高低溫交變濕熱試驗箱是國（guó）防、航天、汽車、電子（zǐ）、電器、儀器儀（yí）表、材料、化（huà）工、食品及製藥等領域廣泛（fàn）應用的（de）測試設備，供（gòng）用（yòng）戶對整機（或部件）、電器（qì）、儀（yí）器、材料、塗層、鍍（dù）層等作相應的高低（dī）溫漸變試驗.濕熱試驗、耐（nài）寒與耐高溫試驗等，對試樣在特定環境條件下的性能、適應性作出（chū）分析及評價，是科學研究和生產過程必不可少的重要試（shì）驗設備。
    據相關調查統計，高（gāo）低溫濕熱（rè）試驗箱是需求廣泛的（de）環境試驗設備之一。由於生產和科研需求（qiú）的增（zēng）加，溫濕度的要求範圍越來越大，控製精度要求也越來越高，傳統的高低溫濕熱試驗箱已不能滿足（zú）現代社會發展（zhǎn）的需求。因此，本文（wén）利用（yòng）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（jì）術，結合空（kōng）氣（qì）循環優化，構建了高精度高低溫（wēn）交變濕熱試驗箱，並對其溫濕度性能（néng）進行了實驗研究（jiū）。

    1、製冷工質的選擇

    氟利（lì）昂根據其要（yào）素構成分為三類：一是氯氟烴類，簡稱CFC，這類氟利昂分子中含有兩個或三個氯（lǜ）離子；二（èr）是氫氯氟烴類，簡稱HCFC，這類氟利昂分子中含有-一個或兩個氯分子：三是氫氟烴類，簡稱HFC，這類（lèi）氟利（lì）昂（áng）中不含氯離子。根據《蒙特利爾議定書》的規定，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。發展中國家CFC類產品2010年全部停止使用： HCFC類產品2016年開始受限，2040 年全部停（tíng）止使用（yòng）。《京都（dōu）議定書》規定，二氧化碳、甲烷、氧化（huà）亞氮、HFC類產品、氫（qīng）氟碳化合（hé）物（wù）和六氟化硫等6類氣（qì）體均屬於溫室氣體，對發達國家提出了減（jiǎn）少溫室氣體排放要求。為滿足高低溫交變濕熱試驗箱的低溫環境要求，兼顧製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。R404A由HFC143、HFC125、HFC134a組成，其物理性質見表1。

    2、實驗裝置與實（shí）驗

     圖1為 高低溫交變濕熱試（shì）驗（yàn）箱裝置原理圖。該實（shí）驗裝置主要包括製冷係統、加熱係統（tǒng）、加濕係統、控製和數（shù）據測量與采集係統（tǒng）。製冷係統由壓縮機、；冷凝器、蒸發器、膨脹閥、幹燥過濾（lǜ）器和蒸發壓力調節閥等組成。加熱係統采用鰭片式不鏽鋼電加熱（rè）器。加濕係統采用電加熱蒸汽加濕（shī）方式，減小加濕對溫度波動的影響。試驗（yàn）箱的外型設計尺寸為950mmx 1325mmx 1850mm，內箱尺寸為750mmx755mmx850mm，容（róng）積約480L。為了使溫濕度的控製精度能（néng）快（kuài）速達（dá）到（dào）設定的環境要求，實驗裝置采用並聯5組電磁閥和膨脹閥，分別（bié）承擔不同溫濕度條件下的功能。RC1和RC2膨脹閥起到快速降溫的作用； RC3膨脹閥應用於（yú）一般除濕，RC4膨脹閥用於強除（chú）濕（shī）工況； RC5膨脹閥不經過蒸發器，直接接到壓縮機進氣口，保護壓縮（suō）機（蒸發器出口溫度在-11℃以下常閉（bì），-11℃以（yǐ）上常開，冷（lěng）卻壓縮機）。具體工作工況見表2。控製和（hé）測試係統包括溫度傳感器、壓力表和數據采集器等組成。為了研究（jiū）壓縮機吸、排氣的狀況，在壓縮機的進出口設置了壓力（lì）測試點。另外，在高低溫交變濕熱試驗箱內（nèi）、壓縮機進出（chū）口和壓縮（suō）機外殼等設置測溫點。

    單級壓縮製冷係統抽真空後充（chōng）入適量（liàng）R404A製冷劑。為了防止誤操作，電（diàn）源接通後壓縮（suō）機延遲30s再啟動。當設定（dìng）溫度為高溫（wēn）時（高於環境溫度10℃），直接（jiē）采用鰭片加熱器加熱，製冷係統不工作。在PID調節下，當加熱輸出功率與箱體散熱達到平衡時，試驗箱內溫度達到穩定。設定溫度為低溫工況時，製冷係統啟動，溫度接近設定溫度時，加熱器在PID控製（zhì）下開始輸出熱量，試驗箱溫度穩定在需（xū）要的範圍。當溫度和濕度（dù）同時需要控製時，濕度控製（zhì）采用冷（lěng）卻除濕（shī）與蒸（zhēng）汽加濕相結合，達到濕平衡。如果是高溫控濕，溫度控（kòng）製是電加熱（rè）和箱體對外散（sàn）熱相結（jié）合，如（rú）果是低溫控濕，溫度控製是電加熱和製冷係統相結合（hé），使得試驗箱內溫濕度（dù）穩定在需要的範圍。本文對高低溫交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（yán）究高低溫（wēn）交變濕熱試驗箱溫濕度的控製性能和穩定性。

