步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱的實(shí)現(xiàn)

陳臻科，蘇麗潔

（上海航天電子通訊設(shè)備研究所，上海 201109）

步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱的實(shí)現(xiàn)

陳臻科，蘇麗潔

（上海航天電子通訊設(shè)備研究所，上海 201109）

主要介紹了步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱的實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)其原理進(jìn)行了較為細(xì)致的闡述。并對(duì)其主要組成部分進(jìn)行了介紹。該試驗(yàn)箱為公路車輛和集裝箱等大型設(shè)備安全有效地進(jìn)行各類氣候環(huán)境試驗(yàn)提供保障。

步入式；試驗(yàn)箱；高低溫；濕熱

前言

目前，各型公路車輛和集裝箱等大型設(shè)備均有進(jìn)行各種熱工性能試驗(yàn)及環(huán)境氣候條件試驗(yàn)的需求。故需建造一臺(tái)步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱。該試驗(yàn)箱主要試驗(yàn)項(xiàng)目如：客車的空調(diào)性能、采暖性能、隔熱性能和氣密性能；保溫車的降溫性能、加熱性能、氣密性能；冷藏集裝箱、冷藏汽車和特種運(yùn)輸車輛的降溫性能、加熱性能、空調(diào)性能、隔熱性能和氣密性能等，也可承擔(dān)其他大型機(jī)械、電氣設(shè)備的各種氣候環(huán)境試驗(yàn)等。

1.2 系統(tǒng)工作原理

低溫設(shè)備工作時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑在空氣處理室內(nèi)蒸發(fā)吸收熱量，使空氣的溫度降低?？删幊讨悄芸刂苾x控制冷輸出及加熱系統(tǒng)的熱量輸出，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行冷量恒溫控制及熱補(bǔ)償恒溫控制。恒溫空氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)整風(fēng)速，然后由送風(fēng)口送入保溫試驗(yàn)箱內(nèi)，在箱內(nèi)進(jìn)行熱量交換。熱交換后的空氣從回風(fēng)口進(jìn)入空氣處理室，在蒸發(fā)器、加熱器處進(jìn)行熱量交換，再進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱主要由以下六部分組成：現(xiàn)場及集中監(jiān)控系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水處理分系統(tǒng)、制冷除濕系統(tǒng)、空氣循環(huán)及加熱加濕系統(tǒng)、保溫試驗(yàn)箱體、安全保護(hù)系統(tǒng)。

其組成框圖如圖1所示。

圖1 步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱組成框架圖

高溫設(shè)備工作時(shí)，可編程智能控制儀控制加熱系統(tǒng)的熱量輸出，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱補(bǔ)償恒溫控制。達(dá)到溫度要求的空氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)整風(fēng)速，然后經(jīng)孔板送風(fēng)口送入保溫試驗(yàn)箱內(nèi)，在箱內(nèi)進(jìn)行熱量交換。熱交換后的空氣從回風(fēng)道進(jìn)入空氣處理室，在加熱器處進(jìn)行熱量交換，再進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

濕熱設(shè)備工作時(shí)，可編程智能控制儀控制加熱系統(tǒng)的熱量輸出，加濕系統(tǒng)的加濕量輸出，除濕系統(tǒng)的冷量輸出，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱/濕補(bǔ)償恒溫/恒濕控制。從工作室回流的空氣在空氣處理室的除濕表冷器處進(jìn)行溫/濕度調(diào)節(jié)后，在加熱器、加濕器處進(jìn)行熱/濕補(bǔ)償。達(dá)到溫、濕度要求的空氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)整風(fēng)速，然后經(jīng)送風(fēng)口送入試驗(yàn)箱內(nèi)，在箱內(nèi)進(jìn)行熱量/濕量交換。熱/濕交換后的空氣從回風(fēng)道進(jìn)入空氣處理室，在加熱器、除濕表冷器、加濕器處進(jìn)行熱/濕量交換，再進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

步入式環(huán)境試驗(yàn)箱的基本工作原理如圖2所示。

1.3 現(xiàn)場控制分系統(tǒng)

