隨著工業(yè)和信息技術(shù)的發(fā)展，模擬環(huán)境試驗日益成為各科研院所和企業(yè)檢測產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。恒溫恒濕試驗箱作為模擬環(huán)境試驗和研究中重要的試驗設(shè)備之一，得到越來越多的應(yīng)用。在以往的文獻和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，濕度試驗箱的溫濕度偏差、波動、溫升降率、風(fēng)速等主要技術(shù)參數(shù)進行了較多的討論，但對均勻性的研究較少。基于上述情況，本文通過提高恒溫恒濕試驗箱的相對濕度來改善均勻性，驗證了相對濕度的提高對傳熱的影響，為恒溫恒濕試驗箱的校準(zhǔn)提供了一定的參考。
一、影響因素
1、箱體結(jié)構(gòu)
由于恒溫恒濕試驗箱的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)不同，試驗箱內(nèi)壁各部分的溫度和濕度也不同，影響了試驗箱內(nèi)的熱對流，導(dǎo)致內(nèi)部溫濕度的均勻性和偏差不同。
2、熱負(fù)荷
在試驗箱內(nèi)或試驗樣品內(nèi)放置一些影響整體內(nèi)部熱對流的發(fā)光和加熱負(fù)荷，會影響內(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)在空載條件下測量恒溫恒濕試驗箱的溫濕度均勻性。
3、傳熱
由于試驗箱內(nèi)壁前、后、左、右、上、下六面的傳熱系數(shù)不同,部分試驗箱內(nèi)壁的側(cè)面有檢測孔、穿線孔和測試孔，讓試驗箱的某些部位會出現(xiàn)散熱和傳熱的情況,導(dǎo)致箱內(nèi)溫度不均勻，造成箱壁輻射的對流傳熱不均勻，大大影響了溫度均勻性。
4、熱輻射
試驗箱的空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，如加熱管的放置位置、風(fēng)管的設(shè)計、功率和位置等，都難以達到均勻?qū)ΨQ的標(biāo)準(zhǔn)，這必然會導(dǎo)致試驗箱內(nèi)部溫濕度不均勻。
5、試驗樣品位置和體積
被測樣品位置不合理或樣品體積過大，都會阻礙試驗箱內(nèi)空氣熱對流，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)會嚴(yán)重影響試驗箱內(nèi)熱循環(huán)，導(dǎo)致溫濕度不均勻。根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)的要求，對于測試樣品的試驗:測試樣品的體積應(yīng)該為試驗箱體積的1/5。
6、密封性
試驗箱和門的密閉性不嚴(yán)格。例如，當(dāng)密封條損壞、門漏氣時，會影響恒溫恒濕試驗箱內(nèi)的溫濕度均勻性。
7、風(fēng)速
一般來說，在模擬環(huán)境試驗過程中，恒溫恒濕試驗箱內(nèi)的風(fēng)速不應(yīng)超過1.7m/s。如果風(fēng)速過大，會加速試件表面與試驗箱內(nèi)流動空氣之間的熱交換，也會加速濕球紗布內(nèi)水分的蒸發(fā)，不利于試驗和溫度測量不準(zhǔn)確。因此，在測試過程中，風(fēng)速越小越好。但是，為了保證試驗箱內(nèi)溫濕度的均勻性，需要在試驗箱內(nèi)進行空氣循環(huán)。空載試驗時，試驗箱內(nèi)平均風(fēng)速為0.6~0.8m/s。
8、控制精度
在試驗箱達到設(shè)定的溫濕度點后，由于散熱度不完全均勻，在短時間內(nèi)會有一定的波動。通過提高試驗箱的控制精度，減小溫度波動，可以減小溫度偏差。對于高溫試驗箱，可通過PID連續(xù)調(diào)節(jié)加熱功率來減小溫度波動;對于低溫試驗箱，一般通過熱平衡來控制溫度波動，即在試驗箱達到設(shè)定溫度后，制冷機仍處于常開狀態(tài)，利用控制的制熱功率來平衡多余的制冷量。
二、測量特性
恒溫恒濕試驗箱的測量特性應(yīng)主要包括溫濕度偏差、溫濕度波動和溫濕度均勻性。
1、偏差
恒溫恒濕試驗箱偏差是指環(huán)境試驗設(shè)備達到穩(wěn)定狀態(tài)時顯示的溫濕度平均值與工作空間中心實測的實際溫濕度平均值之差。
2、波動
恒溫恒濕試驗箱的波動是指在設(shè)定的溫度(濕度)值達到穩(wěn)定后30分鐘內(nèi)，其工作空間中心點的溫度(濕度)較大值與較小值之差。
3、均勻
恒溫恒濕試驗箱的均勻性定義為設(shè)定溫度(濕度)值達到穩(wěn)定后30分鐘內(nèi)每次試驗的較高溫度(濕度)值與較低溫度(濕度)值之差的算術(shù)平均值。
3.相關(guān)測試
由實驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)恒溫恒濕試驗箱內(nèi)溫度恒定，相對濕度增大時，相應(yīng)的溫濕度均勻性和波動性會有較大的改善。主要原因是空氣是**的熱導(dǎo)體。一般來說，當(dāng)含水率低、溫度低時，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。對于空氣來說，相對濕度越大，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，試驗箱內(nèi)的熱循環(huán)和對流越好，大大提高了試驗箱內(nèi)溫濕度的均勻性和波動性。
在日常的校準(zhǔn)工作中發(fā)現(xiàn)，同一恒溫恒濕試驗箱在高濕度條件下的溫濕度波動和均勻性優(yōu)于低濕度條件下的。提出相對濕度越大，空氣中的水分越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大，從而改善了試驗箱內(nèi)的熱循環(huán)，因此設(shè)計并進行了相關(guān)驗證實驗。
本文對恒溫恒濕試驗箱的均勻性、波動性和偏差進行了理論分析和研究。通過增加試驗箱內(nèi)相對濕度，改善試驗箱內(nèi)的傳熱，大大提高試驗箱內(nèi)的均勻性，使試驗箱內(nèi)溫度和濕度更加穩(wěn)定。這為今后恒溫恒濕試驗箱的校準(zhǔn)和使用提供了必要的了解和參考。
