綜合試驗箱的基本工作原理及故障分析

1. 引言
綜合試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗箱，它與振動臺相結(jié)合可以組成綜合試驗系統(tǒng)。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品研制的需要，近幾年來，我國從國外引進(jìn)了大批綜合試驗系統(tǒng)，為我國工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于綜合試驗箱本身的復(fù)雜性，使得綜合試驗箱在運(yùn)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(chǎn)品的研制工作。而產(chǎn)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，本文將對綜合試驗箱的基本工作原理作一簡要闡述，并介紹如何對綜合試驗箱（試驗設(shè)備）的故障進(jìn)行分析和判斷。
2. 綜合試驗箱的原理
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(jī)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(guān)鍵部分之一。一般來說，（試驗設(shè)備）綜合試驗箱的制冷方式都是機(jī)械制冷以及輔助液氮制冷，機(jī)械制冷采用蒸氣壓縮式制冷，該制冷方式是人工制冷中應(yīng)用廣泛而又經(jīng)濟(jì)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(fù)疊式制冷，它們主要由壓縮機(jī)，冷凝器，節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成。由于我們試驗的溫度低溫要達(dá)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(fù)疊式制冷。下面以意大利ACS公司生產(chǎn)的綜合試驗箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡要介紹。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(dú)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(nèi)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(nèi)溫度能達(dá)到-70℃。
2.2 加熱系統(tǒng)
綜合試驗箱的加熱系統(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。由于綜合試驗箱要求的升溫速率較大，因此綜合試驗箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設(shè)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(biāo)?，F(xiàn)有綜合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(jié)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)。
2.4.1綜合試驗箱的加濕方式一般采用蒸氣加濕法，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(qiáng)，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現(xiàn)強(qiáng)制加濕。
2.4.2綜合試驗箱的除濕方式有兩種：機(jī)械制冷除濕和干燥器除濕。機(jī)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(jié)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(nèi)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(jìn)行干燥，干燥完后又送入試驗箱內(nèi)，如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行除濕。現(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(dá)到0℃以下，適用于有特殊要求的場合，但費(fèi)用較貴。
2.5 傳感器系統(tǒng)
綜合試驗箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應(yīng)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)在的綜合試驗箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進(jìn)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(fēng)扇和驅(qū)動其運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)構(gòu)成。它提供了試驗箱內(nèi)空氣的循環(huán)。
3. 故障的分析判斷
由于綜合試驗箱是一個既有電氣又有制冷機(jī)械等多個系統(tǒng)組成的設(shè)備，因此，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，一定要全面地對整個設(shè)備進(jìn)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(shè)備進(jìn)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，后查找是否制冷系統(tǒng)的問題。