高低溫試驗箱基本原理和故障分析
1.概論
　　高低溫試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應力的試驗箱。隨著我國工業(yè)產品研制的需要，近幾年來，我國從國外引進了大批試驗系統(tǒng)，為我國工業(yè)產品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于其本身的復雜性，使得試驗箱在運行中出現了許多問題，而且出現了問題不能及時解決，大大延長了試驗周期，影響了產品的研制工作。而產生這些現象的原因是對綜合試驗箱的工作原理不了解。為此，我們對試驗箱的基本工作原理作了一些簡要闡述，并介紹如何對綜合試驗箱試驗設備的故障進行分析和判斷。
2.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)是綜合試驗箱的關鍵部分之一。一般來說，試驗箱的制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷，機械制冷采用蒸氣壓縮式制冷，該制冷方式是人工制冷中應用廣泛而又經濟的制冷方式之一。蒸氣壓縮式制冷型式有：單級制冷、多級制冷和復疊式制冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節(jié)流機構和蒸發(fā)器組成。由于我們試驗的溫度低溫要達到-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疊式制冷。下面以意大利ACS公司生產的綜合試驗箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡要介紹，圖2為該制冷系統(tǒng)簡化圖。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，箱內溫度能達到-70℃。
2.2加熱系統(tǒng)：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。由于試驗箱要求的升溫速率較大，因此試驗箱的加熱系統(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?，F有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)。
　　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，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現強制加濕。
　　試驗箱的除濕方式有兩種：機械制冷除濕和干燥器除濕。機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)利用的干燥器進行干燥，干燥完后又送入試驗箱內，如此反復循環(huán)進行除濕?，F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，可以使露點溫度達到0℃以下，適用于有特殊要求的場合，但費用較貴。
2.5 傳感器系統(tǒng)：試驗箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應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，現在的試驗箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進行濕度的測量。
2.6 空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風扇和驅動其運轉的電機構成。它提供了試驗箱內空氣的循環(huán)。
3. 故障的分析判斷
　　由于試驗箱是一個既有電氣又有制冷機械等多個系統(tǒng)組成的設備，因此，一旦設備出現問題，一定要全面地對整個設備進行檢查和綜合分析。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，根據故障現象，對設備進行先系統(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，zui后查找是否制冷系統(tǒng)的問題。表1提供了一些常見故障的分析表
表1故障分析表故障現象
故障原因分析
排除故障方法
設備不降溫
或降溫緩慢
制冷系統(tǒng)制冷劑量不足（漏氟）。
制冷系統(tǒng)管路發(fā)生臟堵或冰堵。
向蒸發(fā)器供液的電磁閥損壞。
膨脹閥的流量過大或過小或損壞。
查漏，并充氟。
更換被堵器件或干燥劑。
更換電磁閥。
調整或更換膨脹閥。
設備升溫緩慢
加熱器的熱保險被燒斷。
控制加熱器工作的接觸器損壞。
更換熱保險。
更換接觸器。
系統(tǒng)不工作
離心式風扇未運轉。
風扇保險燒壞，更換保險；風扇熱保護，復位保護開關。
壓縮機不運轉
壓縮機的保險燒壞。
電源電壓不夠。
控制壓縮機啟動的接觸器損壞。
更換保險。
提高供電電壓。
更換接觸器。
排氣壓力過高
制冷系統(tǒng)中有空氣。
冷卻水量不足或溫度過高。
冷凝器水管積垢過厚。
放空氣。
增加供水量。
清洗冷凝器。
吸氣壓力過低
制冷系統(tǒng)制冷劑量不足。
膨脹閥冰堵或損壞。
過濾器堵塞。
查漏，并充氟。
對管路進行干燥或更換膨脹閥。
更換過濾器。
系統(tǒng)不能加濕
1.加濕鍋爐的保險燒壞。
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。
1.更換保險。
2.更換接觸器。
3.更換浮子開關或供水。
系統(tǒng)不能除濕
用于除濕的壓縮機未啟動。
除濕電磁閥不工作。
1.參照壓縮機不工作的排故方法對照解決。
2.更換電磁閥