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高低温交变湿热试验箱测试过程研究与改进方法

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2019.09.03

    一、前言

     高低温交变湿热试验箱是用人工的方法改变空气参数,使其实现规则变化或恒定在某一精度范围内的设备。箱内的空气含有水分,当其温度(t)变化时,水蒸气的含量也要随着变化,即湿度(用含湿量d或相对湿度中表示)也要变化。当前国内试验箱都采用表面冷却器与电加热器配合改变温度,用加湿器与表冷器配合改变湿度。而表冷器多数采用氟里昂直接蒸发式的。因此各模拟大气环境过程实质为冷却去湿、加热、加湿源自动有序工作的综合过程。

    二、过程分析

    按GB2423.4-81标准和IEC标准的要求,交变湿热箱温湿度的变化分为四段过程.
    1、升温过程

    升温热源都采用电加热器,升温速度的快慢只要控制加热量的大小即可。空气温度升高相对湿度降低,要保持该过程相对湿度在95%R.H以上,就必须有足够的加湿量。所以升温过程只要能保证快速升温时加湿量足够就行了。其过程莫尔图见图1: 

图1

    2、高温高湿过程

    该过程温度一般都在40℃或55℃以上,湿度在90%以上。试验时多数试件要发热,试验箱本身的空气循环最终也要转化为热。空气循环风机转化热为:

空气循环风机转化

    试验标准规定试验过程不凝露,因而试验箱的保温性能都设计得很好。上述两项热量通过箱壁无法全部散掉,实现试验室自然,散热恒温,所以该过程也得使用人工冷却。

图2

    从莫尔图2上得知,冷却过程有两种线。当表冷器表面温度稍低于t1(K点的露点)时,沿K-4t1进行。这是一个干式冷却过程,空气从K点沿等湿线冷却到露点温度(t1).然后再被送入箱内工作空间,吸收前述两种热量升温至工作点K.整个过程绝对湿度不变,因而不用加湿,为理想过程.但是在高湿情况下,K点与其露点t1差△t很小,一般只有1~2℃.若要带走较多的余热,只有加大风量和随之增大表冷器的面积。目前国内设备都采用冷水或直接蒸发的表冷器,表面温度都无法接近露点温度,因此也不太可能实现这一理想过程。

    当表冷器表面温度低于t1换热又不充分时,过程沿K→1进行。当表冷器表面温度更低、换热也很充分时,就会沿K→1'进行。一般多为K→1过程,而采用直接蒸发式表冷器设备,多半要沿K +1'进行。但无论哪种都是个减焓降温去湿过程。为了保证工作间湿度,都必须补湿。图2表明1点的温度越低,去湿加湿量越大.所以在用氟里昂直接蒸发的表冷器设备中,有先天缺陷:
    ①造成大量的电能浪费.
    ②为了提高蒸发温度、造成氟系统复杂和不合理,压缩机回气温度过高无法工作。
    ③冷却和加湿难以匹配,当负载变化时,不易实现自动匹配,往往造成过程失调,不能保证试验箱的性能.
    3、降温过程
    GB和IBC标准规定从40℃或55℃降至25℃,湿度保持在95%R. H以上,时间为3至6.小时。如表冷器表面温度稍低于t1的情况下,实现过程并不困难,其降温曲线如图3,从高温高湿点K按.1、2、3.....循环下降。对氟里昂直接蒸发系统,因蒸发温度大大低于t1点,造成保持95%RH以上高湿的困难,一般只能保持在85%RH以上。这非但达不到标准,而且电能浪费很大。
    4、低温高湿过程

    该过程与高温高湿过程基本一样,因为是恒温在低温下(相对高很而言),所以更容易实现。其莫尔图也与高温高湿相似。但应该注意;这仍然是个综合过程.如果低温下要求低湿,这反而困难了很多。目前国内还未曾见到这样的设备,而国外可达10%R.H/10℃了。

图3

    三、改进方法

    以上分析由恒温段不难看出,最理想的过程是实现干式冷却,见图2中Kt1过程。面升温和降温段可视为无数个连续变化着的恒温过程所组成.若把每个加热、冷却后的温变都控制在露点上,即∅=100%R. H的饱和线上,实现了最佳工作过程。“间接冷却和露点控制系统”较好地解决了这个问题。看原理图4,图中1、3、4、7等组成了间接拎却系统,载冷剂乙二醇溶液沸点:197.3℃凝固点为33℃.因而使表冷器能在高温下工作,实现了干式冷却。又因它凝固点低,又可以将湿熟箱的温度范围扩展到负温。

图4

    水处理箱6、机组5.加热器10、泵9(风机)、温控4组成露点控制系统。将水处理箱的温度设定在试验室内工作温度的露点温度上。空气经过滤由9送人6内,在6内经陶瓷过滤和温度的双重作用下被分成小气泡,通过水的作用又变威饱和气体。然后被送入试验箱内,实现了各种温度下的露点加湿或去湿。

    四、结论

    1、随着生产发展,单一的湿热箱正在被多功能的高低温湿热试验箱取代。国外已出现温湿度为40(或~ 70)~+100℃ ,10%~98%R . H/+ 10~+95℃的试验箱。目前国内箱子都用冷水和氟直接蒸发的表冷器,应抓紧试制间接冷却露点控制系统箱子。
    2、为了保证干式冷却,表冷器面积应设计得足够大,通过表冷器的风速也越骶越好。
    3、露点控制,试验箱内的送风温差受到限制,试件负荷大时,可加大风量,增加换气欢数。在多数情况下,试验设备负载都不稳定,因此宜采用大风量低风压调速风机。
    4、以上措施配以适当的电控系统和计算机,可获得超过GB和IEC标准的高精度高低温高低温交变湿热试验箱。
     高低温交变湿热试验箱是电工电子产品环境试验的基础设备,应用面很广,面且设备装机容量大者较多,运行时间长(2~56天).如果该类设备都能采用该系统,就可避免重复能耗,其节能效果是极为可观的。
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