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高低溫試驗(yàn)箱基本原理和故障分析
閱讀：191 發(fā)布時(shí)間：2010-11-2
1.概論:
高低溫試驗(yàn)箱是指能同時(shí)施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱。隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品研制的需要，近幾年來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了大批試驗(yàn)系統(tǒng)，為我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于其本身的復(fù)雜性，使得試驗(yàn)箱在運(yùn)行中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，而且出現(xiàn)了問(wèn)題不能及時(shí)解決，大大延長(zhǎng)了試驗(yàn)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(duì)綜合試驗(yàn)箱的工作原理不了解。為此，我們對(duì)試驗(yàn)箱的基本工作原理作了一些簡(jiǎn)要闡述，并介紹如何對(duì)綜合試驗(yàn)箱試驗(yàn)設(shè)備的故障進(jìn)行分析和判斷。
2.試驗(yàn)箱的原理：綜合試驗(yàn)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(gè)主要系統(tǒng)的工作原理和工作過(guò)程：
2.1 制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分之一。一般來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)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：?jiǎn)渭?jí)制冷、多級(jí)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?cè)囼?yàn)的溫度低溫要達(dá)到-55℃，單級(jí)制冷難以滿(mǎn)足要求，因此綜合試驗(yàn)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(yàn)箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡(jiǎn)要介紹，圖2為該制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖。它由兩部分組成，分別稱(chēng)為高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個(gè)相對(duì)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(lái)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(duì)象（試驗(yàn)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(gè)蒸發(fā)冷凝器起來(lái)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(yàn)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)：試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)相對(duì)制冷系統(tǒng)而言，是比較簡(jiǎn)單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于試驗(yàn)箱要求的升溫速率較大，因此試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大，而且在試驗(yàn)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(yàn)箱的核心，它決定了試驗(yàn)箱的升降溫速率，精度等重要指標(biāo)。現(xiàn)有試驗(yàn)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(guò)程中，一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因此，本文不對(duì)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(gè)子系統(tǒng)。
試驗(yàn)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(yàn)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(shí)容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制加濕。
試驗(yàn)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(diǎn)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(yàn)箱內(nèi)的空氣抽出，并將干燥的空氣注入，同時(shí)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(yàn)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(yàn)箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法，可以使露點(diǎn)溫度達(dá)到0℃以下，適用于有特殊要求的場(chǎng)合，但費(fèi)用較貴。
2.5 傳感器系統(tǒng)：試驗(yàn)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(cè)量方法有兩種：干濕球溫度計(jì)法和固態(tài)電子式傳感器直接測(cè)量法。由于干濕球法測(cè)量精度不高，現(xiàn)在的試驗(yàn)箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來(lái)進(jìn)行濕度的測(cè)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(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)構(gòu)成。它提供了試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的循環(huán)。
3. 故障的分析判斷
由于試驗(yàn)箱是一個(gè)既有電氣又有制冷機(jī)械等多個(gè)系統(tǒng)組成的設(shè)備，因此，一旦設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，一定要全面地對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢查和綜合分析。一般來(lái)說(shuō)，分析判斷的過(guò)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(duì)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(wèn)題，zui后查找是否制冷系統(tǒng)的問(wèn)題。表1提供了一些常見(jiàn)故障的分析表
高低溫試驗(yàn)箱是指能同時(shí)施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱。隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品研制的需要，近幾年來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了大批試驗(yàn)系統(tǒng)，為我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于其本身的復(fù)雜性，使得試驗(yàn)箱在運(yùn)行中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，而且出現(xiàn)了問(wèn)題不能及時(shí)解決，大大延長(zhǎng)了試驗(yàn)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(duì)綜合試驗(yàn)箱的工作原理不了解。為此，我們對(duì)試驗(yàn)箱的基本工作原理作了一些簡(jiǎn)要闡述，并介紹如何對(duì)綜合試驗(yàn)箱試驗(yàn)設(shè)備的故障進(jìn)行分析和判斷。
2.試驗(yàn)箱的原理：綜合試驗(yàn)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(gè)主要系統(tǒng)的工作原理和工作過(guò)程：
2.1 制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分之一。一般來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)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：?jiǎn)渭?jí)制冷、多級(jí)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?cè)囼?yàn)的溫度低溫要達(dá)到-55℃，單級(jí)制冷難以滿(mǎn)足要求，因此綜合試驗(yàn)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(yàn)箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡(jiǎn)要介紹，圖2為該制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖。它由兩部分組成，分別稱(chēng)為高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個(gè)相對(duì)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(lái)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(duì)象（試驗(yàn)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(gè)蒸發(fā)冷凝器起來(lái)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(yàn)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)：試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)相對(duì)制冷系統(tǒng)而言，是比較簡(jiǎn)單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于試驗(yàn)箱要求的升溫速率較大，因此試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大，而且在試驗(yàn)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(yàn)箱的核心，它決定了試驗(yàn)箱的升降溫速率，精度等重要指標(biāo)。現(xiàn)有試驗(yàn)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(guò)程中，一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因此，本文不對(duì)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(gè)子系統(tǒng)。
試驗(yàn)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(yàn)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(shí)容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制加濕。
試驗(yàn)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(diǎn)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(yàn)箱內(nèi)的空氣抽出，并將干燥的空氣注入，同時(shí)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(yàn)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(yàn)箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法，可以使露點(diǎn)溫度達(dá)到0℃以下，適用于有特殊要求的場(chǎng)合，但費(fèi)用較貴。
2.5 傳感器系統(tǒng)：試驗(yàn)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(cè)量方法有兩種：干濕球溫度計(jì)法和固態(tài)電子式傳感器直接測(cè)量法。由于干濕球法測(cè)量精度不高，現(xiàn)在的試驗(yàn)箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來(lái)進(jìn)行濕度的測(cè)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(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)構(gòu)成。它提供了試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的循環(huán)。
3. 故障的分析判斷
由于試驗(yàn)箱是一個(gè)既有電氣又有制冷機(jī)械等多個(gè)系統(tǒng)組成的設(shè)備，因此，一旦設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，一定要全面地對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢查和綜合分析。一般來(lái)說(shuō)，分析判斷的過(guò)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(duì)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(wèn)題，zui后查找是否制冷系統(tǒng)的問(wèn)題。表1提供了一些常見(jiàn)故障的分析表
故障分析表
| 故障現(xiàn)象 | 故障原因分析 | 排除故障方法 |
| 設(shè)備不降溫 或降溫緩慢 |
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| 設(shè)備升溫緩慢 |
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| 系統(tǒng)不工作 |
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| 壓縮機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn) |
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| 排氣壓力過(guò)高 |
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| 吸氣壓力過(guò)低 |
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| 系統(tǒng)不能加濕 | 1.加濕鍋爐的保險(xiǎn)燒壞。 2.控制加濕鍋爐工作的接觸器損壞。 3.加濕鍋爐由于缺水而保護(hù)。 | 1.更換保險(xiǎn)。 2.更換接觸器。 3.更換浮子開(kāi)關(guān)或供水。 |
| 系統(tǒng)不能除濕 |
| 1.參照壓縮機(jī)不工作的排故方法對(duì)照解決。 2.更換電磁閥。 |