CN112604720B - 一种恒温恒湿试验箱及快速调温调湿控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种恒温恒湿试验箱箱及快速调温调湿控制方法，包括：换热器、混合器和冷热源提供装置，所述冷热源提供装置分别用于设置不同目标温度热交换介质，混合器连接各个冷热源提供装置及换热器，混合器用于根据所需温度按比例混合不同温度的冷源或热源介质获得目标温度的热交换介质通入换热器；还包括驱动风机和可调加湿器，所述风机驱动工作环境中的气体流通，通过换热器以及可调加湿器配合，调节箱内环境温湿度。设置不同温度的冷热源提供装置，通过混合器获得不同配比的冷热源混合物，将高温热源与低温冷源混合可以快速获得露点温度的热交换源，提供给换热器用于热量交换，为换热器的工作提供合适温度的热交换源，实现快速降温或升温。

Description

一种恒温恒湿试验箱及快速调温调湿控制方法

技术领域

本公开涉及恒温恒湿试验箱相关技术领域，具体的说，是涉及一种恒温恒湿试验箱及快速调温调湿控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

现有技术中，通常采用恒温恒湿试验箱为航天、航空、石油、化工、汽车、电子、通讯等领域产品生产提供恒温恒湿变化环境，或者对整机、仪器、材料等做温湿度测试，考核产品的适应性，从而判断生产的产品功能是否正常。现有的恒温恒湿试验箱，温度的调整和控制一般是通过加热器或者冷却器进行调节，在对产品进行测试时，往往需要消耗大量的时间来调节所需的温度以及(相对)湿度。浪费了大量的时间，导致测试效率低，不利于产品的大批量快速测试。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种恒温恒湿试验箱及快速调温调湿控制方法，通过快速获得与要求温度匹配的换热器热交换流体，实现温度和湿度的快速调节。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开的第一方面的目的是提供一种恒温恒湿试验箱，包括：换热器、混合器和冷热源提供装置，所述冷热源提供装置用于设置不同温度热交换介质，混合器连接各个冷热源提供装置及换热器，混合器用于根据所需温度按比例混合不同温度的冷源或热源介质获得目标温度的热交换介质通入换热器；

还包括驱动风机和可调加湿器，所述风机驱动工作环境中的气体流通，通过换热器以及可调加湿器配合，调节箱内环境温湿度。

本公开的第一方面的目的是提供基于上述的一种恒温恒湿试验箱的快速调温调湿控制方法，包括高温高湿状态模式，调整步骤如下：

快速升温：根据目标温度获得各个冷热源提供装置的热源提供配比，调节通入混合器的流量，将混合溶液传输至换热器；打开可调加湿器进行加湿；

当恒温恒湿试验箱温湿度接近目标值时，调节加湿器加湿量控制试验箱内湿度；同时温度控制器调节高低温液体流量，改变换热器的温度，控制试验箱内温度，最终获得预期高温高湿环境。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开通过设置不同温度的冷热源提供装置，通过混合器获得不同配比的冷热源混合物，将高温热源与低温冷源混合可以快速获得露点温度的热交换源，提供给换热器用于热量交换，为换热器的工作提供合适温度的流体介质，实现快速降温或升温。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是根据本公开实施例1的装置的框图；

其中，1、低温液体罐，2、高温液体罐，3、输入通道，4、换热器，5、输出通道，6、驱动风机，7、工作环境，8、可调加湿器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种恒温恒湿试验箱，包括：换热器4、混合器和冷热源提供装置，所述冷热源提供装置为至少两个，分别用于设置不同目标温度热交换介质，混合器连接各个冷热源提供装置及换热器，混合器用于根据所需温度按比例混合不同温度的冷源或热源介质获得目标温度的热交换介质通入换热器4；

还包括驱动风机6和可调加湿器8，所述风机驱动工作环境中的气体流通，通过换热器4以及可调加湿器8配合，调节箱内环境温湿度。

本实施例通过设置不同温度的冷热源提供装置，通过混合器获得不同配比的冷热源混合物，将高温热源与低温冷源混合可以快速获得露点温度的热交换源，提供给换热器用于热量交换，为换热器的工作提供合适温度的热交换源，实现快速降温或升温。

作为一个可实现的方式，所述冷热源提供装置至少为两个，冷热源提供装置可以设置为液体罐，至少包括高温液体罐2和低温液体罐1，所述高温和低温为相对温度，即为其中高温液体罐2的温度大于低温液体罐1的温度。

