高低溫交變濕（shī）熱試驗箱是國防、航天、汽車、電子、電器、儀器（qì）儀表、材料、化工、食品及製藥等（děng）領域（yù）廣泛應用的測（cè）試設備，供用戶對整機（或部件）、電（diàn）器、儀（yí）器、材料、塗層、鍍層等作相應的高低溫漸變試（shì）驗.濕熱試（shì）驗、耐寒與（yǔ）耐高溫試驗等，對（duì）試樣在特定環境條件下的性能、適應（yīng）性作出分析及評價，是科學研究和生產過程必（bì）不可少（shǎo）的重要試（shì）驗設備。
    據相關調查統計，高低溫濕（shī）熱試驗箱是需求廣泛的環境試驗設備之一。由於生產和科研（yán）需求的（de）增加，溫濕度的要求（qiú）範圍越來越大，控製精度要（yào）求也越（yuè）來越高，傳統的高低（dī）溫（wēn）濕熱試驗箱已不能滿足現代社（shè）會發展的需求。因此，本（běn）文利用R404A作為製冷工質，采用單級壓縮製冷、PID控製和電加熱蒸汽加濕技術，結合空（kōng）氣循環優化，構建了高精度高低溫交（jiāo）變濕熱試驗箱，並對其溫濕度性能進行了實驗研究。

    1、製冷工質的選擇

    氟利昂根據其要素構成分為三類：一是氯（lǜ）氟烴類，簡稱CFC，這類氟（fú）利昂分（fèn）子中含有兩個或三個氯離子；二是氫氯氟烴類，簡稱HCFC，這類氟利（lì）昂分（fèn）子中含有-一個或兩個氯分子：三是氫氟烴類，簡稱（chēng）HFC，這類氟利昂中不含氯離子。根據《蒙特利爾議定書》的（de）規定（dìng），發達國家CFC類產品1996年1月1日停用，HCFC類產品2030年1月1日停用（yòng）。發展中國家CFC類產品2010年全部停止使用： HCFC類產（chǎn）品2016年開始受限，2040 年（nián）全部停止使用。《京都議定書》規定，二氧（yǎng）化碳、甲（jiǎ）烷、氧化亞氮、HFC類產品、氫氟碳化合物和六氟化硫等6類（lèi）氣體均屬於（yú）溫室氣體，對發達（dá）國（guó）家提出了減少溫室氣體排放要求。為滿足（zú）高（gāo）低溫交變濕熱（rè）試驗箱的低溫環境要求，兼顧製（zhì）冷係統性能及壓縮機工作的可靠性，本文選擇R404A作為製冷劑（jì）。R404A由HFC143、HFC125、HFC134a組成，其物理性質見表1。

    2、實驗裝置（zhì）與實驗（yàn）

     圖（tú）1為 高低溫交變濕熱試驗箱裝置原理（lǐ）圖。該實驗裝置主要包括（kuò）製冷係統、加熱係統、加濕係統、控製（zhì）和數據測量與采集（jí）係統。製（zhì）冷係統（tǒng）由壓縮機、；冷凝器、蒸發器、膨脹閥、幹（gàn）燥過（guò）濾器和蒸發壓（yā）力調節閥等組成。加熱係（xì）統（tǒng）采用（yòng）鰭片式不鏽鋼電加熱器。加濕係統采用電加熱蒸汽加濕方式，減小加濕對溫度波動的影響。試驗箱的外型設計尺寸為950mmx 1325mmx 1850mm，內箱尺寸為750mmx755mmx850mm，容積（jī）約480L。為了使溫濕度（dù）的控製精度（dù）能快速達到設定的環境要求，實驗裝置采用並聯5組電磁（cí）閥和膨脹閥，分（fèn）別承擔不同溫濕度條（tiáo）件下的（de）功能。RC1和RC2膨脹閥起到快速降溫的（de）作用； RC3膨脹（zhàng）閥應用於一般除濕，RC4膨脹閥用於強除濕工況； RC5膨脹閥不（bú）經過蒸發器，直接（jiē）接到壓縮機進氣口，保（bǎo）護壓縮機（蒸發器出口（kǒu）溫度在-11℃以下常閉，-11℃以（yǐ）上常開，冷卻壓縮機）。具體工作（zuò）工況見（jiàn）表2。控製和測試係（xì）統（tǒng）包括溫（wēn）度傳感器、壓力表和數據（jù）采集器等組成。為了研究壓縮機吸、排氣（qì）的狀況（kuàng），在壓（yā）縮機的進出（chū）口（kǒu）設置了壓力測試（shì）點。另外，在高低溫交變濕（shī）熱試驗箱內、壓縮機進出口和壓縮機外殼等設置測溫點。

    單級壓縮製冷（lěng）係統抽真空後充（chōng）入適量R404A製冷劑。為了防止誤操作，電源接通後壓縮機延遲30s再啟動。當設定溫度為高溫時（高於環（huán）境溫度10℃），直接采用（yòng）鰭片（piàn）加熱器加熱，製冷係統不工作。在PID調節（jiē）下，當（dāng）加熱輸出功率與箱體（tǐ）散熱達到平衡時，試驗箱內溫度達到穩定。設定溫度為低溫工（gōng）況時，製冷係統（tǒng）啟動，溫度接近設定溫度時，加熱器在PID控製下開始輸出熱量，試驗箱溫度穩定（dìng）在需要的範圍。當溫度和（hé）濕度同時需要控製時（shí），濕（shī）度控製采用冷卻除濕與蒸（zhēng）汽加濕相結合，達到濕平衡。如果是高溫控濕，溫度控製是（shì）電加熱和箱體對外散熱（rè）相結合，如果是（shì）低溫控濕，溫（wēn）度控製是電加（jiā）熱和製冷係統相結合，使得（dé）試驗箱內溫濕度穩定在需要的（de）範圍。本文對高（gāo）低溫交（jiāo）變試驗箱高低溫工況、高濕工況、中濕工況和低濕工況的進行了測試，研究高低溫交變濕熱試驗箱溫濕度的控製性能和穩（wěn）定性（xìng）。

