聚焦瑞凯,传递环境检测行业新动态

高低温交变湿热试验箱温湿度性能实验研究,值得收藏!

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: www.riukai.com 发布日期: 2019.09.05
    高低温交变湿热试验箱是国防、航天、汽车、电子、电器、仪器仪表、材料、化工、食品及制药等领域广泛应用的测试设备,供用户对整机(或部件)、电器、仪器、材料、涂层、镀层等作相应的高低温渐变试验.湿热试验、耐寒与耐高温试验等,对试样在特定环境条件下的性能、适应性作出分析及评价,是科学研究和生产过程必不可少的重要试验设备。
    据相关调查统计,高低温湿热试验箱是需求最广泛的环境试验设备之一。由于生产和科研需求的增加,温湿度的要求范围越来越大,控制精度要求也越来越高,传统的高低温湿热试验箱已不能满足现代社会发展的需求。因此,本文利用R404A作为制冷工质,采用单级压缩制冷、PID控制和电加热蒸汽加湿技术,结合空气循环优化,构建了高精度高低温交变湿热试验箱,并对其温湿度性能进行了实验研究。

    1、制冷工质的选择

    氟利昂根据其要素构成分为三类:一是氯氟烃类,简称CFC,这类氟利昂分子中含有两个或三个氯离子;二是氢氯氟烃类,简称HCFC,这类氟利昂分子中含有-一个或两个氯分子:三是氢氟烃类,简称HFC,这类氟利昂中不含氯离子。根据《蒙特利尔议定书》的规定,发达国家CFC类产品1996年1月1日停用,HCFC类产品2030年1月1日停用。发展中国家CFC类产品2010年全部停止使用: HCFC类产品2016年开始受限,2040 年全部停止使用。《京都议定书》规定,二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、HFC类产品、氢氟碳化合物和六氟化硫等6类气体均属于温室气体,对发达国家提出了减少温室气体排放要求。为满足高低温交变湿热试验箱的低温环境要求,兼顾制冷系统性能及压缩机工作的可靠性,本文选择R404A作为制冷剂。R404A由HFC143、HFC125、HFC134a组成,其物理性质见表1。

表1 R404A制冷剂物性参数

    2、实验装置与实验

     图1为 高低温交变湿热试验箱装置原理图。该实验装置主要包括制冷系统、加热系统、加湿系统、控制和数据测量与采集系统。制冷系统由压缩机、;冷凝器、蒸发器、膨胀阀、干燥过滤器和蒸发压力调节阀等组成。加热系统采用鳍片式不锈钢电加热器。加湿系统采用电加热蒸汽加湿方式,减小加湿对温度波动的影响。试验箱的外型设计尺寸为950mmx 1325mmx 1850mm,内箱尺寸为750mmx755mmx850mm,容积约480L。为了使温湿度的控制精度能快速达到设定的环境要求,实验装置采用并联5组电磁阀和膨胀阀,分别承担不同温湿度条件下的功能。RC1和RC2膨胀阀起到快速降温的作用; RC3膨胀阀应用于一般除湿,RC4膨胀阀用于强除湿工况; RC5膨胀阀不经过蒸发器,直接接到压缩机进气口,保护压缩机(蒸发器出口温度在-11℃以下常闭,-11℃以上常开,冷却压缩机)。具体工作工况见表2。控制和测试系统包括温度传感器、压力表和数据采集器等组成。为了研究压缩机吸、排气的状况,在压缩机的进出口设置了压力测试点。另外,在高低温交变湿热试验箱内、压缩机进出口和压缩机外壳等设置测温点。

表2 不同工况下的动作说明

图1 高低温交变湿热试验箱实验装置

    单级压缩制冷系统抽真空后充入适量R404A制冷剂。为了防止误操作,电源接通后压缩机延迟30s再启动。当设定温度为高温时(高于环境温度10℃),直接采用鳍片加热器加热,制冷系统不工作。在PID调节下,当加热输出功率与箱体散热达到平衡时,试验箱内温度达到稳定。设定温度为低温工况时,制冷系统启动,温度接近设定温度时,加热器在PID控制下开始输出热量,试验箱温度稳定在需要的范围。当温度和湿度同时需要控制时,湿度控制采用冷却除湿与蒸汽加湿相结合,达到湿平衡。如果是高温控湿,温度控制是电加热和箱体对外散热相结合,如果是低温控湿,温度控制是电加热和制冷系统相结合,使得试验箱内温湿度稳定在需要的范围。本文对高低温交变试验箱高低温工况、高湿工况、中湿工况和低湿工况的进行了测试,研究高低温交变湿热试验箱温湿度的控制性能和稳定性。

