高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱濕度跑曲線如何實(shí)現(xiàn)

一、 核心原理：濕度控制的本質(zhì)

首先要理解，在試驗(yàn)箱中控制濕度，本質(zhì)上是控制水蒸氣分壓力。我們通常通過(guò)兩種基本方式來(lái)改變箱內(nèi)的水蒸氣分壓力：

1. 加濕：向箱內(nèi)注入水蒸氣（通常是霧化水或加熱產(chǎn)生蒸汽）。

2. 除濕：將箱內(nèi)的水蒸氣冷凝成水并排出。

“濕度跑曲線"就是在不同的溫度點(diǎn)，動(dòng)態(tài)地、精確地平衡加濕和除濕這兩個(gè)過(guò)程，以達(dá)到目標(biāo)濕度值。

關(guān)鍵概念：露點(diǎn)溫度與相對(duì)濕度

• 露點(diǎn)溫度：空氣在水蒸氣含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。它直接反映了空氣中水蒸氣的含量。

• 相對(duì)濕度：在某一溫度下，空氣中實(shí)際水蒸氣分壓力與相同溫度下飽和水蒸氣分壓力的百分比。這是一個(gè)與溫度強(qiáng)相關(guān)的變量。

這意味著，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)濕度曲線，控制系統(tǒng)必須同時(shí)、協(xié)同地控制溫度和濕度。

二、 實(shí)現(xiàn)濕度曲線的關(guān)鍵硬件

1. 傳感器：

• 溫濕度傳感器：通常是電容式或電阻式傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度。其精度、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度直接影響控制效果。高級(jí)設(shè)備會(huì)采用多傳感器來(lái)保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

• 制冷系統(tǒng)除濕：這是最核心的除濕方式。通過(guò)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，使蒸發(fā)器（位于箱內(nèi)空氣循環(huán)風(fēng)道中）表面溫度降低到低于箱內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度。當(dāng)潮濕空氣流過(guò)冰冷的蒸發(fā)器時(shí)，水蒸氣會(huì)冷凝成水附著在翅片上，并流到排水箱，從而降低濕度。

• 輔助除濕：對(duì)于極低濕度的要求，有些設(shè)備會(huì)配備干燥器或氮?dú)庵脫Q系統(tǒng)。

• 鍋爐加濕：通過(guò)電加熱管加熱水產(chǎn)生純凈蒸汽，加濕速度快、控制精度高，是主流和高精度設(shè)備的選擇。

• 超聲波加濕：通過(guò)高頻振動(dòng)將水霧化成微米級(jí)顆粒，加濕響應(yīng)快，但對(duì)水質(zhì)要求高，可能產(chǎn)生雜質(zhì)。

• 電極加濕：電流直接通過(guò)水，利用水的電阻產(chǎn)生熱量和蒸汽，現(xiàn)已較少使用。

• 加濕系統(tǒng)：

• 除濕系統(tǒng)：

3. 大腦：多通道PID控制器

• 這是實(shí)現(xiàn)“跑曲線"的核心。它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，而是一個(gè)智能的微處理器。

• 多通道：能同時(shí)接收溫度、濕度傳感器的信號(hào)，并獨(dú)立輸出指令給加熱器、制冷壓縮機(jī)、加濕器等多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

• PID控制：通過(guò)比例、積分、微分 算法，計(jì)算出精確的控制量，使系統(tǒng)能快速、平穩(wěn)地達(dá)到設(shè)定值，并且沒(méi)有過(guò)沖或振蕩。

三、 實(shí)現(xiàn)“濕度跑曲線"的控制邏輯

假設(shè)我們?cè)O(shè)定了一個(gè)從 （25°C, 60%RH） 到 （60°C, 95%RH） 的升溫加濕段曲線。

控制器內(nèi)部的處理流程如下：

1. 目標(biāo)值解析：控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的曲線，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)溫度和目標(biāo)濕度。比如，第10分鐘的目標(biāo)是（35°C, 75%RH）。

2. 協(xié)同控制決策：

• 計(jì)算目標(biāo)濕度：控制器根據(jù)當(dāng)前的目標(biāo)溫度（35°C）和目標(biāo)相對(duì)濕度（75%RH），通過(guò)內(nèi)置的濕度換算公式或查表法，計(jì)算出此時(shí)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)濕度（或目標(biāo)露點(diǎn)溫度）。假設(shè)計(jì)算出的目標(biāo)露點(diǎn)溫度為30°C。

• 決策：

• 情況A：需要加濕。如果傳感器測(cè)得的當(dāng)前露點(diǎn)溫度（例如28°C）低于目標(biāo)露點(diǎn)溫度（30°C），說(shuō)明空氣中的水分不足。此時(shí)，控制器會(huì)啟動(dòng)加濕系統(tǒng)（如鍋爐），向箱內(nèi)注入蒸汽。

• 情況B：需要除濕。如果在升溫過(guò)程中，箱體密封性好或樣品釋放水分，導(dǎo)致當(dāng)前露點(diǎn)溫度（例如31°C）高于目標(biāo)露點(diǎn)溫度（30°C），控制器就會(huì)啟動(dòng)除濕。這時(shí)，它會(huì)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，讓蒸發(fā)器變冷（比如到25°C），冷凝掉多余的水分。

• 溫度控制回路：控制器發(fā)現(xiàn)當(dāng)前溫度（例如30°C）低于目標(biāo)溫度（35°C），于是啟動(dòng)加熱器。同時(shí)，為了保證升溫速率，它可能會(huì)抑制制冷壓縮機(jī)的工作。

• 濕度控制回路：這是最復(fù)雜也最核心的部分。

3. 動(dòng)態(tài)平衡與解耦：

• 在整個(gè)過(guò)程中，加熱、制冷、加濕這三個(gè)動(dòng)作會(huì)相互影響。例如，制冷除濕的同時(shí)會(huì)降低箱內(nèi)溫度，這與升溫需求沖突；加濕時(shí)注入的如果是冷蒸汽，也會(huì)輕微影響溫度。

• 控制器具備解耦控制 算法，能夠預(yù)測(cè)并補(bǔ)償這些相互干擾。例如，在需要強(qiáng)力制冷除濕但又要保持高溫時(shí)，它會(huì)同時(shí)加大制冷和加熱的功率，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，確保溫濕度都能精準(zhǔn)地跟隨曲線。

四、 實(shí)際操作步驟（用戶視角）

1. 程序編寫：在試驗(yàn)箱的觸摸屏或上位機(jī)軟件上，編寫測(cè)試程序。

• 目標(biāo)溫度

• 目標(biāo)濕度

• 運(yùn)行時(shí)間

• 斜率（如：從25°C到60°C用30分鐘，則斜率約為1.17°C/分鐘）

• 分段設(shè)置：將整個(gè)測(cè)試曲線分成多個(gè)段。

• 設(shè)定每段的參數(shù)：包括：

• 循環(huán)設(shè)置：如果需要重復(fù)某個(gè)溫濕度變化過(guò)程，可以設(shè)置循環(huán)次數(shù)。

2. 啟動(dòng)與監(jiān)控：

• 設(shè)定值曲線

• 實(shí)際值曲線

• 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)（加熱、制冷、加濕的功率輸出百分比）

• 啟動(dòng)程序，設(shè)備開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行。

• 實(shí)時(shí)監(jiān)控界面上會(huì)顯示：

• 一個(gè)控制良好的系統(tǒng)，實(shí)際值曲線應(yīng)該緊密地貼合在設(shè)定值曲線周圍。