恒温恒湿、光照箱的应用AI-3070C无纸记录仪———恒温恒湿、光照

　
  
   
  关键词：恒温恒湿箱、AI调节器 、温湿度变送器、干湿球PT100  
  一、概述：
  在试验室内完整而精确地再现自然界存在的环境条件是可望而不可及的事情。但是，在一定的容差范围之内，人们完全可以正确而近似地模拟工程产品在使用、贮存、运输等过程中所经受的外界环境条件。这段话用工程的语言概括，就是“试验设备所创造的围绕被试产品周边的环境条件。环境试验设备恒温恒湿、光照箱。是细胞组织生长培育、种子发芽、育苗、昆虫小动物的饲养、微生物抗生物的培养保存最理想的设备，特别适用于生物工程、医学研究、农业科学、水产、畜牧等领域从事生产和科研作恒温、恒湿、光照实验培养的装置。     图1
   
  
  恒温恒湿光照箱测量控制方式
　　宇电AI-3070C无纸记录仪在温湿度恒温恒湿光照箱得到了广泛的应用。温湿度恒温恒湿光照箱配置有温湿度程序控制仪、光照灯自动开关程序、曲线自动记录装置。    图2
   
  
  温度、湿度试验箱有恒定试验箱、交变试验箱两种情况。普通的高低温试验箱一般指的是恒定高低温试验箱，其控制方式为：设定一个目标温度、湿度点，试验箱具有自动恒温到目标温度、湿度点的能力。可以在最大升温、降温速率能力的范围内，即可以根据设定的曲线的斜率控制升温、降温速率。宇电AI-3070C无纸记录仪也具有预置温度、湿度曲线，并且根据预置进行控制的要求24小时循环控制。智能控制温度、光照、控制稳定准确可靠，以模拟自然昼夜不同的温度变化，温度可随光照的有无实行昼夜不同的设定。
  项目要求：6通道无纸记录仪
  一、模拟环境恒温试验室温湿度PID控制
  仪表型号AI-808AI4GL1加热制冷双输出；
  用北京时间定时下传SV值；
  二、日照灯光开关控制
  仪表型号AI-3013D5
  用北京时间定时接点开、关；
  三、要求24小时循环控制
  为此我们专门开发此套系统来满足客户的需求请联系13063058280或发邮件shaoping1952@126.com 来索取资料。
  四、传感器的选择
    传感器的选择对于恒温恒湿箱非常重要。
    1、分体式温湿度变送器
     AF3020插入式二线制温湿度变送器是恒温恒湿试验箱及暖通空调应用中精确测量相对湿度及温度而价位合理的理想解决方案，配以可用于严重污染环境中使用的，具备防水透气功能的，可拆卸清洗的，烧结过滤器帽。
     选用高质量集成数字温湿度传感器DHT22，保证了变送器优良的长期稳定性、低延滞性、以及强抗化学污染能力，这种变送器极优的可重复性。集成湿度传感器还可免校准快速更换，而且成本较低。
     典型应用:恒温恒湿试验箱*陶瓷烘干房*楼宇自动化*暧通空调闭环自动控制、博物馆和宾馆的气候站
     特点: *极优的性能价格比，长期稳定性好  *耐湿，配备了防水透气的烧结过滤器帽可用于各种恶劣环境*全量程温度补偿，高低温湿度测量更精确*数字化校准，温湿度测量范围宽，可靠性极高*易维护，湿度传感器探头可免校准快速更换。烧结过滤器帽可拆卸清洗。
     数字技术的发展高端的湿敏电子元件，电子温湿度变送器发展很快，进口的高价高温高湿的温湿度变送器得不到推广应用，国产低价高温高湿变送器应运而生，将给恒温恒湿箱带来结构性的改革。测量方式的改变，使恒温恒湿箱的湿度测量、PID调节变的结构简单，测量调节可靠准确、造价低；恒温恒湿箱结构性的改革国产高温高湿变送器的推广应用。新一代湿度变送器问世为您解决高温高湿的测量。创新分体传感器的的技术指标：                   图表3
  2、干湿球PT100传感器
     干湿球法双PT100是传统恒温恒湿箱的控制方法；干湿球法测量湿度方法简单，条件苛刻，数据不准；干湿球法使恒温恒湿箱复杂；
     干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。
     早在18世纪人类就发明了干湿球湿度计，历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：干湿球湿度计的准确度还取决于干球、湿球两支温度计本身的精度；湿度计必须处于通风状态即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达到规定的准确度。
      利用2路三线制Pt100热电阻输入，用干湿球法可同时测量环境温度（干球）及湿度，在风速和大气压力稳定条件下，
     在做湿热试验中，出现实际湿度会达到100%或者实际湿度与目标湿度相差很大，数值低得很多，前者的现象：可能是湿球传感器上的纱布干燥引起，那就要检查湿球传感器的水槽中是否缺水，水槽中的水位是由一水位控制器自动控制的，查水位控制器供水系统是否供水正常，水位控制器工作是否正常。另一种可能就是湿球纱布因使用时间长，或供水水质纯净度的原因，会使纱布变硬，使纱布无法吸收水份而干燥，只要更换或清洗纱布即可排除以上现象。后者的现象主要是加湿系统不工作，查看加湿系统的供水系统，供水系统内是否有一定的水量，控制加湿锅炉水位的水位控制是否正常，加湿锅炉内的水位是否正常。
   三、先进温度控制设备调节器的选择：
      测量方式的改变，使恒温恒湿箱的湿度测量、PID调节变的结构简单，测量调节可靠准确、造价低；
  1、加热制冷调节控制功能
     先进仪表的选择：系统的改造中我们采用了先进的AI人工智能调节器模块。AI调节器模块是控温系统的核心部分，AI仪表首创性地采用了平台概念，将非常专业化的数字调节仪表转为平台化设计的产品，采用的是AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。图4
  
