探索恒温恒湿试验箱原理：温度与湿度的精密控制技术

工作原理

加热系统

恒温恒湿试验箱的加热系统通常采用镍铬合金电加热式加热器。当试验箱内的温度低于设定值时，控制系统发出指令，电流通过镍铬合金电阻丝。由于电阻的存在，电能转化为热能，进而使电阻丝发热，热量迅速传递到周围空气中，促使箱内温度升高。这一过程如同家中的电暖器工作原理，通过电流通过电阻产生热量来提升环境温度。

制冷系统

当试验箱内温度高于设定值时，制冷系统启动。制冷系统主要基于逆卡诺循环原理运行，由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四大部件组成。压缩机将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的气体，此时制冷剂的内能增加，温度大幅升高。高温高压的制冷剂气体进入冷凝器，通过与外界空气（风冷式）或循环水（水冷式）进行热交换，将热量释放出去，制冷剂气体逐渐冷却并液化成中温高压的液体。接着，液态制冷剂通过节流装置（如毛细管或膨胀阀），由于节流装置的阻碍作用，制冷剂压力急剧降低，同时温度也随之降低，变为低温低压的液体。低温低压的液态制冷剂进入蒸发器，在蒸发器内吸收箱内空气的热量，迅速汽化成低温低压的气体，箱内空气因热量被吸收而温度降低。如此循环往复，实现对试验箱内温度的调节，确保温度稳定在设定值。这一过程类似于家用空调的制冷过程，只不过试验箱的制冷系统需要更高的精度和稳定性。

加湿系统

蒸汽加湿：蒸汽加湿是较为常见的加湿方式之一，通常采用外置隔离式、全不锈钢锅炉式浅表面蒸发式加湿器。其工作原理是将水注入到不锈钢锅炉内，通过电加热元件将水加热至沸腾状态，水迅速汽化成水蒸气。这些水蒸气通过管道输送到试验箱内，与箱内空气混合，从而提高空气的湿度。这种加湿方式能够快速、稳定地增加湿度，且加湿量较大，适用于需要快速达到高湿度环境的试验需求。

超声波加湿：部分恒温恒湿试验箱会采用超声波加湿技术。超声波加湿器内部的超声波换能器将电能转换为高频机械振动，产生的超声波作用于水面，使水表面的水分子被剧烈振动并雾化成微小的水滴，这些微小水滴随着气流扩散到试验箱内，实现加湿效果。超声波加湿具有加湿效率高、加湿均匀、能耗低等优点，尤其适合对湿度精度要求较高且加湿量需求相对较小的试验场景。

除湿系统

当试验箱内湿度高于设定值时，需要进行除湿操作。试验箱的除湿系统主要采用机械制冷除湿方式。其原理是利用制冷系统将箱内空气冷却到露点温度以下，随着空气温度降低，空气中水蒸气的饱和蒸汽压也随之降低，当空气中水蒸气含量超过此时的饱和蒸汽压时，水蒸气就会凝结成液态水，通过排水系统排出箱外，从而降低箱内空气湿度。这就如同在炎热的夏天，从冰箱里拿出一瓶冷饮，冷饮瓶表面会迅速凝结一层水珠，这是因为冷饮瓶周围空气温度降低，水蒸气达到饱和状态并凝结成液态水。通过精确控制制冷系统的运行，能够实现对湿度的调节，湿度控制精度一般可达 ±2% RH。

湿度传感器与控制系统

湿度传感器时刻监测箱内湿度变化，并将数据传输给控制系统。控制系统根据设定湿度与实际湿度的偏差，通过控制加湿或除湿系统的运行来调节湿度。当实际湿度低于设定湿度时，控制系统启动加湿系统；当实际湿度高于设定湿度时，控制系统启动除湿系统，从而确保箱内湿度稳定在设定值。与温度控制系统类似，湿度控制系统也采用先进的控制算法，以实现湿度的精确控制和稳定维持。