空氣的相對(duì)濕度有關(guān)這一原理制成的。干濕球濕度控制儀用兩個(gè)電阻式溫度傳感器，一個(gè)測(cè)量干球溫度，一個(gè)外面包著濕紗布測(cè)量濕球溫度。用電子線路將信號(hào)放大，去控制電觸點(diǎn)動(dòng)作。干濕球溫度測(cè)量中要用小風(fēng)扇強(qiáng)制吹風(fēng)，濕包測(cè)點(diǎn)處的風(fēng)速保持為3～4m/s。由于濕球溫度測(cè)量中要用水，所以這種濕度計(jì)只能在0℃以上的環(huán)境測(cè)量濕度。干濕球測(cè)濕法的維護(hù)相當(dāng)簡(jiǎn)單，在實(shí)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(cè)濕法不會(huì)產(chǎn)生老化、精度下降等問題。所以干濕球測(cè)濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場(chǎng)合使用，并為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，比如：高低溫濕熱交變?cè)囼?yàn)箱、濕熱試驗(yàn)箱、恒溫恒濕試驗(yàn)箱等產(chǎn)品采用。

溫濕度試驗(yàn)箱的選擇方法

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溫濕度試驗(yàn)箱的選擇方法 
一、濕度范圍的選擇
   國(guó)內(nèi)外環(huán)境試驗(yàn)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(yàn)箱沒有除濕系統(tǒng)，則濕度范圍為60～98％，這一類試驗(yàn)箱只能做高濕試驗(yàn)，但它的價(jià)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(diǎn)溫度。因?yàn)橄鄬?duì)濕度是與溫度直接相關(guān)的，對(duì)于同樣的絕對(duì)含濕量，溫度越高，相對(duì)濕度就越小，如絕對(duì)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(shí)，相對(duì)濕度為20％RH，溫度為6℃時(shí)，相對(duì)濕度為90％RH，當(dāng)溫度降至4℃以下，相對(duì)濕度超過100％，在箱體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。實(shí)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(duì)難于控制，因?yàn)榇藭r(shí)的絕對(duì)含濕量很低，有時(shí)比大氣中的絕對(duì)含濕量低很多，需要對(duì)箱體內(nèi)流動(dòng)的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國(guó)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(shí)，其相對(duì)濕度會(huì)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(diǎn)溫度，但是當(dāng)冷點(diǎn)表面溫度到達(dá)0℃時(shí)，光管表面結(jié)露的水滴會(huì)結(jié)冰，從而影響光管表面的熱交換，使除濕能力下降。又因?yàn)橄潴w不可能絕對(duì)密封，大氣中的濕空氣會(huì)滲入到箱體內(nèi)，使露點(diǎn)溫度回升。另一方面，在光管間流動(dòng)的濕空氣只是在和光管（冷點(diǎn)）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(diǎn)溫度在到0℃以下。實(shí)際所達(dá)到的最低露點(diǎn)溫度為5～7℃。露點(diǎn)溫度5℃相當(dāng)于絕對(duì)含濕量為0.0055g/Kg，對(duì)應(yīng)相對(duì)濕度20％RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進(jìn)相對(duì)濕度達(dá)到20％RH，此時(shí)的露點(diǎn)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(cè)試時(shí)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(yàn)箱，恒溫恒濕試驗(yàn)箱及冷熱沖擊試驗(yàn)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(cè)的結(jié)果，一旦置入被試驗(yàn)件后，對(duì)試驗(yàn)箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)生影響，試驗(yàn)件占有的空間越大，這種影響也就越嚴(yán)重。實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，流場(chǎng)中迎風(fēng)面與背風(fēng)面的溫差可達(dá)到3～8℃，嚴(yán)重時(shí)可大到10℃以上。因此，必須盡量滿足a〕、b〕兩項(xiàng)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(chǎng)中心溫度相差2～3，在高低溫的上下限時(shí)，還可能達(dá)到5℃。箱壁的溫度與箱壁附近流場(chǎng)的溫度又相差2～3℃（視箱壁的結(jié)構(gòu)和材料而定）試驗(yàn)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(guó)外溫度試驗(yàn)箱的范圍大體上為－73～＋177℃，或－70～＋180℃。國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家一般為－80～＋130℃，－60～＋130℃，－40～＋130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通常可以滿足國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)軍用、民用產(chǎn)品溫度試驗(yàn)的需要，除非確有特殊需要，如安裝位置靠近發(fā)動(dòng)機(jī)等熱源的產(chǎn)品外，不可盲目提高溫度上限。因?yàn)樯舷逌囟仍礁撸潴w內(nèi)外的溫差越大，箱體內(nèi)部流場(chǎng)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(duì)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(yàn)時(shí)，為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)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(diǎn)規(guī)定：
  1.被試產(chǎn)品的體積（W×D×H）不得超過試驗(yàn)箱有效工作空間的（20～35）％（推薦選用20％）。對(duì)于在試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)箱壁的距離至少保持100～150mm，（推薦選用150mm）。
