CN102455714B - 环境试验箱的湿度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境试验箱的湿度控制系统，包括加湿部分、除湿部分和控制部分，控制部分包括监控计算机、控制站以及报警器，监控计算机将用户的各种操作通过串口通讯通知控制站并接收控制站返回的各种参数如湿度、加湿输出、除湿输出、报警输出等，控制站分别与温度传感器、报警器，超声波加湿部分和氮气除湿部分电连接，本发明通过增加超声波加湿部分和氮气除湿部分，有效地解决了蒸汽加湿法中过热蒸汽的问题，不需要将水烧开的过程，缩短了加湿时间，系统反应更加灵敏，而氮气除湿部分结构简单，减少试验箱内的积水现象。

Description

环境试验箱的湿度控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于环境试验领域，具体来说，本发明涉及一种在温度试验箱上增加湿度功能的控制系统和控制方法，该方法可用于温度试验箱的湿度控制，采用不同于现有环境试验箱的加湿、除湿方法，使温度试验箱改造成温湿度试验箱。

背景技术

为了检验电子电工产品的环境适应性，通常需要进行湿热试验。国标、国军标和各个行业都制定了相关试验标准。湿热试验一般是在环境试验箱内完成的，环境试验箱通过湿度控制系统控制，使箱内湿度值满足试验条件要求。

通常，现有的湿度控制系统包括加湿部分、除湿部分和控制部分，控制部分采用特定的算法对湿度设定值和测量值进行计算，并根据计算结果，开启加湿部分给箱内加湿，或者开启除湿部分给箱内除湿。其中，控制部分负责采集湿度传感器输入信号，输出加湿或除湿信号，一般采用PID算法对测量值和设定值进行计算；而加湿部分目前在交变湿热试验箱中常用的加湿方法有蒸汽加湿和浅水盘加湿。

蒸汽加湿法，水汽的饱和压力随着水温的升高而升高，当水温高至沸点时，加湿蒸汽锅炉就会喷出蒸汽，向试验箱内加湿，由于蒸汽加湿设备构造简单，控制方便，因此在交变湿热温度箱中被广泛使用。在大多数情况下蒸汽的温度高于试验工况要求的温度，这时高温高湿的蒸汽和低温的空气混合后，一部分水汽会凝结成水并放出大量的热量，为了平衡这一部分热量往往需要开启压缩机制冷，当压缩机蒸发器温度过低时会结霜，这会影响压缩机的制冷能力，从而导致压缩机增大制冷量来使箱内温度保持在设定值，随着制冷量的增大，蒸发器温度会更低，在做低温高湿试验时，会产生结冰现象。

浅水盘加湿法，在试验箱内放置表面足够大的水盘，在水盘中放置了加热器。水面的水汽可通过扩散和对流质交换向空气中不断地补充水汽，而通过这种形式的加湿水汽不过热。但是由于水盘的面积不可做到很大，因此扩散和对流质交换并不十分剧烈。通过适当地加热水盘的水，使其高于试验箱内的试验温度，这时水盘表面层随着温度升高，水汽压力升高，与箱内空气中水汽分压之差增加，加剧了水汽扩散和对流质交换。在满足试验箱加湿要求的同时，水盘中的水温不会过高，水汽的过热量有明显下降。这种方法的不足之处在于当试验样品发热量较大时，制冷机需要不断工作以使箱内温度满足要求，但难以满足高湿条件要求。

而就除湿部分来说，目前应用最为广泛的为冷凝除湿法，通过将空气中的水汽在压缩机蒸发器冷凝为水，而降低箱内空气湿度。但在低温高湿试验时，会在冷凝器上大量结霜。

发明内容

本发明的目的在于提供不同于现有环境试验箱的加湿、除湿方法，在温度试验箱上增加湿度功能，使温度试验箱改造成温湿度试验箱。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种环境试验箱的湿度控制系统，包括加湿部分、除湿部分和控制部分，控制部分包括监控计算机、控制站以及报警器，监控计算机将用户的各种操作通过串口通讯通知控制站并接收控制站返回的各种参数如湿度、加湿输出、除湿输出、报警输出等，控制站分别与温度传感器、报警器，加湿部分和除湿部分电连接，其特征在于，加湿部分为超声波加湿部件，除湿部分为氮气除湿部分。

所述超声波加湿部分包括电加热器、加湿罐、储水罐、电磁阀和水位开关，加湿罐由超声波雾化器和水汽汽化腔构成，空气经过电加热器后进入加湿罐的水汽汽化腔，超声波雾化器由压电陶瓷材料制成的高频振荡器(即换能器)和激振电路组成，换能器设置在加湿罐的底部，并在超声波作用下产生均匀雾状水粒，空气经电加热器加热后进入加湿罐的水汽汽化腔，与雾化后的水粒混合，雾状水粒吸热后汽化，从加湿罐上部管道进入试验箱，电磁阀对进入的水汽进行开关控制以及水位开关对加湿罐内的水位进行控制。

