隨著工業(yè)和信息技術(shù)的發(fā)展，模擬環(huán)境試驗(yàn)日益成為各科研院所和企業(yè)檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。恒溫恒濕試驗(yàn)箱作為模擬環(huán)境試驗(yàn)和研究中重要的試驗(yàn)設(shè)備之一，得到越來(lái)越多的應(yīng)用。在以往的文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，濕度試驗(yàn)箱的溫濕度偏差、波動(dòng)、溫升降率、風(fēng)速等主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了較多的討論，但對(duì)均勻性的研究較少。基于上述情況，本文通過(guò)提高恒溫恒濕試驗(yàn)箱的相對(duì)濕度來(lái)改善均勻性，驗(yàn)證了相對(duì)濕度的提高對(duì)傳熱的影響，為恒溫恒濕試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)提供了一定的參考。
一、影響因素
1、箱體結(jié)構(gòu)
由于恒溫恒濕試驗(yàn)箱的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)不同，試驗(yàn)箱內(nèi)壁各部分的溫度和濕度也不同，影響了試驗(yàn)箱內(nèi)的熱對(duì)流，導(dǎo)致內(nèi)部溫濕度的均勻性和偏差不同。
2、熱負(fù)荷
在試驗(yàn)箱內(nèi)或試驗(yàn)樣品內(nèi)放置一些影響整體內(nèi)部熱對(duì)流的發(fā)光和加熱負(fù)荷，會(huì)影響內(nèi)部溫濕度的均勻性。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，默認(rèn)情況下，應(yīng)在空載條件下測(cè)量恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫濕度均勻性。
3、傳熱
由于試驗(yàn)箱內(nèi)壁前、后、左、右、上、下六面的傳熱系數(shù)不同,部分試驗(yàn)箱內(nèi)壁的側(cè)面有檢測(cè)孔、穿線(xiàn)孔和測(cè)試孔，讓試驗(yàn)箱的某些部位會(huì)出現(xiàn)散熱和傳熱的情況,導(dǎo)致箱內(nèi)溫度不均勻，造成箱壁輻射的對(duì)流傳熱不均勻，大大影響了溫度均勻性。
4、熱輻射
試驗(yàn)箱的空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如加熱管的放置位置、風(fēng)管的設(shè)計(jì)、功率和位置等，都難以達(dá)到均勻?qū)ΨQ(chēng)的標(biāo)準(zhǔn)，這必然會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)箱內(nèi)部溫濕度不均勻。
5、試驗(yàn)樣品位置和體積
被測(cè)樣品位置不合理或樣品體積過(guò)大，都會(huì)阻礙試驗(yàn)箱內(nèi)空氣熱對(duì)流，從而影響溫濕度的均勻性。例如，將樣品放在靠近內(nèi)壁或風(fēng)管一側(cè)會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)箱內(nèi)熱循環(huán)，導(dǎo)致溫濕度不均勻。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于測(cè)試樣品的試驗(yàn):測(cè)試樣品的體積應(yīng)該為試驗(yàn)箱體積的1/5。
6、密封性
試驗(yàn)箱和門(mén)的密閉性不嚴(yán)格。例如，當(dāng)密封條損壞、門(mén)漏氣時(shí)，會(huì)影響恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)的溫濕度均勻性。
7、風(fēng)速
一般來(lái)說(shuō)，在模擬環(huán)境試驗(yàn)過(guò)程中，恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)的風(fēng)速不應(yīng)超過(guò)1.7m/s。如果風(fēng)速過(guò)大，會(huì)加速試件表面與試驗(yàn)箱內(nèi)流動(dòng)空氣之間的熱交換，也會(huì)加速濕球紗布內(nèi)水分的蒸發(fā)，不利于試驗(yàn)和溫度測(cè)量不準(zhǔn)確。因此，在測(cè)試過(guò)程中，風(fēng)速越小越好。但是，為了保證試驗(yàn)箱內(nèi)溫濕度的均勻性，需要在試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行空氣循環(huán)?？蛰d試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)箱內(nèi)平均風(fēng)速為0.6~0.8m/s。