上述三點(diǎn)規(guī)定實(shí)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(diǎn)規(guī)定，氣候環(huán)境試驗(yàn)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?yàn)楸辉囼?yàn)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(yàn)件之間的熱交換。這與環(huán)境條件的再現(xiàn)不符，因?yàn)樵谟嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)涉及溫度環(huán)境試驗(yàn)都規(guī)定試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)樣件周圍的空氣流速不應(yīng)超過1.7m/s，以防止試驗(yàn)樣件和周圍氣氛產(chǎn)生不符合實(shí)際的熱傳導(dǎo)。在空載時(shí)試驗(yàn)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(diǎn)要求所規(guī)定的空間及面積比時(shí)，流場(chǎng)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(yàn)中不加限制地加大試驗(yàn)件的體積或迎風(fēng)斷面積，則實(shí)際試驗(yàn)時(shí)氣流風(fēng)速將增大到超出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最高風(fēng)速，其試驗(yàn)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(diǎn)式和可程式）
   溫度、濕度試驗(yàn)箱有恒定試驗(yàn)箱、交變?cè)囼?yàn)箱兩種情況。普通的高低溫試驗(yàn)箱一般指的是恒定高低溫試驗(yàn)箱，其控制方式為：設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度，試驗(yàn)箱具有自動(dòng)恒溫到目標(biāo)溫度點(diǎn)的能力。恒定溫濕度試驗(yàn)箱的控制控制方式也類似，設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度、濕度點(diǎn)，試驗(yàn)箱具有自動(dòng)恒溫到目標(biāo)溫度、濕度點(diǎn)的能力。高、低溫交變?cè)囼?yàn)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(yàn)箱有能力根據(jù)預(yù)置的曲線完成試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(shí)間一般為90～120min。高低溫交變?cè)囼?yàn)箱、高低溫交變濕熱試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)不同的試驗(yàn)要求，快速溫度變化試驗(yàn)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(yàn)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(shí)際上是每5min平均速度）。全程平均速度是指在試驗(yàn)箱的變溫范圍內(nèi)，最高溫度與最低溫度之差值與時(shí)間之比。目前國(guó)外各環(huán)境試驗(yàn)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(shí)間段內(nèi)，能夠保證的變溫速率。而實(shí)際上對(duì)于快速溫度變化試驗(yàn)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(gè)5min的時(shí)間段內(nèi)，試驗(yàn)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(yàn)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(gè)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(dòng)度
   溫度波動(dòng)是一個(gè)比較容易實(shí)現(xiàn)的參數(shù)，所有環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備廠家生產(chǎn)的多數(shù)的試驗(yàn)箱實(shí)際的溫度波動(dòng)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(yàn)時(shí)溫濕箱內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)小于1.7m/s，對(duì)于試驗(yàn)本身來說，風(fēng)速越小越好，風(fēng)速過大會(huì)加速試驗(yàn)件表面與箱體內(nèi)流動(dòng)氣流的熱交換，于試驗(yàn)的真實(shí)性不利。但為了保證試驗(yàn)箱工作室內(nèi)的均勻性，試驗(yàn)箱內(nèi)具有循環(huán)風(fēng)是必需的。但是快速溫度變化試驗(yàn)箱以及溫度、濕度、振動(dòng)等多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)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(duì)于不同的使用目的，風(fēng)速的限制是不一樣的。 
  八、溫度場(chǎng)均勻度
   為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實(shí)際環(huán)境狀況，在環(huán)境試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度梯度和溫度的波動(dòng)度加以限制。在國(guó)軍標(biāo)GJB150.1－86軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法總則中明確規(guī)定“試驗(yàn)樣品附近測(cè)量系統(tǒng)的溫度應(yīng)在試驗(yàn)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(yàn)箱如果帶有制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)需要進(jìn)行冷卻。試驗(yàn)箱有風(fēng)冷、水冷兩種形式。                                                                        
十、濕度的精度控制
   環(huán)境試驗(yàn)箱中測(cè)量濕度多數(shù)是采用干濕球法，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的制造標(biāo)準(zhǔn)GB10586要求，相對(duì)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(yàn)箱的溫度控制精度較高，溫度波動(dòng)一般小于±0.2℃。否則很難達(dá)到濕度控制精度的要求。

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