    3、结果与讨论

    图2为试验箱制冷系统I作过程中压缩机的吸气和排气压力变化情况。图2表明,机组启动后,吸气压力迅速下降,然后吸气压力逐渐稳定;排气压力先迅速升高,然后逐渐下降最后稳定。575 秒后制冷系统压缩机的排气压力稳定在0.9MPa 左右,吸气压力在0.1MPa左右,压缩机的压比大约为9,表明压缩机工作稳定。

图2 压缩机吸气压力 排气压力变化

图3 高低温交变湿热试验箱

    图3是试验箱高温工况的升温曲线。试验箱内温度设定目标为150℃,在该工况制冷机组停止工作。在控制器PID的调节下,根据试验箱的实际测量温度信号与设定温度之间的差值控制加热器的输出功率,试验箱内温度逐渐升高。开始时段由于试验箱内实际温度与设定温度相差较大,加热输出功率大,升温速率大。随着试验箱内温度接近设定温度,加热器输出功率减小,试验箱内的升温速率逐渐降低,经过约2200s, 温度稳定在150℃, 温度波动不超过±0.3℃.

    图4为试验箱低温工况的降温曲线,实验设定温度条件是-40℃,由于是低温工况,不控制湿度。制冷系统启动后,试验箱内温度随时间逐渐降低,开始时段的降温速率明显大于后面时段的降温速率。当试验箱内温度接近设定温度,加热器在PID控制下开始输出热量,温度逐渐稳定,经过约3200s,温度稳定在-40℃,温度波动在±0.2℃以内。

图4 高低温交变湿热试验箱内温度随时间降温曲线

    高温和低温工况都是典型的不控制湿度的工况,图5~图7是3组典型的温湿度同时控制条件下的试验箱温湿度实验结果。图5是温度设定为20℃、湿度为98%RH高湿工况实验结果,试验箱内温度随时间逐渐降低并稳定,湿度随时间逐渐上升。实验开始时段的升湿速率明显大于后面时段的升湿速率。图5同时表明温度稳定后湿度也逐渐稳定。经过约1400s,温湿度均达到了设定值。温度稳定在20±0.2℃,湿度稳定在98±1.0%RH。

图5 高低温交变湿热试验箱内箱温度和湿度随时间变化曲线

    图6的实验工况条件是温度65℃,  湿度为40%RH,是典型的中温中湿实验条件。实验结果表明,试验箱内温度随时间差不多呈线性降低,湿度随时间先逐渐上升然后逐渐下降。湿度一开始_上升可能是由于试验箱内温度降低而除湿没有及时去除。随着时间的推移,温度和湿度逐渐降低,稳定在设定值。经过约900s,温度稳定在65±0.3℃,湿度稳定在40±1.3%RH。

图6 高低温交变湿热试验箱内温度和湿度随时间变化曲线

图7的实验条件是温度设定为60℃,湿度为10%RH,属于低湿实验工况。试验箱内温度随时间逐渐上升并稳定,湿度随时间逐渐下降并趋于稳定。经过约400s,温度和湿度接近于设定值,PID运算减少加热器的输出,由于10%RH较低,经过一段时间波动后,最终经过约550s, 温度稳定在60±0.3℃,湿度稳定在10±1.5%RH。

图7 高低温交变湿热试验箱内温度和湿度随时间变化曲线

    4、结论

    利用近共沸混合制冷剂R404A作为制冷工质的单级蒸气压缩制冷,采用PID控制电加热和蒸汽加湿以及冷热平衡技术,设计并构建了高低温交变湿热试验箱实验装置,实现了-40℃~ 150℃控温,10%~98%RH控湿的需求。实验结果表明,在高温、低温、高湿、中湿和低湿实验过程中,系统控温和控湿过程稳定、可靠。在制冷循环工作过程中,压缩机的吸气、排气压力分别稳定在0.1MPa和0.9MPa左右,压缩比在合理范围内。高低温交变湿热试验箱温度稳定偏差不超过±0.3℃,湿度稳定偏差不超过±1.5%RH,满足控制箱的多种工况的需要,  测试结果表明高低温交变湿热试验箱性能良好,控制精度高,可满足用户对试验箱温湿度控制精度的要求。
【相关推荐】
查看详情 + 上一条 电子产品温度冲击试验的实施要求
查看详情 + 下一条 关于高低温交变湿热试验箱加湿和除湿功能的研究

东莞市瑞凯环境检测仪器有限公司 版权所有

备案号:粤ICP备11018191号

咨询热线:400-088-3892 技术支持:瑞凯仪器 百度统计

联系我们

  • 邮箱:riukai@riukai.com
  • 手机:189 3856 3648
  • 座机:0769-81019278
  • 公司地址:东莞市横沥镇西城工业园二区B19号

关注我们

  • <a title="瑞凯仪器客服" target="_blank" href="javascript:void(0);"></a>客服微信
  • <a title="微信公众号" target="_blank" href="javascript:void(0);"></a>关注官方公众号