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試驗箱的基本原理和故障分析
1. 引言 試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應力的試驗箱。隨著我國工業(yè)產品研制的需要，近幾年來，我國從國外引進了大批試驗系統(tǒng)，為我國工業(yè)產品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于其本身的復雜性，使得試驗箱在運行中出現(xiàn)了許多問題，而且出現(xiàn)了問題不能及時解決，大大延長了試驗周期，影響了產品的研制工作。而產生這些現(xiàn)象的原因是對綜合試驗箱的工作原理不了解。為此，我們對試驗箱的基本工作原理作了一些簡要闡述，并介紹如何對綜合試驗箱（試驗設備）的故障進行分析和判斷。2.試驗箱的原理：綜合試驗箱由制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，濕度系統(tǒng)，空氣循環(huán)系統(tǒng)，和傳感器系統(tǒng)等組成， 上述系統(tǒng)分屬電氣和機械制冷兩大方面。下面初步敘述幾個主要系統(tǒng)的工作原理和工作過程：
2.1 制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)是綜合試驗箱的關鍵部分之一。一般來說，試驗箱的制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷，機械制冷采用蒸氣壓縮式制冷，該制冷方式是人工制冷中應用廣泛而又經濟的制冷方式之一。蒸氣壓縮式制冷型式有：單級制冷、多級制冷和復疊式制冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節(jié)流機構和蒸發(fā)器組成。由于我們試驗的溫度低溫要達到-55℃，單級制冷難以滿足要求，因此綜合試驗箱的制冷方式一般采用復疊式制冷。下面以意大利ACS公司生產的綜合試驗箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡要介紹，圖2為該制冷系統(tǒng)簡化圖。它由兩部分組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個相對獨立的制冷系統(tǒng)。高溫部分中制冷劑（HP80）的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑（R23）的熱量而汽化；低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對象（試驗箱內的空氣）吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發(fā)冷凝器起來的，它既是高溫部分的蒸發(fā)器，也是低溫部分的冷凝器。ACS試驗箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑HP80，低溫部分制冷劑采用低溫制冷劑R23，箱內溫度能達到-70℃。
2.2 加熱系統(tǒng)：試驗箱的加熱系統(tǒng)相對制冷系統(tǒng)而言，是比較簡單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于試驗箱要求的升溫速率較大，因此試驗箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設有加熱器。2.3 控制系統(tǒng)：控制部分是綜合試驗箱的核心，它決定了試驗箱的升降溫速率，精度等重要指標?，F(xiàn)有試驗箱的控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID與模糊控制相結合的控制方式。由于控制系統(tǒng)基本上屬于軟件的范疇，而且此部分在使用過程中，一般不會出現(xiàn)問題，因此，本文不對控制系統(tǒng)作太多的介紹。2.4 濕度系統(tǒng)：濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個子系統(tǒng)?！ ≡囼炏涞募訚穹绞揭话悴捎谜魵饧訚穹?，即將低壓蒸氣直接注入試驗空間加濕。這種加濕方法加濕能力強，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現(xiàn)強制加濕。 試驗箱的除濕方式有兩種：機械制冷除濕和干燥器除濕。機械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點溫度以下，使大于飽和含濕量的水氣凝結析出，這樣就降低了濕度。干燥器除濕是利用氣泵將試驗箱內的空氣抽出，并將干燥的空氣注入，同時將濕空氣送入可循環(huán)利用的干燥器進行干燥，干燥完后又送入試驗箱內，如此反復循環(huán)進行除濕?，F(xiàn)在大部分綜合試驗箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法，可以使露點溫度達到0℃以下，適用于有特殊要求的場合，但費用較貴。2.5 傳感器系統(tǒng)：試驗箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應用較多的是鉑電阻和熱電偶。濕度的測量方法有兩種：干濕球溫度計法和固態(tài)電子式傳感器直接測量法。由于干濕球法測量精度不高，現(xiàn)在的試驗箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進行濕度的測量。2.6 空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風扇和驅動其運轉的電機構成。它提供了試驗箱內空氣的循環(huán)。3. 故障的分析判斷 由于試驗箱是一個既有電氣又有制冷機械等多個系統(tǒng)組成的設備，因此，一旦設備出現(xiàn)問題，一定要全面地對整個設備進行檢查和綜合分析。一般來說，分析判斷的過程可以先"外"后"里"。即首先排除外部因素，如冷卻水、供電等，在*排除外部因素后，根據(jù)故障現(xiàn)象，對設備進行先系統(tǒng)分解后系統(tǒng)綜合的分析判斷，可以采用倒推的方法查找故障原因：首先按照電氣接線圖查找是否電氣系統(tǒng)的問題，zui后查找是否制冷系統(tǒng)的問題。