    3、結果與討論

    圖2為試驗箱製（zhì）冷係統I作過程中壓縮機的吸氣和排氣壓力變化情況。圖2表明，機組啟動後，吸氣壓力迅速下降，然後（hòu）吸氣壓力逐漸穩定；排氣壓力先迅速升高（gāo），然後逐漸下降後穩定。575 秒（miǎo）後製冷係統壓縮（suō）機的排（pái）氣（qì）壓力穩定在0.9MPa 左右，吸氣壓力在0.1MPa左右，壓縮機的壓比大約為9，表明壓縮（suō）機工（gōng）作穩定。

    圖3是試驗箱高溫工況的升溫（wēn）曲線。試驗箱（xiāng）內溫度設定目標（biāo）為150℃，在該工況製冷（lěng）機組停止工作。在控製器PID的調節下，根據試驗箱的實際測量溫度信號與設定溫度之間的差值控製加熱（rè）器的輸出（chū）功率，試（shì）驗箱內（nèi）溫度逐漸升高。開始時段由於試驗箱內實際（jì）溫度與設定溫度相差較大，加熱輸出功率大，升溫（wēn）速（sù）率大。隨著試驗箱內溫（wēn）度接近設（shè）定溫度，加熱（rè）器輸出功率減小，試驗箱內的升溫速率逐漸降低，經過約2200s， 溫度穩定在150℃， 溫度波動不超過（guò）±0.3℃.

    圖4為試驗箱低溫工（gōng）況的降溫曲線，實驗設定溫度條件是-40℃，由於是低溫工（gōng）況，不控製濕度。製冷（lěng）係統啟動後，試驗箱內（nèi）溫度隨時間逐漸降低，開（kāi）始時段的降溫（wēn）速率明顯大於（yú）後麵時段的降溫速率。當試驗箱內溫度接近設（shè）定溫度（dù），加熱（rè）器在PID控製下開始輸出熱量，溫（wēn）度逐（zhú）漸穩定，經過約3200s，溫度（dù）穩定在-40℃，溫（wēn）度波動在±0.2℃以內。

    高溫和低溫工況都是典型的不（bú）控製濕度的工況，圖5~圖7是（shì）3組（zǔ）典型的溫濕度同時控製（zhì）條（tiáo）件下（xià）的試驗箱溫（wēn）濕度實（shí）驗結果。圖5是溫度設定為20℃、濕（shī）度為98%RH高（gāo）濕工況實驗結果，試驗箱（xiāng）內溫度隨時間逐漸降低並（bìng）穩定，濕度隨時間逐漸上升。實驗開始時段的升濕（shī）速率明顯（xiǎn）大於後麵時段的升濕速率。圖5同時表明溫度穩定後濕度也逐漸穩（wěn）定。經過（guò）約1400s，溫濕度均達到了設定值。溫度穩定（dìng）在20±0.2℃，濕度穩定在98±1.0%RH。

    圖6的（de）實驗工況條（tiáo）件是（shì）溫度65℃，  濕度為40%RH，是典型的中溫中濕實驗條件。實（shí）驗結果表明，試驗箱內溫度隨時間差不（bú）多呈線性降低，濕度隨時間先逐漸上升然後逐漸下降。濕度一開始_上升可能是由於試（shì）驗箱內溫度降低而除濕沒有及時去除。隨著時間的推移，溫度和濕度逐漸降低，穩（wěn）定在設定值（zhí）。經過約900s，溫度穩定（dìng）在65±0.3℃，濕度穩定在40±1.3%RH。

圖7的實驗條件是溫度設定為60℃，濕度為（wéi）10%RH，屬於低濕實（shí）驗工況（kuàng）。試驗箱內溫度隨時間逐漸上升並穩定（dìng），濕度（dù）隨時（shí）間逐漸（jiàn）下降並趨於穩定。經（jīng）過約400s，溫度和濕度（dù）接近於設定值，PID運算（suàn）減少加熱器的輸出，由於10%RH較低，經過一段時間（jiān）波動後，終經過約550s， 溫度穩定在（zài）60±0.3℃，濕度穩（wěn）定在（zài）10±1.5%RH。

    4、結論

    利用近共沸混合製冷劑R404A作為製冷（lěng）工質的（de）單級蒸氣壓（yā）縮製冷，采用PID控製電加熱和蒸汽（qì）加濕（shī）以及冷熱平衡技（jì）術（shù），設計並構建了高低溫交變濕熱試驗箱實驗裝置，實現了-40℃~ 150℃控溫，10%~98%RH控濕的需求。實驗結果表明（míng），在高溫、低溫、高濕、中濕和低濕實驗過程中，係統控（kòng）溫和控濕過程穩定、可靠。在製冷循（xún）環工作過（guò）程中，壓縮機的吸氣（qì）、排氣壓力分別穩定在0.1MPa和0.9MPa左（zuǒ）右，壓（yā）縮比在合理範（fàn）圍內。高低溫交變濕熱試驗箱溫（wēn）度穩定偏差不超過±0.3℃，濕度穩定偏差不超過±1.5%RH，滿足控製（zhì）箱的多種工況的需要，  測試結果表明高低溫交（jiāo）變濕熱試（shì）驗箱性能良好（hǎo），控製精（jīng）度高，可滿足用戶對試驗箱溫（wēn）濕度控製精度的要求（qiú）。