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小型環境試驗箱:以技術原理構建全場景模擬空間

2025年07月04日 10:13:52人氣:51來源:廣東皓天檢測儀器有限公司

小型環境試驗箱:以技術原理構建全場景模擬空

在電子、電工、航空航天、材料、化工等眾多領域,小型環境試驗箱扮演著至關重要的角色。它能模擬各種復雜的環境條件,如高溫、低溫、濕度、光照等,為產品的性能測試、可靠性評估提供了關鍵的試驗環境。而要深入了解這個 "環境模擬專家",就必須探究其日常工作原理。

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一、整體工作邏輯概述

小型環境試驗箱的工作核心是通過一系列的系統協同運作,實現對箱內溫度、濕度、空氣流動等環境參數的精確控制,以模擬目標環境條件。其基本工作流程為:用戶通過操作界面設定所需的環境參數,控制系統接收指令后,指揮加熱、制冷、加濕、除濕等功能模塊工作,同時傳感器實時監測箱內環境參數,并將數據反饋給控制系統,形成閉環控制,確保箱內環境穩定在設定范圍內。
二、關鍵系統工作原理
(一)溫度控制系統
溫度控制是小型環境試驗箱的核心功能之一,它主要由加熱系統、制冷系統、溫度傳感器和控制器組成。
  1. 加熱系統:通常采用電加熱方式,加熱元件多為電阻絲或加熱管。當需要升高箱內溫度時,控制器發出指令,加熱元件通電發熱,通過空氣循環系統將熱量均勻擴散到箱內各個區域。加熱功率的大小由控制器根據實時溫度與設定溫度的差值進行調節,以實現精確的溫度控制。

  1. 制冷系統:制冷原理基于逆卡諾循環,主要包括壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流裝置。壓縮機將制冷劑(如氟利昂)壓縮成高溫高壓的氣體,送入冷凝器。在冷凝器中,制冷劑向外界環境釋放熱量,冷卻并凝結成液體。然后,液體制冷劑通過節流裝置(如毛細管)降壓降溫,進入蒸發器。在蒸發器中,制冷劑吸收箱內的熱量,蒸發成氣體,從而降低箱內溫度。蒸發后的制冷劑氣體再次被壓縮機吸入,完成一個制冷循環。制冷系統的運行由控制器根據溫度傳感器的反饋信號進行控制,當箱內溫度高于設定值時,啟動制冷系統;當溫度達到設定值時,停止或調整制冷強度。

  1. 溫度傳感器:常用的有熱電偶、熱電阻等,用于實時檢測箱內溫度,并將溫度信號轉換為電信號傳輸給控制器。控制器根據接收到的溫度信號與設定溫度進行比較,計算出溫度偏差,然后輸出相應的控制信號給加熱或制冷系統,實現溫度的閉環控制。

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(二)濕度控制系統
濕度控制主要通過加濕和除濕兩個過程來實現,常見的加濕方式有蒸汽加濕和超聲波加濕,除濕方式有冷凝除濕和轉輪除濕。
  1. 加濕系統

  • 蒸汽加濕:通過電加熱將水加熱至沸騰,產生蒸汽,然后將蒸汽引入箱內,增加箱內濕度。蒸汽發生器通常配備水位控制裝置,以確保有足夠的水用于產生蒸汽。控制器根據濕度傳感器的反饋信號,控制蒸汽發生器的啟停和蒸汽量的大小,從而實現對箱內濕度的精確調節。

  • 超聲波加濕:利用超聲波換能器將電能轉換為機械能,產生高頻振動,將水霧化成微小水滴,然后通過風扇將水霧送入箱內,使水霧蒸發從而增加濕度。超聲波加濕具有加濕速度快、效率高、控制精度高等優點。

  1. 除濕系統

  • 冷凝除濕:當箱內濕度較高時,降低蒸發器的溫度,使其低于箱內空氣的露點溫度,空氣中的水蒸氣便會在蒸發器表面凝結成水滴,然后通過排水裝置排出箱外,從而降低箱內濕度。冷凝除濕通常與制冷系統相結合,在制冷的同時實現除濕功能。

  • 轉輪除濕:轉輪除濕機的核心是一個裝有吸濕劑(如硅膠、分子篩)的轉輪,轉輪在電機的驅動下緩慢轉動。當潮濕空氣通過轉輪的吸濕區時,空氣中的水蒸氣被吸濕劑吸收,干燥后的空氣進入箱內;而轉輪的再生區則通過加熱的空氣將吸濕劑吸附的水分帶走,排入外界環境,使轉輪恢復吸濕能力。轉輪除濕適用于低濕度要求的環境,具有除濕效率高、穩定性好等優點。

  1. 濕度傳感器:常用的有電容式濕度傳感器、電阻式濕度傳感器等,用于檢測箱內濕度,并將濕度信號轉換為電信號傳輸給控制器。控制器根據濕度設定值和實際檢測值,控制加濕或除濕系統的運行,實現濕度的閉環控制。

  2. (三)控制系統
  3. 控制系統是小型環境試驗箱的大腦,它負責接收用戶的設定指令,采集傳感器的反饋信號,對加熱、制冷、加濕、除濕、空氣循環等系統進行控制,實現對箱內環境參數的精確調節和穩定保持。控制系統通常采用微處理器或可編程邏輯控制器(PLC)作為核心控制單元,結合相應的控制算法(如 PID 控制算法),對環境參數進行實時控制。同時,控制系統還具備人機交互界面,用戶可以通過界面設定試驗參數、查看實時數據、設置報警閾值等。當箱內環境參數超出設定范圍或設備出現故障時,控制系統會發出報警信號,提醒用戶進行處理。

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