溫濕度測量：Pt100+進(jìn)口靜電容量控制式溫濕度傳感器。

控制裝置：本試驗(yàn)箱溫濕度控制采用SDEI-CP200分布控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制采用10.4寸液晶電腦作為集中控制主機(jī)，通過RS485總線與三個(gè)分區(qū)的本地控制器（3組）連接，采用RS485進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各分區(qū)本地控制器采用可編程邏輯控制器，采用自動(dòng)化化控制系統(tǒng)，可自動(dòng)對(duì)制冷、加熱等模塊調(diào)配，保證在整個(gè)試驗(yàn)過程中溫度、濕度控制在±2℃范圍內(nèi)，可達(dá)到節(jié)能、降低噪聲等目的。檢測裝置可對(duì)進(jìn)行報(bào)警，并提供詳細(xì)的故障顯示，并記錄產(chǎn)生和解除時(shí)間。超大內(nèi)存，控制器提供大于1個(gè)月的歷史數(shù)據(jù)記錄空間。

控制系統(tǒng)配置計(jì)算機(jī)通訊接口及計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能?？蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)機(jī)控制和本地觸摸屏同時(shí)監(jiān)控，由此提高試驗(yàn)箱的可靠性。

通訊接口：通訊接口實(shí)現(xiàn)控制儀和監(jiān)控系統(tǒng)的連接，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。控制系統(tǒng)的控制信號(hào)可集成到實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)中，通訊協(xié)議和控制電路可與實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)配合。

數(shù)據(jù)記錄方式：采用USB接口形式，插入U(xiǎn)盤或移動(dòng)硬盤儲(chǔ)存。并可通過計(jì)算機(jī)通訊接口在遠(yuǎn)程通過專用軟件處理成可用Office軟件處理的數(shù)據(jù)格式，用Office軟件打印出所需的試驗(yàn)趨勢圖和報(bào)數(shù)據(jù)表。

圖2 步入式環(huán)境試驗(yàn)箱工作原理圖

運(yùn)行方式：程序運(yùn)行，恒定運(yùn)行，定時(shí)開停機(jī)。

變頻器：通過控制離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變循環(huán)空氣的流動(dòng)速度。

1.4 制冷除濕系統(tǒng)

除濕方法采用制冷冷凝法，制冷冷凝法之基本原理是將制冷系統(tǒng)的除濕器的表面溫度控制在循環(huán)空氣的露點(diǎn)溫度以下，從而使通過其間的冷卻空氣低于露點(diǎn)溫度而析出所含水蒸氣以達(dá)到除濕之目的。

制冷冷凝法除濕采用多套25HP壓縮機(jī)所組所組成的單級(jí)氟利昂制冷系統(tǒng)。其中每一套除濕機(jī)組組成一組系統(tǒng)為一

段獨(dú)立的試驗(yàn)箱提供除濕。除濕主要靠制冷除濕完成，根據(jù)不同溫度下不同濕度工況選擇除濕蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)器溫度的控制采用蒸發(fā)溫度控制器實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)中采用了三套控制器，它們的蒸發(fā)溫度分別是20℃、5℃、0℃。如何啟動(dòng)不同的蒸發(fā)溫度控制器是由控制系統(tǒng)根據(jù)試驗(yàn)要求溫濕度工況自動(dòng)選擇。除濕蒸發(fā)器采用大片距鋁翅片結(jié)構(gòu)減少結(jié)霜對(duì)除濕效果的影響。

冷卻方式：套管式水冷冷凝器（低壓循環(huán)）、板式雙級(jí)聯(lián)式蒸發(fā)冷凝器（高壓循環(huán)）。

1.5 空氣循環(huán)加熱加濕系統(tǒng)

空氣溫度控制方式：強(qiáng)制循環(huán)通風(fēng)，平衡調(diào)溫法（BTHC）。此方法為試驗(yàn)箱常用控溫方式。該方法旨在壓縮機(jī)連續(xù)工作的情況下，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定之溫度點(diǎn)通過PID自動(dòng)運(yùn)算輸出的結(jié)果去控制加熱器的輸出量，最終達(dá)到試驗(yàn)箱內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡。

空氣循環(huán)裝置：氣調(diào)式，內(nèi)置式空氣循環(huán)裝置，采用變風(fēng)量全空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（VAV），該系統(tǒng)可以根據(jù)工作負(fù)荷的變化及室內(nèi)參數(shù)的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)空氣的循環(huán)風(fēng)量，以滿足室內(nèi)工況要求。

內(nèi)置空氣處理循環(huán)裝置是完成空氣調(diào)溫的場所，滿足蒸發(fā)器、加熱器、離心風(fēng)機(jī)及風(fēng)道的裝配要求，由標(biāo)準(zhǔn)保溫庫板組合、裝配而成，內(nèi)部保溫材料采用耐高溫的硬質(zhì)聚氨脂泡沫。內(nèi)置空氣處理循環(huán)裝置由內(nèi)置空氣處理室、制冷機(jī)組蒸發(fā)器、除濕器、電加熱器、加濕分配器、離心風(fēng)機(jī)及循環(huán)風(fēng)道組成。