8、控制精度
在試驗(yàn)箱達(dá)到設(shè)定的溫濕度點(diǎn)后，由于散熱度不完全均勻，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)有一定的波動(dòng)。通過(guò)提高試驗(yàn)箱的控制精度，減小溫度波動(dòng)，可以減小溫度偏差。對(duì)于高溫試驗(yàn)箱，可通過(guò)PID連續(xù)調(diào)節(jié)加熱功率來(lái)減小溫度波動(dòng);對(duì)于低溫試驗(yàn)箱，一般通過(guò)熱平衡來(lái)控制溫度波動(dòng)，即在試驗(yàn)箱達(dá)到設(shè)定溫度后，制冷機(jī)仍處于常開(kāi)狀態(tài)，利用控制的制熱功率來(lái)平衡多余的制冷量。
二、測(cè)量特性
恒溫恒濕試驗(yàn)箱的測(cè)量特性應(yīng)主要包括溫濕度偏差、溫濕度波動(dòng)和溫濕度均勻性。
1、偏差
恒溫恒濕試驗(yàn)箱偏差是指環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)顯示的溫濕度平均值與工作空間中心實(shí)測(cè)的實(shí)際溫濕度平均值之差。
2、波動(dòng)
恒溫恒濕試驗(yàn)箱的波動(dòng)是指在設(shè)定的溫度(濕度)值達(dá)到穩(wěn)定后30分鐘內(nèi)，其工作空間中心點(diǎn)的溫度(濕度)較大值與較小值之差。
3、均勻
恒溫恒濕試驗(yàn)箱的均勻性定義為設(shè)定溫度(濕度)值達(dá)到穩(wěn)定后30分鐘內(nèi)每次試驗(yàn)的較高溫度(濕度)值與較低溫度(濕度)值之差的算術(shù)平均值。
3.相關(guān)測(cè)試
由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)溫度恒定，相對(duì)濕度增大時(shí)，相應(yīng)的溫濕度均勻性和波動(dòng)性會(huì)有較大的改善。主要原因是空氣是**的熱導(dǎo)體。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)含水率低、溫度低時(shí)，物體的導(dǎo)熱系數(shù)小，固體的導(dǎo)熱系數(shù)大于液體的導(dǎo)熱系數(shù)，液體的導(dǎo)熱系數(shù)大于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)。這種差異很大程度上是由于不同狀態(tài)下的分子間距不同所致。對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)，相對(duì)濕度越大，即在相同的溫度和壓力下，潮濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量與飽和空氣中水蒸氣的質(zhì)量之比越大，則空氣中的濕度越大，熱導(dǎo)率越大。在風(fēng)速一定的情況下，試驗(yàn)箱內(nèi)的熱循環(huán)和對(duì)流越好，大大提高了試驗(yàn)箱內(nèi)溫濕度的均勻性和波動(dòng)性。
在日常的校準(zhǔn)工作中發(fā)現(xiàn)，同一恒溫恒濕試驗(yàn)箱在高濕度條件下的溫濕度波動(dòng)和均勻性?xún)?yōu)于低濕度條件下的。提出相對(duì)濕度越大，空氣中的水分越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大，從而改善了試驗(yàn)箱內(nèi)的熱循環(huán)，因此設(shè)計(jì)并進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
本文對(duì)恒溫恒濕試驗(yàn)箱的均勻性、波動(dòng)性和偏差進(jìn)行了理論分析和研究。通過(guò)增加試驗(yàn)箱內(nèi)相對(duì)濕度，改善試驗(yàn)箱內(nèi)的傳熱，大大提高試驗(yàn)箱內(nèi)的均勻性，使試驗(yàn)箱內(nèi)溫度和濕度更加穩(wěn)定。這為今后恒溫恒濕試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)和使用提供了必要的了解和參考。