      自整定方法简单应用方便：由于自整定执行时采用位式调节，经2~3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。
     在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能，及无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。
  2、湿度、温度PID控制
       恒温恒湿箱控制：湿度PID控制采用调节器AI-808AI4GL1S（或程序型AI-808AI4GL1S调节器），使湿度调节更可靠准确。温度PID控制采用PT100传感器来控制温度AI-808AI4GL1S连接AI-3070触摸屏、查看温、湿双曲线或编辑升降程序。                  图5
   
  
  3、湿度测量、位式控制
     恒温恒湿箱位式控制：型号AI-702ME5J5L1L1S仪表，报警输出控制。
     利用2路三线制Pt100热电阻输入，用干湿球法可同时测量环境温度（干球）及湿度，在风速和大气压力稳定条件下，经校准后湿度测量精度优于1%RH，该方法可适应温度0~100度及湿度0~100％RH的测量范围，解决了一般陶瓷湿度传感器在高温高湿下无法长期工作问题。M1、M2分别装两个J0模块，2路三线制热电阻输入，Sn1设置为22，Sn2设置为42，大气压力和风速由Po及SPEd两个参数定义。由于两只Pt100及测量通道的微小误差都会对湿度测量带来较大的误差，因此测量湿度前建议先校准湿度，校准可将干球Pt100也缠上纱布，与湿球同等条件，稳定后调整Sc2参数，使湿度显示值为100％，再将干球纱布去除即可。温度测量分辨率为0.01度，湿度测量分辨率为0.1%RH，但末位数较不稳定，建议设置dIP1＝1，dIP2=0，使显示分辨率分别位0.1℃及1％RH。                                                   图6
  四、无纸记录仪功能
     数据记录功能发展很快，在控制恒温恒湿箱温度湿度可以双曲线记录。AI-3070无纸记录仪，通过RS485通讯接口，采用上下位机的方式，能方便地与AI智能程序型PID温度调节器配合使用。
     在恒温恒湿箱程序控温时在触摸屏上可显示双曲线运行图、屏内储存15段升降温程序、程序图形重显；可即时设置、读取，上下传升温、恒温、降温程序配方；无纸记录仪曲线图。图7
  
