北京試驗箱廠家分析試驗箱的基本原理和故障分析

北京試驗箱廠家分析試驗箱的基本原理和故障分析

1. 引言
　　試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應力的試驗箱。隨著我國工業(ye) 產(chan) 品研製的需要，近幾年來，我國從(cong) 國外引進了大批試驗係統，為(wei) 我國工業(ye) 產(chan) 品的研製和定型發揮了重要作用。但由於(yu) 其本身的複雜性，使得試驗箱在運行中出現了許多問題，而且出現了問題不能及時解決(jue) ，大大延長了試驗周期，影響了產(chan) 品的研製工作。而產(chan) 生這些現象的原因是對綜合試驗箱的工作原理不了解。為(wei) 此，我們(men) 對試驗箱的基本工作原理作了一些簡要闡述，並介紹如何對綜合試驗箱試驗設備的故障進行分析和判斷。
2.試驗箱的原理：綜合試驗箱由製冷係統，加熱係統，控製係統，濕度係統，空氣循環係統，和傳(chuan) 感器係統等組成， 上述係統分屬電氣和機械製冷兩(liang) 大方麵。下麵初步敘述幾個(ge) 主要係統的工作原理和工作過程：

2.1 製冷係統：製冷係統是綜合試驗箱的關(guan) 鍵部分之一。一般來說，試驗箱的製冷方式都是機械製冷以及輔助液氮製冷，機械製冷采用蒸氣壓縮式製冷，該製冷方式是人工製冷中應用廣泛而又經濟的製冷方式之一。蒸氣壓縮式製冷型式有：單級製冷、多級製冷和複疊式製冷，它們(men) 主要由壓縮機，冷凝器，節流機構和蒸發器組成。由於(yu) 我們(men) 試驗的溫度低溫要達到-55℃，單級製冷難以滿足要求，因此綜合試驗箱的製冷方式一般采用複疊式製冷。下麵以意大利ACS公司生產(chan) 的綜合試驗箱的製冷係統為(wei) 例作一簡要介紹，圖2為(wei) 該製冷係統簡化圖。它由兩(liang) 部分組成，分別稱為(wei) 高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個(ge) 相對獨立的製冷係統。高溫部分中製冷劑（HP80）的蒸發吸收來自低溫部分的製冷劑（R23）的熱量而汽化；低溫部分製冷劑的蒸發則從(cong) 被冷卻的對象（試驗箱內(nei) 的空氣）吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個(ge) 蒸發冷凝器起來的，它既是高溫部分的蒸發器，也是低溫部分的冷凝器。ACS試驗箱的高溫部分製冷劑采用中溫製冷劑HP80，低溫部分製冷劑采用低溫製冷劑R23，箱內(nei) 溫度能達到-70℃。

