高低温交变湿热试验箱湿度跑曲线如何实现

一、 核心原理：湿度控制的本质

首先要理解，在试验箱中控制湿度，本质上是控制水蒸气分压力。我们通常通过两种基本方式来改变箱内的水蒸气分压力：

1. 加湿：向箱内注入水蒸气（通常是雾化水或加热产生蒸汽）。

2. 除湿：将箱内的水蒸气冷凝成水并排出。

“湿度跑曲线"就是在不同的温度点，动态地、精确地平衡加湿和除湿这两个过程，以达到目标湿度值。

关键概念：露点温度与相对湿度

• 露点温度：空气在水蒸气含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。它直接反映了空气中水蒸气的含量。

• 相对湿度：在某一温度下，空气中实际水蒸气分压力与相同温度下饱和水蒸气分压力的百分比。这是一个与温度强相关的变量。

这意味着，要实现一个湿度曲线，控制系统必须同时、协同地控制温度和湿度。

二、 实现湿度曲线的关键硬件

1. 传感器：

• 温湿度传感器：通常是电容式或电阻式传感器，用于实时监测箱内的温度和相对湿度。其精度、稳定性和响应速度直接影响控制效果。高级设备会采用多传感器来保证测量的准确性。

2. 执行机构：

• 制冷系统除湿：这是最核心的除湿方式。通过启动压缩机制冷，使蒸发器（位于箱内空气循环风道中）表面温度降低到低于箱内空气的露点温度。当潮湿空气流过冰冷的蒸发器时，水蒸气会冷凝成水附着在翅片上，并流到排水箱，从而降低湿度。

• 辅助除湿：对于极低湿度的要求，有些设备会配备干燥器或氮气置换系统。

• 锅炉加湿：通过电加热管加热水产生纯净蒸汽，加湿速度快、控制精度高，是主流和高精度设备的选择。

• 超声波加湿：通过高频振动将水雾化成微米级颗粒，加湿响应快，但对水质要求高，可能产生杂质。

• 电极加湿：电流直接通过水，利用水的电阻产生热量和蒸汽，现已较少使用。

• 加湿系统：

• 除湿系统：

3. 大脑：多通道PID控制器

• 这是实现“跑曲线"的核心。它不是一个简单的开关，而是一个智能的微处理器。

• 多通道：能同时接收温度、湿度传感器的信号，并独立输出指令给加热器、制冷压缩机、加湿器等多个执行机构。

• PID控制：通过比例、积分、微分 算法，计算出精确的控制量，使系统能快速、平稳地达到设定值，并且没有过冲或振荡。

三、 实现“湿度跑曲线"的控制逻辑

假设我们设定了一个从 （25°C, 60%RH） 到 （60°C, 95%RH） 的升温加湿段曲线。

控制器内部的处理流程如下：

1. 目标值解析：控制器根据预设的曲线，计算出当前时刻的目标温度和目标湿度。比如，第10分钟的目标是（35°C, 75%RH）。

2. 协同控制决策：

• 计算目标湿度：控制器根据当前的目标温度（35°C）和目标相对湿度（75%RH），通过内置的湿度换算公式或查表法，计算出此时对应的目标湿度（或目标露点温度）。假设计算出的目标露点温度为30°C。

• 决策：

• 情况A：需要加湿。如果传感器测得的当前露点温度（例如28°C）低于目标露点温度（30°C），说明空气中的水分不足。此时，控制器会启动加湿系统（如锅炉），向箱内注入蒸汽。

• 情况B：需要除湿。如果在升温过程中，箱体密封性好或样品释放水分，导致当前露点温度（例如31°C）高于目标露点温度（30°C），控制器就会启动除湿。这时，它会启动压缩机制冷，让蒸发器变冷（比如到25°C），冷凝掉多余的水分。

• 温度控制回路：控制器发现当前温度（例如30°C）低于目标温度（35°C），于是启动加热器。同时，为了保证升温速率，它可能会抑制制冷压缩机的工作。

• 湿度控制回路：这是最复杂也最核心的部分。

3. 动态平衡与解耦：

• 在整个过程中，加热、制冷、加湿这三个动作会相互影响。例如，制冷除湿的同时会降低箱内温度，这与升温需求冲突；加湿时注入的如果是冷蒸汽，也会轻微影响温度。

• 控制器具备解耦控制 算法，能够预测并补偿这些相互干扰。例如，在需要强力制冷除湿但又要保持高温时，它会同时加大制冷和加热的功率，形成一个动态平衡，确保温湿度都能精准地跟随曲线。

四、 实际操作步骤（用户视角）

1. 程序编写：在试验箱的触摸屏或上位机软件上，编写测试程序。

• 目标温度

• 目标湿度

• 运行时间

• 斜率（如：从25°C到60°C用30分钟，则斜率约为1.17°C/分钟）

• 分段设置：将整个测试曲线分成多个段。

• 设定每段的参数：包括：

• 循环设置：如果需要重复某个温湿度变化过程，可以设置循环次数。

2. 启动与监控：

• 设定值曲线

• 实际值曲线

• 各执行机构的工作状态（加热、制冷、加湿的功率输出百分比）

• 启动程序，设备开始自动运行。

• 实时监控界面上会显示：

• 一个控制良好的系统，实际值曲线应该紧密地贴合在设定值曲线周围。