  
  在屏上控制操作程序仪表【启动】【停止】【暂停】、在运行状态下切换【手动/自动】状态，手动控制输出量；即时修改【段号】，指定运行段；及修改仪表控制参数等多种功能；追忆记录的温度曲线数据。数据报表、报警报表的打印
  恒温恒湿箱在AI系列仪表，AI3070总线式无纸记录仪配合应用温湿度变送器与干湿球测量控制湿度方面起到了很好的效果值得推广应用。
  五、恒温恒湿箱应用要注意的问题   
  1、温度范围的选择
　　目前，国外温度试验箱的范围大体上为－73～＋177℃，或－70～＋180℃。国内多数厂家一般为－80～＋130℃，－60～＋130℃，－40～＋130℃，也有高温到150℃。这些温度范围通常可以满足国内绝大多数军用、民用产品温度试验的需要，除非确有特殊需要，如安装位置靠近发动机等热源的产品外，不可盲目提高温度上限。因为上限温度越高，箱体内外的温差越大，箱体内部流场的均匀性也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面，上限温度值越高，对箱壁夹层中保温材料（如玻璃棉等 ）的耐热性要求越高。箱体密封性的要求也越高，使箱体的制作成本增加。
  2、湿度范围的选择
　　国内外环境试验箱给出的湿度指标大都是20～98％RH或30～98％RH，如果湿热试验箱没有除湿系统，则湿度范围为60～98％，这一类试验箱只能做高湿试验，但它的价格低得多。值得注意的是在湿度指标后面应该注明相应的温度范围，或给出最低露点温度。因为相对湿度是与温度直接相关的，对于同样的绝对含湿量，温度越高，相对湿度就越小，如绝对含湿量为5g/Kg（指1公斤干空气中含有5克的水蒸汽），当温度为29℃时，相对湿度为20％RH，温度为6℃时，相对湿度为90％RH，当温度降至4℃以下，相对湿度超过100％，在箱体内会出现结露现象。
    实现高温、高湿只需要往箱体空气中喷水蒸汽或雾化的水珠，进行加湿。低温低湿则相对难于控制，因为此时的绝对含湿量很低，有时比大气中的绝对含湿量低很多，需要对箱体内流动的空气除湿，使空气变得干燥。目前国内外绝大多数的温湿度箱都采用制冷除湿的原理，是在箱体的空气预调室内加一组制冷光管。当湿空气经过冷管时，其相对湿度会达到100％RH，因空气饱和在光管上结露，使空气变得更干燥。这种除湿方式理论上可达到零度以下的露点温度，但是当冷点表面温度到达0℃时，光管表面结露的水滴会结冰，从而影响光管表面的热交换，使除湿能力下降。又因为箱体不可能绝对密封，大气中的湿空气会渗入到箱体内，使露点温度回升。另一方面，在光管间流动的湿空气只是在和光管（冷点）接触的瞬间达到饱和状态而析出水蒸汽，因此这种除湿方法很难使箱体内的露点温度在到0℃以下。实际所达到的最低露点温度为5～7℃。露点温度5℃相当于绝对含湿量为0.0055g/Kg，对应相对湿度20％RH的温度为30℃。如果要求温度20℃进相对湿度达到20％RH，此时的露点温度为－3℃，采用致冷方式除湿是很困难的，必须选用空气干燥系统才能实现。
      变温速率的选择
　　普通的高低温试验箱没有降温速度的指标，从环境温度降温到标称的最低温度的时间一般为90～120min。高低温交变试验箱、高低温交变湿热试验箱都有变温速度的要求，其变温速率一般要求1℃/min，在此速率的范围内速度可调。而快速温度变化试验箱的变温速率较快，升温、降温速率可以达到3℃/min～15℃/min，在某些温度段升温、降温速率甚至可以达到30℃/min以上。
　　各种规格、速度的快速温度变化试验箱的温度范围一般都是相同的，即－60～＋130℃，但考核降温速度的变温范围却不尽相同，根据试验不同的试验要求，快速温度变化试验箱变温范围有的是－55～＋80℃，而有的是－40～＋80℃。
　　关于快速温度变化试验箱的变温速率有两种提法，一种是全程平均升降温速度，一种是线形升降温速度（实际上是每5 min平均速度）。全程平均速度是指在试验箱的变温范围内，最高温度与最低温度之差值与时间之比。目前国外各环境试验设备生产厂家提供的变温速率的技术参数都是指的全程平均速率。线形升降温速度指在任意的每5 min时间段内，能够保证的变温速率。而实际上对于快速温度变化试验箱来说，保证线形升降温速度的难度最大、最关键的一段是，在降温段最后的一个5 min的时间段内，试验箱可以达到的降温速率。从某种角度讲，线形升降温速度（每5 min平均速度）更科学。因此试验设备最好具有全程平均升降温速度和线形升降温速度（每5 min平均速度）这两个参数。一般来说，线形升降温速度（每5 min平均速度）是全程平均升降温速度的1/2。
  6、风速
