高低温恒温恒湿试验箱的工作原理是什么？

信息来源：    发布时间：2026-09-03    点击数：

高低温恒温恒湿试验箱工作原理

整机由箱体工作室、加热系统、制冷系统、加湿除湿系统、风道循环系统、PID 闭环控制系统、温湿度传感器七大模块组成。 核心逻辑：先对空气进行加热 / 制冷、加湿 / 除湿处理，再通过风机把处理后的空气送入样品腔，传感器实时反馈，控制器动态调节，实现箱内稳定或交变的温湿度环境。

1. 加热系统（升温）

采用电加热管 / 电加热丝。 PT100 温度传感器检测箱内温度低于设定值，控制器输出，加热器通电发热； PID 采用占空比调节，不是简单开关，控制输出功率，避免温度过冲；热风由风机带入工作室，实现升温与恒温。

2. 制冷系统（降温）

采用蒸汽压缩式制冷循环，四大部件：压缩机、冷凝器、节流组件、蒸发器。

1. 压缩机将制冷剂压缩成高温高压气态；

2. 外部冷凝器散热，制冷剂变为高压液态；

3. 经节流阀节流降压，进入箱内蒸发器；

4. 液态制冷剂在蒸发器蒸发吸热，冷却流过的空气；吸热后变回气态回到压缩机，完成循环。

高温段：制冷不工作，仅加热维持；

中低温恒温：制冷持续运行，加热器做补偿，冷热动态平衡控温；

低温运行蒸发器会结霜，设备定时自动除霜，防止换热效率下降。

3. 加湿系统（提升湿度）

主流两类，均要求使用去离子水：

1. 电极式加湿：电极浸入水中，通电使水沸腾产生水蒸气，混入循环空气提高湿度；缺点是水质差极易结水垢。

2. 锅炉式蒸汽加湿：独立水罐加热产生蒸汽，加湿响应快，多用于大中型试验箱。

湿度传感器检测湿度不足，启动加湿单元向风道补充水汽。

4. 除湿系统（降低湿度）

普遍为冷凝除湿法： 潮湿空气流经低温蒸发器，空气中水蒸气遇冷凝结成液态水，水排出箱体，空气绝对含水量下降；之后空气再被加热回升到设定温度，得到目标低湿度。

注意：不是直接抽走水汽，依靠冷却凝水实现除湿。

5. 风道循环系统（决定温场均匀度）

离心风机持续驱动空气循环： 空气依次流过加热器、蒸发器，完成调温调湿；经过出风口送入样品腔，再从回风口回流到处理区，往复循环。

关键点：样品不能遮挡出风口、回风口；一旦气流受阻，即便仪表显示正常，样品区域温湿度也会严重偏离设定。

6.PID 闭环控制系统（控制核心）

温度：PT100 铂电阻；湿度：电容式湿度传感器。 传感器实时采集箱内实际温湿度反馈给控制器； PID 对比设定值与实测值，连续调节：加热输出功率、压缩机、加湿、除湿。

温度偏低→加大加热输出；温度偏高→增强制冷；

湿度偏低→开启加湿；湿度偏高→启动冷凝除湿；

做交变试验时，按照预设程序自动改变目标温湿度，完成温度循环、湿热交变。

完整示例：设定 55℃，85% RH

1. 传感器读取腔体内当前温湿度；

2. 温度未到 55℃，加热器工作加热空气；湿度不足，加湿单元产生蒸汽；

3. 温湿度处理后的空气由风机送入样品室；

4. 空气循环回流再次处理；

5. 达到设定点后，PID 动态微调加热、加湿输出维持平衡；

6. 湿度超过 85% RH，开启蒸发器冷凝除湿，凝结多余水分排出箱体。

重要原理相关知识点

1. 低温高湿无法实现：温度越低，空气容纳水汽能力越低，设备不能实现例如20℃、85% RH 这类工况。

2. 恒温恒湿是动态平衡过程，中低温时加热与制冷会同时参与工作，抵消箱体漏热、负载影响。

3. 仪表显示值只是传感器测点数据，不等于箱内所有位置温湿度，因此需要 9 点温场检定。

4. 空载温场性能最优；装入样品阻挡气流，均匀度、波动度会变差。

典型故障与原理关联

1. 降温慢：冷凝器积灰散热差、冷媒不足、蒸发器结霜太厚；

2. 湿度上不去：加湿罐结垢、使用自来水、箱体门封漏气；

3. 箱内温度不均匀：风机风量衰减、样品遮挡风道；

4. 温度来回震荡：PID 参数失调，升降温过冲。

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