可设置的，所述高温液体罐的温度可以设置为大于80℃，所述低温液体罐的温度可以设定为小于10℃，混合后可以获得两个目标温度之间的液体温度。

在一些实施例中，所述冷热源提供装置还设置有加热装置和冷却装置，分别用于为冷热源提供装置加热或降温使得冷热源提供装置内部的温度稳定在设定的范围内。

可选的，所述加热装置可以为加热丝，所述降温装置采用蒸汽压缩制冷降温，可以采用液氨作为制冷剂，对液体罐中的液体进行调温，通常调节幅度较小，温度变化较小是就可以开始调温。

具体的，液氨降温由压缩机启动，为制冷剂的运动提供动力，推动气态氨气在高压环境下液化，吸收热量进而冷却液体罐。

具体的，加热装置可以采用任意的加热装置，可以设置为包括通过导体连接的多个加热单体。

可选的，加热单体结构可以为内置电阻丝，外层设置金属丝增强耐火纤维层，所述导体可以采用金属丝。

具体的，加热电阻丝和金属丝增强耐火纤维层紧密结合，可以组成整体可随意弯折并可与被加热件紧密接触的直接加热单体，加热单体按加热物件的形状、大小反复并绕形成带片状，然后用金属丝将多条并列单体横向穿编在一起，形成可直接围包在被加热物体上。

可选的，所述混合器包括输入通道3和输出通道5，所述输入通道3包括设置在混合器与各个冷热源提供装置的连通管道上的第一阀门和第一水泵，设置混合器内部的混合腔，以及设置在混合腔内的温度检测器，还包括温度控制器，所述温度控制器分别与温度检测器、第一水泵和第一阀门连接，用于可调节高低温液体的配比，快速混合调温输入换热器4。

可选的，所述输出通道5包括设置在换热器4连接混合器相通管道上或者设置在混合器与各个冷热源提供装置的连通管道上第二阀门、循环水泵以及流量控制器，所述流量控制器分别与第二阀门及循环水泵连接，通过流量控制器控制循环水泵，从而控制换热器4内液体的输出流速。

进一步地，还包括液位传感器，液位传感器设置在所述冷热源提供装置内用于检测液位，所述液位传感器与流量控制器连接，用于控制换热器流出液体的流速及通向各个冷热源提供装置的循环水泵的工作状态，确保所有高低温液体罐液位在设定的范围内。

温度控制器控制输入通道3的流速和比例，用于可调节高低温液体的配比，快速混合调温输入换热器4，同时设置用于混合液体的混合腔，在通入换热器4之前可以充分混合，提高温度控制的准确度。流量控制器用于控制输出通道5的流速，在混合器的输出通道上只设置了流通管道，直接连接换热器4和冷热源提供装置，设置循环水泵和第二阀门控制液体的回流。

在一些实施例中，高温液体罐2与低温液体罐1在保证温度满足工业要求的情况下应考虑冰点、沸点，如乙二醇等。

风机7选取小功率，保证气体流动匀速缓慢。

可选的，所述恒温恒湿试验箱内的工作环境7设置为密闭的空间，可以减少仪器检测不必要的干扰。可选的，所述换热器4、驱动风机和可调加湿器设置在密闭的箱体内，并与工作环境7形成气体循环通路。

进一步地，试验箱内的工作环境7为实验或者测试用环境，温湿度表放置在工作环境7中进行性能测试，可以理解的，工作环境7中设置有温度传感器和湿度传感器，用于检测工作环境7内实际温度和湿度。

换热器4由液体管道与换热盘管构成，用于快速改变气体的温度。

可调加湿器8增加气体的绝对湿度，内部设计有阀门，可以调节加湿速率。加湿环节空气流通应保持缓速，确保气体为充分加湿。

实施例2

本实施例提供实施例1所述的一种恒温恒湿试验箱的快速调温调湿控制方法，包括：控制模式的确定，通过比较当前温湿度和目标温湿度确定控制模式。

具体的控制模式的确定方法，如下：

根据恒温恒湿试验箱的当前温度和当前湿度分别为T₀和

目标温度和湿度分别为T₁和

可计算出当前恒温恒湿试验箱内当前含湿量H₀和目标含湿量H₁，当前含湿量H₀对应的露点温度T_d0，目标含湿量H₁对应的露点温度T_d1，具体的，比较过程如下：

T₀＝T₁,且H₀＜H₁：加湿模式；

T₀＝T₁,且H₀＞H₁：减湿模式；

H₀＝H₁,且T₀＜T₁：升温模式；

H₀＝H₁,且T₀＞T₁：降温模式；

T₀＜T₁,且H₀＜H₁：升温加湿模式；

T₀＜T₁,且H₀＞H₁：升温减湿模式；

T₀＞T₁,且H₀＜H₁：降温加湿模式；

T₀＞T₁,且H₀＞H₁：降温减湿模式；

升温加湿模式控制方法，可以用于达到高温高湿状态模式，包括如下调整步骤：

第一阶段，快速升温：将热源提供装置的热交换介质输送至换热器4；打开可调加湿器8，使工作环境7快速升温加湿。本实施例的快速升温阶段，直接用最高的流体温度，减少升温时间。