所述氮气除湿部分包括液氮杜瓦、电磁阀和管道，液氮在杜瓦中汽化为氮气，控制电磁阀打开时，氮气通过连接管道进入试验箱，在试验箱内与箱内空气充分混合后排出试验箱，降低箱内空气湿度。

其中，所述控制站还电连接有温度传感器以及温度控制单元。

其中，控制站包括PLC控制器、扩展模块和继电器，PLC通过串口接收执行监控计算机发出的各种指令；并通过扩展模块中的AI模块采集湿度传感器信号，进行转换处理，用于湿度控制，同时上传给监控计算机；通过扩展模块中的DO和DI模块进行加湿水水位控制；通过继电器进行报警输出；运行PID算法，根据计算结果，采用占空比方式控制加湿部分和除湿部分。

其中，湿度传感器固定在试验箱内部，测量箱内空气湿度值并转换为0～5V电压信号，输出给控制站AI模块。

其中，监控计算机安装组态软件，提供人机接口，采用图形化的方式，显示湿度曲线并将用户各种操作通过串口通讯通知控制站，并接收控制站站返回的各种参数。

其中，本发明的环境试验箱的湿度控制系统具有湿度的手动控制和程序控制两种模式。

一种采用上述系统进行湿度控制的方法，包括以下步骤：

通过控制站将湿度传感器输出信号转换为湿度测量值，控制站与监控计算机进行通讯，获取湿度设定值、PID等控制参数，控制站进行PID运算，运算结果通过DO模块输出，DO模块通过继电器控制超声波加湿部分和氮气除湿部分，同时历史数据在计算机上进行存储，当测控的参数超过报警设置的上下限时，控制站输出给报警器，驱动报警器声光报警，并进行相应的加湿过程和除湿过程，其中，

加湿过程包括：当控制站输出加湿信号后，超声波加湿器开始工作，电磁阀开启，产生的水汽通过电磁阀进入试验箱；

除湿过程包括：当控制站输出除湿信号后，氮气电磁阀打开，氮气通过管道进入试验箱，然后从试验箱的排气孔排出，同时带走箱内空气中一部分水汽。

本发明通过增加超声波加湿部分和氮气除湿部分，有效地解决了蒸汽加湿法中过热蒸汽的问题，不需要将水烧开的过程，缩短了加湿时间，系统反应更加灵敏，而氮气除湿部分结构简单，减少试验箱内的积水现象。

附图说明

图1是本发明的环境试验箱的湿度控制系统示意图。

图2是本发明的环境试验箱的湿度控制系统中的超声加湿部分的结构示意图。

图3是本发明的环境试验箱的湿度控制系统中氮气除湿部分的示意图。

图4是本发明的环境试验箱的湿度控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1示出了本发明的环境试验箱的湿度控制系统示意图。其中，本发明的环境试验箱的湿度控制系统包括加湿部分、除湿部分和控制部分，控制部分包括监控计算机、控制站以及报警器，监控计算机将用户的各种操作通过串口通讯通知控制站并接收控制站返回的各种参数如湿度、加湿输出、除湿输出、报警输出等，控制站分别与温度传感器、报警器，加湿部分和除湿部分电连接，其特征在于，加湿部分为超声波加湿部件，除湿部分为氮气除湿部分，

如图2所示，其中的超声波加湿部分包括电加热器、加湿罐、储水罐、电磁阀和水位开关，加湿罐由超声波雾化器和水汽汽化腔构成，空气经过电加热器后进入加湿罐的水汽汽化腔，超声波雾化器由压电陶瓷材料制成的高频振荡器(即换能器)和激振电路组成，换能器设置在加湿罐的底部，并在超声波作用下产生均匀雾状水粒，空气经电加热器加热后进入加湿罐的水汽汽化腔，与雾化后的水粒混合，雾状水粒吸热后汽化，从加湿罐上部管道进入试验箱，电磁阀对进入的水汽进行开关控制以及水位开关对加湿罐内的水位进行控制。图3示出了本发明的环境试验箱的湿度控制系统中氮气除湿部分，其中的氮气除湿部分包括液氮杜瓦、电磁阀和管道，液氮在杜瓦中汽化为氮气，控制电磁阀打开时，氮气通过连接管道进入试验箱，在试验箱内与箱内空气充分混合后排出试验箱，降低箱内空气湿度。此外，控制站还电连接有温度传感器以及温度控制单元，以便实现温度和湿度同时控制的功能。

具体来说，控制站包括PLC控制器、扩展模块和继电器，PLC通过串口接收执行监控计算机发出的各种指令；并通过扩展模块中的AI模块采集湿度传感器信号，进行转换处理，用于湿度控制，同时上传给监控计算机；通过扩展模块中的DO和DI模块进行加湿水水位控制；通过继电器进行报警输出；运行PID算法，根据计算结果，采用占空比方式控制加湿部分和除湿部分。在一实施方式中，湿度传感器固定在试验箱内部，测量箱内空气湿度值并转换为0～5V电压信号，输出给控制站AI模块。