    3、結（jié）果與討論

    圖2為試驗箱製冷係統I作過程中壓縮機的吸（xī）氣和排氣壓力變（biàn）化情況。圖2表明，機組啟（qǐ）動（dòng）後，吸氣壓力（lì）迅速下降，然後吸氣（qì）壓力逐（zhú）漸穩定；排氣壓力先迅（xùn）速升高，然後（hòu）逐漸下降後穩定（dìng）。575 秒後（hòu）製冷係統壓縮機的排氣壓力穩定在0.9MPa 左右，吸（xī）氣壓（yā）力在0.1MPa左右，壓縮機的壓比大約為9，表明壓縮機工作穩定。

    圖3是（shì）試（shì）驗箱（xiāng）高溫工況的升溫（wēn）曲線。試驗箱內溫（wēn）度設定目標（biāo）為150℃，在該工況製冷機（jī）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（wēn）度信號與設定溫度之間的差值控製（zhì）加熱器的輸出功率，試驗（yàn）箱內溫度逐漸升高。開（kāi）始時段由（yóu）於試驗箱內實際溫度與設定溫度相差較大，加熱輸出功率（lǜ）大，升溫速率大。隨著試驗箱內溫度接近設定溫度，加熱器（qì）輸出功（gōng）率（lǜ）減小（xiǎo），試驗箱（xiāng）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±0.3℃.

    圖4為試驗箱低（dī）溫工況的降（jiàng）溫曲線，實驗設定溫度條件是-40℃，由於是低（dī）溫工況（kuàng），不控（kòng）製濕（shī）度。製冷係統（tǒng）啟動後，試驗箱內溫度隨時間逐漸降低，開始時段的降溫速率明顯大於後麵時段的降溫速率。當試（shì）驗（yàn）箱內溫度接近設定溫度，加熱器在PID控製下開始輸出（chū）熱量，溫度逐漸（jiàn）穩定，經過約3200s，溫度穩定在-40℃，溫度波動在±0.2℃以內。

    高溫（wēn）和低溫工況都是典型的不控製濕度的工（gōng）況，圖5~圖7是3組典型的溫濕度同時控製條件下的試驗箱溫濕度實驗結果。圖5是溫度（dù）設定為20℃、濕度為98%RH高濕工況實驗結果，試驗箱內溫度隨時間逐漸降低並穩定，濕度（dù）隨時（shí）間逐漸上升。實驗開始時段的升濕（shī）速率明顯大於後麵時段的升（shēng）濕速率。圖（tú）5同時表明溫度穩定後濕度也逐漸穩定。經過約1400s，溫濕度均達到了設定值（zhí）。溫度穩定在（zài）20±0.2℃，濕度穩定在98±1.0%RH。

    圖6的實驗工（gōng）況條件是溫度65℃，  濕度為40%RH，是典型（xíng）的中溫中（zhōng）濕實驗條件。實驗（yàn）結果表明，試驗箱（xiāng）內溫度隨時間差不多呈線性降低，濕度隨（suí）時間先逐漸上升然後逐漸（jiàn）下降。濕度一開始_上升可能是由於試驗箱內溫度降低（dī）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。經過約900s，溫度穩定在65±0.3℃，濕度（dù）穩定（dìng）在40±1.3%RH。

圖7的實驗條件（jiàn）是溫度設定為60℃，濕度為10%RH，屬於（yú）低濕實驗工況。試驗箱內溫度隨時間逐漸上升並穩定（dìng），濕（shī）度隨時間逐（zhú）漸下降並趨於穩定。經過約400s，溫度和濕度接近於設定值，PID運算減少加熱器的輸出，由（yóu）於10%RH較低，經過一段時間波（bō）動後，終經（jīng）過（guò）約550s， 溫度穩定在60±0.3℃，濕度（dù）穩定在10±1.5%RH。

    4、結論

    利用近共沸混合製冷劑R404A作為製冷工質的單級（jí）蒸（zhēng）氣壓縮製冷，采用（yòng）PID控製電（diàn）加熱和蒸汽加濕以及冷熱平衡技術，設計並構建（jiàn）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（shī）的（de）需（xū）求。實驗結果表明（míng），在高溫、低溫、高濕、中濕和低（dī）濕實驗過程中，係統控溫和控濕過程穩定、可靠（kào）。在製冷（lěng）循環工作過程中，壓縮機的吸氣、排氣壓力分別穩定在0.1MPa和0.9MPa左右，壓縮比在合（hé）理範圍內。高低溫（wēn）交變濕（shī）熱試驗（yàn）箱溫度穩定偏（piān）差不超過±0.3℃，濕度穩定偏差不（bú）超過（guò）±1.5%RH，滿足控製箱的多（duō）種（zhǒng）工況的需要，  測試結果表明高低溫交變濕熱試驗箱性能良好，控製精度高，可（kě）滿足用戶對試驗（yàn）箱溫濕度控製精度的要求。