　　有关标准规定，进行环境试验时温湿箱内的风速应小于1.7m/s，对于试验本身来说，风速越小越好，风速过大会加速试验件表面与箱体内流动气流的热交换，于试验的真实性不利。但为了保证试验箱工作室内的均匀性，试验箱内具有循环风是必需的。但是快速温度变化试验箱以及温度、湿度、振动等多因素综合环境试验箱，为追求变温速率，必须加快箱体内循环气流的流速，风速通常在2～3m/s。因此，对于不同的使用目的，风速的限制是不一样的。
  7、温度波动度
　　温度波动是一个比较容易实现的参数，所有环境试验设备厂家生产的多数的试验箱实际的温度波动都可以控制在±0.3℃的范围以内。
  8、温度场均匀度
　　为了更正确地模拟产品在自然界所遭受的实际环境状况，在环境试验中必须保证被试产品的周边处在同一温度环境条件下，为此，必须对试验箱内的温度梯度和温度的波动度加以限制。在国军标GJB150.1－86军用设备环境试验方法总则中明确规定“试验样品附近测量系统的温度应在试验温度的±2℃以内，其温度工不超过1℃/m或总的最大值为2.2℃（试验样品不工作）”。
  9、湿度的精度控制
　　环境试验箱中测量湿度多数是采用干湿球法，环境试验设备的制造标准GB10586要求，相对湿度偏差应在±２３％RH。为满足湿度控制精度的要求，湿度试验箱的温度控制精度较高，温度波动一般小于±0.2℃。否则很难达到湿度控制精度的要求。
  10、冷却方式选择
　　试验箱如果带有制冷系统，制冷系统需要进行冷却。试验箱有风冷、水冷两种形式。
  风冷 水冷
使用条件 设备安装简便，只需要接通电源即可使用。 环境温度应低于28℃，如果环境温度高于28℃对制冷效果有一定的影响（最好配备空调） 需配置循环冷却水系统。
换热效果 较差（相对于水冷方式） 稳定、良好
对使用环境的影响 会导致试验箱周围的空气温度上升。 不影响试验箱周围的温度。
四、 温湿度试验设备状况分析
1〕 温湿度环境试验设备的生产是持续了几十年的机械制造行业，其基本技术（如制冷，加热）已经成熟。便是随着工业技术的进步和发展，很多新的应用技术不断引入到环境试验设备中，如计算机技术，模糊控制理论，多箱同步运行等，同时，环境试验设备是一种耐用品，一些问题和设计缺陷需要多年使用才能暴露出来，通过统计分析才能发现问题所在。一个成熟的、高可靠性的产品往往需要多年改进、完善。因此，环境试验设备生产厂家具有一定生产规模和生产历史，是产品具有较高可靠性的必要条件之一。
　　环境试验，特别是可靠性试验，试验周期长，试验的对象有时是价值很高的军工产品，试验过程中，试验人员经常要在现场周围操作巡视或测试工作，因此要求环境试验设备必须具有运行安全、操作方便、使用可靠、工作寿命长等特点，以确保试验本身的正常进行。试验设备的各种保护、告警措施及安全连锁装置应该完善可靠，以保证试验人员、被试产品和试验设备本身的安全可靠性。
      环境试验设备品种繁多，但使用最广泛的环境试验设备为高温、低温、湿热试验箱，而现今比较流行是集合了高温、低温、湿热为一体的试验箱，它的修理难度较其它环境试验设备大，且具有代表性。下面就高低温湿热试验箱为例，谈一谈高低温湿热试验箱的构造及一些常见故障和排除方法
   试验人员除正确按操作规程操作，还应该对其结构有所了解。高低温湿热试验箱由箱体、风循环系统、制冷系统、加温系统和控湿系统组成。风循环系统一般采用可调节送风方向的结构；加湿系统有采用锅炉加湿的和表面蒸发二种；降温、去湿系统采用空调工况制冷结构；加热系统采用电热鳍片加热和电炉丝直接加热二种结构；温湿度测试方法采用干湿球测试方法，也有用湿度传感器直接测量方法；控制和显示操作界面采用温湿度分开独立和温湿度组合控制器等方式。
   1.在高温试验中，如温度变化达不到试验温度值时，可以检查电器系统，逐一排除故障。如温度升得很慢，就要查看风循环系统，看一下风循环的调节挡板是否开启正常，反之，就检查风循环的电机运转是否正常。如温度过冲厉害那么就需要整定PID的设置参数。如果温度直接上升，过温保护，那么，控制器出故障，须更换控制仪表。
     2.低温达不到试验的指标，那你就要观察温度的变化，是温度降的很慢，还是温度到一定值后温度有回升的趋势，前者就要检查一下，做低温试验前是否将工作室烘干，使工作室保持干燥后再将试验样品放入工作室内再做试验，工作室内的试验样品是否放置的过多，使工作室内的风不能充分循环，在排除上述原因后，就要考虑是否是制冷系统中的故障了，这样就要请厂家的专业人员进行检修。后者的现象是设备的使用环境不好所致，设备放置的环境温度，放置的位置（箱体后与墙的距离）要满足要求。
  3.以上所谈的一些看法仅供参考如有沟通请联系13063058280或发邮件shaoping1952@126.com 来索取资料。