第二阶段，当试验箱温湿度接近目标值时，调节加湿器8加湿量控制试验箱内湿度；同时温度控制器调节高低温液体流量，根据目标温度与当前温度的差值，获得各个冷热源提供装置的热源提供配比，调节通入混合器的流量，将混合溶液传输至换热器4，控制试验箱内温度，最终获得预期高温高湿环境。

进一步的技术方案，还包括升温减湿模式控制方法，可以用于获得高温低湿状态模式，包括如下调整步骤：

第一阶段：降温达到目标湿度对应的露点温度：温度控制器调节高低温液体流量，进而改变换热器4的温度，使之工作在低于目标温度对应的露点温度T*，直到T＝T*。

第二阶段：升温阶段，改变混合器内的液体混合比例提高换热器4的温度，快速升温达到目标温度，可调加湿器8的加湿量控制湿度达到目标湿度，最终获得预期高温低湿环境。

本实施例对于高温低湿状态模式控制，通过先加湿及小流量的降温，先控制绝对湿度达到要求然后再快速升温，可以提高湿度控制的稳定性及减少加热过程对湿度控制的难度。

进一步的技术方案，进一步的技术方案，还包括降温加湿模式控制方法，可以用于实现低温高湿状态模式，包括如下调整步骤：

第一阶段：快速降温：将冷源提供装置中的低温介质输送至换热器从而改变换热器4的温度，使之工作在低温条件下，可调加湿器8停止使用。使工作环境7快速降温。

第二阶段：试验箱温度接近目标温度时，调节可调加湿器8加湿量；根据目标温度与当前温度的差值，获得各个冷热源提供装置的热源提供配比，调节通入混合器的流量，将混合溶液传输至换热器4，控制试验箱内温湿度，最终获得预期低温高湿环境。

本实施例对于低温高湿状态模式控制，在降温过程中关闭加湿器可以减少气体冷凝，温度降到设定值开始加湿，可以提高加湿效率。

进一步的技术方案，还包括降温减湿模式控制方法，可以用于低温低湿状态模式，包括如下调整步骤：

第一阶段：快速降温。改变混合器内的液体混合比例从而改变换热器4的温度，使之工作在低于目标湿度对应的露点温度T*’，直到T＝T*’,调节可调加湿器8加湿量控制试验箱内绝对湿度。

第二阶段：停用可调加湿器8，改变混合器内的液体混合比例改变换热器4的温度，快速升温。

此阶段的混合比例设置可以设置热源提供装置的输入流量为零，将冷源提供装置中的低温介质输送至换热器从而改变换热器4的温度。

第三阶段：试验箱温湿度接近目标时，改变混合器内的液体混合比例改变换热器4的温度，到达目标温度，最终获得预期低温低湿环境。

本实施例设置先分为第一阶段和第二阶段的优点是实现快速降温减湿，第二阶段快速降温过程中关闭加湿器8，可以减少气体的冷凝量。

升温减湿模式和降温减湿湿状态模式调整过程中，变温过程中气体状态变化存在中间状态，使得温度达到露点温度T*’或T*，露点温度的确定方法为：相对湿度达到100％，绝对湿度为待达到的湿度，通过温度、相对湿度、绝对湿度三者对应关系表格，确定露点温度。

上述各个模式中，检测到的湿度为相对湿度，可选的，可以通过比较绝对湿度，判断是否需要开启加湿器8。根据绝对湿度的实际值进行调整提高了温度调节的准确性。

露点温度及绝对湿度，具体的计算过程如下：

绝对湿度是指一定体积内的水蒸气质量。

公式为H＝C*Pw/T(g/m*3)

式中，H为绝对湿度，C为常数，数值为216.679gK/J，Pw为蒸汽压力，单位为hPa，T为温度，单位为K。

相对湿度是指空气饱和时相对于空气中所含的量的百分比：

RH＝H/A

式中，RH为相对湿度，H为实际水蒸汽密度，A为饱和空气密度。

首先是理论计算，要获取当前气体的温度T1、相对湿度RH1的具体数据。可以由温度、相对湿度、绝对湿度三者对应关系表格，获知当前状态下气体的绝对湿度H1。同时，通过预期气体的温度T2、相对湿度RH2计算绝对湿度H2。气体状态变化的程通常需要有一个中间状态，它需要满足相对湿度RH*＝100％，绝对湿度H*＝H2，进而计算出对应的温度T*。