其中，监控计算机安装组态软件，提供人机接口，采用图形化的方式，显示湿度曲线并将用户各种操作通过串口通讯通知控制站，并接收控制站站返回的各种参数。

本发明的环境试验箱的湿度控制系统具有湿度的手动控制和程序控制两种模式。

本发明的采用上述系统进行湿度控制的方法，包括以下步骤：(参照图4的流程图对控制方法进行修改)

控制站采集湿度传感器输出信号，获得当前湿度测量值；

控制站与监控计算机进行通讯，获取控制系统的湿度设定值、PID参数等控制参数，进行PID运算，计算出加湿或除湿的功率比；

当控制站测控的参数超过报警设置的上下限时，控制站输出给报警器，驱动报警器声光报警；

控制站进行水位控制，使加湿罐中水位处于合适高度；

控制站根据PID运算的结果以占空比模式控制加湿或者除湿输出，加湿输出时，超声波加湿器开始工作，电磁阀开启，产生的水汽通过电磁阀进入试验箱；除湿输出时，氮气电磁阀打开，氮气通过管道进入试验箱，然后从试验箱的排气孔排出，同时带走箱内空气中一部分水汽；

控制站将采集的数据，PID运算结果，报警输出和各继电器的状态上传至监控计算机，进行实时显示和历史数据存储。

本发明的控制系统和控制方法需要增加超声波加湿部分和氮气除湿部分。超声波加湿解决了蒸汽加湿法中过热蒸汽的问题，不需要将水烧开的过程，缩短了加湿时间，且系统反应更加灵敏。而氮气除湿，结构简单，减少试验箱内积水现象。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (4)

1.一种环境试验箱的湿度控制系统，包括加湿部分、除湿部分和控制部分，控制部分包括监控计算机、控制站以及报警器，监控计算机将用户的各种操作通过串口通讯通知控制站并接收控制站返回的各种参数，控制站分别与温度传感器、报警器，加湿部分和除湿部分电连接，其特征在于，加湿部分为超声波加湿部件，除湿部分为氮气除湿部分；

所述超声波加湿部分包括电加热器、加湿罐、储水罐、电磁阀和水位开关，加湿罐由超声波雾化器和水汽汽化腔构成，空气经过电加热器后进入加湿罐的水汽汽化腔，超声波雾化器由压电陶瓷材料制成的高频振荡器和激振电路组成，高频振荡器设置在加湿罐的底部，并在超声波作用下产生均匀雾状水粒，空气经电加热器加热后进入加湿罐的水汽汽化腔，与雾化后的水粒混合，雾状水粒吸热后汽化，从加湿罐上部管道进入试验箱，电磁阀对进入的水汽进行开关控制以及水位开关对加湿罐内的水位进行控制；

所述氮气除湿部分包括液氮杜瓦、电磁阀和管道，液氮在杜瓦中汽化为氮气，控制电磁阀打开时，氮气通过连接管道进入试验箱，在试验箱内与箱内空气充分混合后排出试验箱，降低箱内空气湿度；所述控制站还电连接有温度传感器以及温度控制单元；

其中，控制站包括PLC控制器、扩展模块和继电器，PLC通过串口接收执行监控计算机发出的各种指令；并通过扩展模块中的AI模块采集湿度传感器信号，进行转换处理，用于湿度控制，同时上传给监控计算机；通过扩展模块中的DO和DI模块进行加湿水水位控制；通过继电器进行报警输出；运行PID算法，根据计算结果，采用占空比方式控制加湿部分和除湿部分。

2.如权利要求1所述的控制系统，其中，湿度传感器固定在试验箱内部，测量箱内空气湿度值并转换为0～5V电压信号，输出给控制站AI模块。

3.如权利要求1所述的控制系统，其具有湿度的手动控制和程序控制两种模式。

4.一种采用如权利要求1-3任一项所述的控制系统进行湿度控制的方法，包括以下步骤：

通过控制站将湿度传感器输出信号转换为湿度测量值，控制站与监控计算机进行通讯，获取湿度设定值、PID控制参数，控制站进行PID运算，运算结果通过DO模块输出，DO模块通过继电器控制超声波加湿部分和氮气除湿部分，同时历史数据在计算机上进行存储，当测控的参数超过报警设置的上下限时，控制站输出给报警器，驱动报警器声光报警，并进行相应的加湿过程和除湿过程，其中，加湿过程包括：当控制站输出加湿信号后，超声波加湿器开始工作，电磁阀开启，产生的水汽通过电磁阀进入试验箱；

除湿过程包括：当控制站输出除湿信号后，氮气电磁阀打开，氮气通过管道进入试验箱，然后从试验箱的排气孔排出，同时带走箱内空气中一部分水汽。