空氣冷卻方式：多級(jí)膜片式空氣熱交換器。

空氣加熱方式：電加熱器，加熱采用主加熱器+輔助加熱器，無觸點(diǎn)控制方式（SSR）。

空氣加濕方式：電熱蒸汽加濕。

外置電熱蒸汽加濕方式：采用外置電熱式蒸汽加濕器加濕。加濕器采用電阻加熱原理，由于試驗(yàn)箱體積較大，加濕量也較大，使用純凈水或去離子水成本較高，且無法避免形成水垢。需要選擇對(duì)水質(zhì)沒有特殊要求的加濕器，可直接使用自來水供水。該類加濕器能確保水中礦物質(zhì)在蒸發(fā)過程中生成的水垢自動(dòng)收集在水垢收集器中，清洗后收集器可重復(fù)使用，不影響加濕器的加濕能力，可防止水垢對(duì)加濕水路和加熱棒的影響。加濕器內(nèi)置恒溫系統(tǒng)確保加濕器在開/關(guān)調(diào)節(jié)過程中迅速達(dá)到所需的加濕量，且加濕量在0%R.H～100%R.H范圍內(nèi)可精確的線性控制。

1.6 試驗(yàn)箱體結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)采用分體式組合結(jié)構(gòu)形式，由步入式保溫室體、內(nèi)置式空氣循環(huán)裝置、分體式制冷/除濕機(jī)組、電器控制柜（系統(tǒng)）組成。制冷機(jī)組置于一獨(dú)立房間或機(jī)箱內(nèi)，可對(duì)制冷機(jī)組單獨(dú)采取減震減噪措施，也便于設(shè)備的安裝和維護(hù)，電器控制柜置于試驗(yàn)箱的旁控制室內(nèi)便于運(yùn)行操作。

保溫室體由土建、輕型鋼構(gòu)、聚胺脂保溫板圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成，室內(nèi)壁采用阻燃的隔熱材料拼裝構(gòu)成，庫板在室內(nèi)側(cè)為不銹鋼薄板，外側(cè)鍍鋅彩鋼板。隔熱材導(dǎo)熱系數(shù)λ值不大于0.024W/m·K，隔熱層厚度為150mm，地面均有保溫材料做絕熱處理，地面設(shè)置有收集冷凝水的裝置及排水裝置；室體材料滿足國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，無毒無味，無有害氣體釋放。

圖3 聚胺脂保溫板組合箱體示意圖

試驗(yàn)室保溫箱體采用聚胺脂保溫冷板組合裝配而成，組合成所需的保溫箱體，裝拆簡易。保溫夾層采用高密度聚胺脂加高溫阻燃劑制成，保證試驗(yàn)箱高溫狀態(tài)時(shí)的安全，見圖3。

所有保溫板均采用加硬鋼鐵制成之偏心拉力鎖扣互相扣緊，此拉力鎖扣由精確定位之鉤形鎖臂及一條鋼軸組成，保證步入式試驗(yàn)箱庫體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，避免經(jīng)過經(jīng)常性高低溫試驗(yàn)變化后產(chǎn)生保溫板變形。 庫板接合處為凹凸接口，并有密封膠邊，確保庫體密封。

2 結(jié)論

步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱具有較高的實(shí)用性、先進(jìn)性、可靠性和安全性，數(shù)據(jù)傳輸可靠，為安全生產(chǎn)提供了保障。上海航天電子通訊設(shè)備研究所已經(jīng)配置了該類步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱，計(jì)量滿足JJF 1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》。已對(duì)特殊運(yùn)輸車輛、地鐵門和大型室外電氣設(shè)備實(shí)施了高溫、低溫和濕熱等環(huán)境模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)過程穩(wěn)定。

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陳臻科，1981年8月，男，江蘇啟東，工程師，環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)研究。

The Realization of A Walk-in High and Low Temperature Heat Test Equipment

CHEN Zhen-ke, SU Li-jie
（Shanghai Aerospace Electronics Technology Institute, Shanghai 201109）

This paper mainly introduces the method of realizing walk-in high and low temperature heat test equipment. Then it expounds its principle in detail; and introduces its main components. The test equipment for road vehicles and containers and other large equipments is safe and effective for various types of climate environmental testing to provide security.

walk-in; test equipment; high and low temperature; humidity and heat

U467.5+25

A

1004-7204（2015）02-0070-04