恒溫恒濕試驗(yàn)箱作為環(huán)境模擬測(cè)試領(lǐng)域的核心設(shè)備，集成了精密溫濕度調(diào)控功能，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量驗(yàn)證及可靠性評(píng)估等環(huán)節(jié)。對(duì)于初次接觸該設(shè)備的技術(shù)人員而言，其復(fù)雜的外部結(jié)構(gòu)與多元的功能模塊可能構(gòu)成認(rèn)知門檻。

一、制冷系統(tǒng)工作機(jī)制
制冷系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境模擬的關(guān)鍵執(zhí)行單元，通常采用蒸汽壓縮式機(jī)械制冷技術(shù)，僅在極限低溫場(chǎng)景（如-70℃以下）輔以液氮制冷作為補(bǔ)充。機(jī)械制冷循環(huán)遵循逆卡諾循環(huán)原理，依托制冷劑相變過程中的吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。
具體工作流程如下：低壓制冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，轉(zhuǎn)化為高溫高壓的過熱蒸氣狀態(tài)，此過程需消耗電能并提升制冷劑焓值。隨后，高壓蒸氣進(jìn)入冷凝器，通過風(fēng)冷或水冷方式向外界環(huán)境釋放冷凝潛熱，逐漸冷凝為常溫高壓液態(tài)制冷劑。液態(tài)制冷劑流經(jīng)毛細(xì)管或膨脹閥等節(jié)流裝置時(shí)，經(jīng)歷等焓節(jié)流過程，壓力與溫度急劇下降，形成低溫低壓的氣液兩相混合物。最終，該混合物進(jìn)入蒸發(fā)器，在低壓環(huán)境下持續(xù)吸收試驗(yàn)箱內(nèi)的熱量并完成蒸發(fā)氣化，從而使箱內(nèi)溫度穩(wěn)定下降。蒸發(fā)后的低壓蒸氣再次返回壓縮機(jī)，構(gòu)成閉合循環(huán)。此過程中，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的相變潛熱交換是維持箱內(nèi)低溫環(huán)境的核心熱力學(xué)機(jī)制。
二、加熱系統(tǒng)熱力學(xué)原理
相較于制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)的技術(shù)原理更為直接。該系統(tǒng)采用大功率鎳鉻合金電熱絲作為發(fā)熱元件，通過焦耳熱效應(yīng)將電能高效轉(zhuǎn)化為熱能。電熱絲通常集成于不銹鋼鎧裝加熱管內(nèi)，并布設(shè)在循環(huán)風(fēng)道系統(tǒng)中，與氣流充分接觸以實(shí)現(xiàn)快速熱交換。
為提升溫度響應(yīng)速率并確保溫場(chǎng)均勻性，加熱系統(tǒng)往往配置多級(jí)并聯(lián)加熱器，總功率設(shè)計(jì)顯著高于熱負(fù)荷需求，使升溫速率可達(dá)3-5℃/min。系統(tǒng)配備固態(tài)繼電器（SSR）或可控硅調(diào)功器，依據(jù)PID控制算法精確調(diào)節(jié)加熱通斷占空比，既實(shí)現(xiàn)快速升溫，又避免溫度過沖。此外，加熱回路串聯(lián)超溫保護(hù)器與限溫熔斷器，構(gòu)成硬件級(jí)冗余保護(hù)，防止控制系統(tǒng)失效導(dǎo)致持續(xù)加熱而引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。
三、控制系統(tǒng)架構(gòu)與功能
控制系統(tǒng)是整機(jī)的神經(jīng)中樞，屬軟件層核心模塊，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各執(zhí)行單元按預(yù)設(shè)程序協(xié)同運(yùn)作。該系統(tǒng)以微處理器或可編程邏輯控制器（PLC）為核心，配置人機(jī)交互界面（HMI），通常為彩色液晶觸摸屏，支持多段程序設(shè)定與實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)控。
其控制邏輯基于閉環(huán)負(fù)反饋原理：溫度傳感器（常用PT100鉑電阻）與濕度傳感器（電容式或干濕球式）實(shí)時(shí)采集箱內(nèi)環(huán)境參數(shù)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入控制器?？刂破鲗?shí)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，通過PID運(yùn)算輸出控制信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)、加熱器、加濕器等執(zhí)行器的功率輸出?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)普遍支持RS485、以太網(wǎng)通訊接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄及故障診斷功能，滿足實(shí)驗(yàn)室信息化管理需求。系統(tǒng)內(nèi)置多種安全聯(lián)鎖邏輯，如壓縮機(jī)延時(shí)啟動(dòng)保護(hù)、加熱與制冷互鎖、超溫報(bào)警停機(jī)等，確保設(shè)備運(yùn)行安全性。
四、濕度系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制
濕度系統(tǒng)由加濕與除濕兩個(gè)子模塊構(gòu)成，分別對(duì)應(yīng)濕度上升與下降的控制需求。
加濕過程采用蒸汽加濕法，通過電加熱管將去離子水加熱至沸騰，產(chǎn)生潔凈低壓水蒸氣，經(jīng)由不銹鋼蒸汽導(dǎo)管注入箱內(nèi)循環(huán)風(fēng)道。該方法響應(yīng)速度快，加濕量連續(xù)可調(diào)，且不會(huì)引入液態(tài)水滴污染樣品。為防止水垢影響，加濕鍋爐需定期排污，并采用純水或軟化水作為水源。
除濕過程則采用復(fù)合除濕策略，包括機(jī)械制冷除濕與干燥除濕（部分高端機(jī)型配置）。機(jī)械制冷除濕利用露點(diǎn)控制原理：當(dāng)箱內(nèi)空氣流經(jīng)低溫蒸發(fā)器表面時(shí)，若表面溫度低于空氣露點(diǎn)溫度，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)為液態(tài)水析出，經(jīng)排水系統(tǒng)排出箱外，空氣中絕對(duì)含濕量隨之下降。該方法除濕效率高，但受蒸發(fā)器最低溫度限制，一般可將濕度降至20%RH左右。干燥除濕作為輔助手段，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)將箱內(nèi)濕空氣抽入內(nèi)置干燥劑（如分子篩）的吸附塔，經(jīng)吸濕處理后再送回箱內(nèi)，可將濕度進(jìn)一步降低至5%RH以下，但除濕速率相對(duì)較慢。
恒溫恒濕試驗(yàn)箱通過制冷、加熱、濕度及控制四大系統(tǒng)的有機(jī)耦合，構(gòu)建起精密的環(huán)境模擬平臺(tái)。各系統(tǒng)在控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，通過動(dòng)態(tài)熱濕平衡調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)溫濕度參數(shù)的高精度、高穩(wěn)定性控制，為產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證提供可靠的技術(shù)保障。