自动化温度环境试验箱加湿除湿原理与方式

一、引言

二、加湿原理与方式

（一）蒸汽加湿

1. 工作原理

• 蒸汽加湿是一种常见的加湿方式。其原理是通过加热水产生水蒸气，然后将水蒸气引入试验箱内以增加湿度。具体来说，试验箱内配备有加热元件（如加热丝或加热管）和水箱。当需要加湿时，水被加热至沸腾，产生大量水蒸气。这些水蒸气通过管道或蒸汽喷头均匀地分布在试验箱内。由于水蒸气的增加，箱内的绝对湿度上升，从而达到提高湿度的目的。例如，在一些对湿度控制精度要求较高且湿度需求较大的实验中，如模拟热带雨林气候环境下的材料老化测试，蒸汽加湿能够快速有效地提升试验箱内的湿度水平。

2. 设备组件与控制

• 设备组件主要包括水箱、加热元件、蒸汽管道、蒸汽喷头以及湿度传感器等。水箱用于储存水，其容量根据试验箱的大小和加湿需求而定。加热元件负责将水加热产生蒸汽，其功率和加热效率直接影响加湿速度。蒸汽管道将产生的蒸汽输送到试验箱内的各个部位，蒸汽喷头则确保蒸汽均匀地散发在箱内空间。湿度传感器实时监测箱内湿度，当湿度低于设定值时，控制系统启动加热元件进行加湿操作，当湿度达到或超过设定值时，停止加热，从而实现湿度的自动控制。

（二）超声波加湿

1. 工作原理

• 超声波加湿利用超声波换能器将电能转换为高频机械振动。这种高频振动作用于水箱中的水，使水表面产生微小的水滴，这些水滴在超声场的作用下被雾化成极细的水雾。然后，通过风机将雾化后的水雾吹入试验箱内，增加箱内湿度。与蒸汽加湿相比，超声波加湿不需要将水加热至沸腾，能耗相对较低，且产生的水雾颗粒较小，能够更均匀地分布在箱内。例如，在一些对湿度均匀性要求高且湿度变化范围不大的实验中，如电子元器件的湿度敏感性测试，超声波加湿能够提供较为理想的加湿效果。

2. 设备组件与控制

• 主要设备有水箱、超声波换能器、风机、导雾管以及湿度传感器等。水箱为水的储存容器，超声波换能器安装在水箱底部或侧面，将电能转换为超声振动。风机用于将雾化后的水雾吹出水箱并通过导雾管输送到试验箱内。湿度传感器持续监测箱内湿度，当湿度不足时，启动超声波换能器和风机进行加湿，达到设定湿度后停止工作。同时，为了防止水箱内滋生细菌和杂质影响加湿效果，一些超声波加湿系统还配备有水质净化装置，如紫外线杀菌灯或过滤器等。

三、除湿原理与方式

（一）冷凝除湿

1. 工作原理

• 冷凝除湿基于空气遇冷时水蒸气会凝结成液态水的原理。在试验箱内，通过制冷系统使空气冷却到露点温度以下，此时空气中的水蒸气就会凝结成水滴，然后通过排水管道将这些水滴排出箱外，从而降低箱内湿度。例如，在模拟寒冷干燥的冬季环境时，当试验箱内温度较低且湿度较高时，冷凝除湿能够有效地去除多余的水分，使箱内湿度符合实验要求。

2. 设备组件与控制

• 设备包括制冷系统（压缩机、冷凝器、蒸发器等）、冷凝水收集盘、排水管道以及湿度传感器等。制冷系统中的蒸发器是实现空气冷却的关键部件，当空气流过蒸发器时，温度降低，水蒸气凝结。冷凝水收集盘位于蒸发器下方，用于收集凝结的水滴，然后通过排水管道将水排出箱外。湿度传感器实时监测箱内湿度，当湿度高于设定值时，启动制冷系统进行除湿操作，当湿度达到或接近设定值时，停止制冷系统运行，以维持稳定的湿度环境。

（二）吸附除湿

1. 工作原理

• 吸附除湿利用吸附剂（如硅胶、分子筛等）对水分子的吸附特性来去除箱内的水分。吸附剂具有大量的微孔结构，这些微孔能够吸附空气中的水蒸气分子。当含有水分的空气通过吸附剂时，水分子被吸附在吸附剂的微孔内，从而使空气变得干燥。例如，在一些对湿度要求极低且需要长时间维持干燥环境的实验中，如药品的稳定性测试，吸附除湿可以将箱内湿度控制在非常低的水平，确保实验环境的稳定性。

2. 设备组件与控制

• 主要组件有吸附剂床、风机、再生装置以及湿度传感器等。吸附剂床内填充有吸附剂，风机促使箱内空气循环通过吸附剂床进行除湿。当吸附剂吸附饱和后，需要进行再生处理，再生装置通过加热或减压等方式将吸附在吸附剂上的水分子去除，使吸附剂恢复吸附能力。湿度传感器监测箱内湿度，当湿度升高时，启动风机使空气通过吸附剂床除湿，同时根据吸附剂的吸附状态适时启动再生装置，保证除湿系统的持续有效运行。

四、加湿除湿系统的协同工作与控制

（一）湿度设定与反馈控制

1. 设定方式

• 用户可以根据实验需求在试验箱的控制面板上设定目标湿度值。这个目标湿度值可以是一个固定值，也可以是按照实验程序设定的不同时间段的湿度变化值。例如，在一个模拟昼夜湿度变化的实验中，白天可以设定较高的湿度值，夜晚设定较低的湿度值。

2. 反馈控制机制

• 试验箱内的湿度传感器实时监测箱内实际湿度，并将湿度数据反馈给控制系统。控制系统根据设定湿度值与实际湿度值的差异，自动启动或停止加湿或除湿设备。如果实际湿度低于设定湿度，控制系统启动加湿设备（如蒸汽加湿装置或超声波加湿装置）；如果实际湿度高于设定湿度，控制系统启动除湿设备（如冷凝除湿系统或吸附除湿系统），通过这种反馈控制机制，使箱内湿度始终保持在设定值附近，确保实验环境湿度的稳定性和准确性。

（二）不同湿度范围的设备切换与优化

1. 湿度范围划分与设备适配

• 根据试验箱的设计和应用需求，通常会划分不同的湿度范围。例如，低湿度范围（如相对湿度 10% - 30%）可能更适合采用吸附除湿方式，因为其能够将湿度控制在较低水平且稳定性高；中湿度范围（如 30% - 60%）可以采用冷凝除湿与蒸汽加湿相结合的方式，既能有效除湿又能在需要时快速加湿；高湿度范围（如 60% - 95%）则可利用蒸汽加湿或超声波加湿来满足湿度要求。

2. 设备切换与协同优化

• 控制系统根据湿度传感器反馈的湿度数据以及设定的湿度范围，自动切换不同的加湿除湿设备。在湿度变化过程中，例如从低湿度向高湿度过渡时，控制系统会先停止吸附除湿设备，然后启动蒸汽加湿或超声波加湿设备，并根据湿度上升的速度和趋势，合理调节加湿设备的功率，确保湿度平稳上升，避免出现湿度过冲或波动过大的情况。同样，在从高湿度向低湿度变化时，会有序切换除湿设备并进行相应的控制优化，以实现高效、精确的湿度控制。

五、总结