在实际操作中，判断绝对湿度H1与H2的大小，若H1>H2，则不需要使用可调加湿器8，反之则打开可调加湿器。改变换热器4的温度，使工作环境中的气体温度经历一个变温过程，为：T1—>T*—>T2。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种恒温恒湿试验箱，其特征是：包括：换热器、混合器和冷热源提供装置，所述冷热源提供装置为至少两个，冷热源提供装置设置为液体罐，至少包括高温液体罐和低温液体罐，其中高温液体罐内液体的温度大于低温液体罐的液体温度，分别用于设置不同目标温度热交换介质，混合器连接各个冷热源提供装置及换热器，混合器用于根据所需温度按比例混合不同温度的冷源或热源介质获得目标温度的热交换介质通入换热器；所述混合器包括输入通道和输出通道，所述输入通道包括设置在混合器与各个冷热源提供装置的连通管道上的第一阀门和第一水泵，设置混合器内部的混合腔，以及设置在混合腔内的温度检测器，还包括温度控制器，所述温度控制器分别与温度检测器、第一水泵和第一阀门连接，温度控制器用于调节高低温液体的配比，混合调温后输入换热器；

还包括驱动风机和可调加湿器，所述风机驱动工作环境中的气体流通，通过换热器以及可调加湿器配合，调节试验箱内环境温湿度，实现升温减湿模式控制和降温减湿模式控制；具体的：

升温减湿模式控制调整步骤：

降温达到目标湿度对应的露点温度：温度控制器调节高低温液体流量，进而改变换热器的温度，使之工作在低于目标温度对应的露点温度T*，直到T= T*；

升温阶段：改变混合器内的液体混合比例提高换热器的温度，快速升温达到目标温度，可调加湿器的加湿量控制湿度达到目标湿度，最终获得预期高温低湿环境；

降温减湿模式控制调整步骤：

快速降温：改变混合器内的液体混合比例从而改变换热器的温度，使之工作在低于目标湿度对应的露点温度T*^’，直到T=T*^’,调节可调加湿器加湿量控制试验箱内绝对湿度；

停用可调加湿器，根据目标温度调整混合器内的液体混合比例改变换热器的温度，进行快速升温；

试验箱温湿度接近目标时，改变混合器内的液体混合比例改变换热器的温度，使之工作在预设温度下，控制试验箱内温湿度，最终获得预期低温低湿环境。

2.如权利要求1所述的一种恒温恒湿试验箱，其特征是：所述冷热源提供装置还设置有加热装置和冷却装置，分别用于为冷热源提供装置加热或降温使得冷热源提供装置内部的温度稳定在设定的范围内。

3.如权利要求1所述的一种恒温恒湿试验箱，其特征是：所述输出通道包括设置在换热器连接混合器相通管道上，或者设置在混合器与各个冷热源提供装置的连通管道上第二阀门、循环水泵以及流量控制器，还包括液位传感器，液位传感器设置在所述冷热源提供装置内用于检测液位，所述流量控制器分别与第二阀门、液位传感器及循环水泵连接；流量控制器根据液位数据控制循环水泵，控制换热器内液体的输出流速。

4.如权利要求1所述的一种恒温恒湿试验箱，其特征是：所述试验箱内的工作环境设置为密闭的空间，所述换热器、驱动风机和可调加湿器设置在密闭的箱体内，并与工作环境7形成气体循环通路。

5.基于权利要求1-4任一项所述的一种恒温恒湿试验箱的快速调温调湿控制方法，其特征是，升温加湿模式控制方法，调整步骤如下：

快速升温：将热源提供装置的热交换介质输送至换热器；打开可调加湿器，使工作环境快速升温加湿；

当试验箱温湿度接近目标值时，调节加湿器加湿量控制箱内湿度；同时温度控制器根据目标温度与当前温度的差值，获得各个冷热源提供装置的热源提供配比，调节通入混合器的流量，将混合溶液传输至换热器，控制试验箱内温度，最终获得目标高温高湿环境。

6.如权利要求5所述的快速调温调湿控制方法，其特征是：还包括降温加湿模式控制方法，包括如下调整步骤：

快速降温：将冷源提供装置中的低温介质输送至换热器从而改变换热器的温度，使之工作在低温条件下，停用可调加湿器；

试验箱温湿度接近目标时，根据设定湿度调节可调加湿器的加湿量，根据目标温度与当前温度的差值，获得各个冷热源提供装置的热源提供配比，调节通入混合器的流量，将混合溶液传输至换热器，控制试验箱内温湿度，最终获得预期低温高湿环境。

7.如权利要求5所述的快速调温调湿控制方法，其特征是：高温低湿状态模式和低温低湿状态模式调整过程中，变温过程中气体状态变化存在中间状态，使得温度达到露点温度T*^’或 T*，露点温度的确定方法为：相对湿度达到100%，绝对湿度为待达到的预期湿度，通过温度、相对湿度、绝对湿度三者对应关系表格，确定露点温度。

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