注：圖中實線表示高溫機組，虛線表示低溫機組，粗線表示兩(liang) 者的部分

圖1 ACS試驗箱製冷係統簡化圖

2.2 加熱係統：試驗箱的加熱係統相對製冷係統而言，是比較簡單的。它主要由大功率電阻絲(si) 組成。由於(yu) 試驗箱要求的升溫速率較大，因此試驗箱的加熱係統功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設有加熱器。
2.3 控製係統：控製部分是綜合試驗箱的核心，它決(jue) 定了試驗箱的升降溫速率，精度等重要指標。現有試驗箱的控製器大都采用PID控製，也有少部分采用PID與(yu) 模糊控製相結合的控製方式。由於(yu) 控製係統基本上屬於(yu) 軟件的範疇，而且此部分在使用過程中，一般不會(hui) 出現問題，因此，本文不對控製係統作太多的介紹。
2.4 濕度係統：濕度係統分為(wei) 加濕和除濕兩(liang) 個(ge) 子係統。
　　試驗箱的加濕方式一般采用蒸氣加濕法，即將低壓蒸氣直接注入試驗空間加濕。這種加濕方法加濕能力強，速度快，加濕控製靈敏，尤其在降溫時容易實現強製加濕。
　　試驗箱的除濕方式有兩(liang) 種：機械製冷除濕和幹燥器除濕。機械製冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點溫度以下，使大於(yu) 飽和含濕量的水氣凝結析出，這樣就降低了濕度。幹燥器除濕是利用氣泵將試驗箱內(nei) 的空氣抽出，並將幹燥的空氣注入，同時將濕空氣送入可循環利用的幹燥器進行幹燥，幹燥完後又送入試驗箱內(nei) ，如此反複循環進行除濕。現在大部分綜合試驗箱采用前一種除濕方法。後一種的除濕方法，可以使露點溫度達到0℃以下，適用於(yu) 有特殊要求的場合，但費用較貴。
2.5 傳(chuan) 感器係統：試驗箱的傳(chuan) 感器主要是溫度和濕度傳(chuan) 感器。溫度傳(chuan) 感器應用較多的是鉑電阻和熱電偶。濕度的測量方法有兩(liang) 種：幹濕球溫度計法和固態電子式傳(chuan) 感器直接測量法。由於(yu) 幹濕球法測量精度不高，現在的試驗箱正逐步地以固態傳(chuan) 感器代替幹濕球來進行濕度的測量。
2.6 空氣循環係統空氣循環係統一般由離心式風扇和驅動其運轉的電機構成。它提供了試驗箱內(nei) 空氣的循環。
3. 故障的分析判斷
　　 由於(yu) 試驗箱是一個(ge) 既有電氣又有製冷機械等多個(ge) 係統組成的設備，因此，一旦設備出現問題，一定要全麵地對整個(ge) 設備進行檢查和綜合分析。一般來說，分析判斷的過程可以先"外"後"裏"。即首先排除外部因素，如冷卻水、供電等，在*排除外部因素後，根據故障現象，對設備進行先係統分解後係統綜合的分析判斷，可以采用倒推的方法查找故障原因：首先按照電氣接線圖查找是否電氣係統的問題，zui後查找是否製冷係統的問題。表1提供了一些常見故障的分析表

表1 故障分析表

4.典型故障分析--------
　　 一試驗箱在-55℃低溫保持階段出現了溫度保持不住的現象，其溫度曲線大致如圖3。

　　 圖2 溫度運行曲線示意圖
　　 對該故障現象進行分析：
　　 1）試驗箱能夠製冷，說明外部因素-冷卻水的問題可以排除。

2） 由於(yu) 是溫度保持不住，觀察製冷壓縮機在試驗箱運行過程中是否能夠正常啟動，壓縮機在試驗箱運行過程中都能夠啟動，說明從(cong) 主電源到各壓縮機的電氣線路正常，電氣係統方麵也沒有問題。

　　3） 電氣係統沒有問題，繼續檢查製冷係統。首先檢查兩(liang) 組製冷機組的排氣和吸氣壓力，發現主機組的低溫（R23）級壓縮機的排氣和吸氣壓力都較正常值偏低，而且吸氣壓力呈抽真空狀態，說明主製冷機組的製冷劑量不足。用手摸主機組R23壓縮機的排氣和吸氣管路，發現排氣管路的溫度不高，吸氣管路的溫度也不低（未結霜），這也說明了主機組的R23製冷劑缺乏，係統漏氟。

　　4） 為(wei) 確定故障原因，結合試驗箱的控製過程進一步確認故障原因，該試驗箱擁有兩(liang) 套製冷機組，一為(wei) 主機組，另一為(wei) 輔助機組。在降溫速率較大時，兩(liang) 組機組同時工作，在溫度保持階段初期，兩(liang) 組機組依然同時工作。待溫度初步穩定下來，輔助機組停止工作，由主機組來維持溫度的穩定。如果主機組的R23泄漏，會(hui) 使主機組製冷效果不大，由於(yu) 降溫過程中，兩(liang) 組機組同時工作，故沒有溫度穩定不住的現象，而隻是降溫速率降低。在溫度保持階段，一旦輔助機組停止工作，主機組又無製冷作用，試驗箱內(nei) 的空氣就會(hui) 緩慢上升，當溫度上升到一定程度，控製係統就會(hui) 啟動輔助機組來降溫，將溫度下降至設定值（-55℃）附近，然後輔助機組又停止工作，如此反複，便會(hui) 出現如圖3所示的故障現象。至此，已確認為(wei) 產(chan) 生故障的原因是主機組的低溫（R23）級機組的製冷劑R23泄漏。

　　5） 對製冷係統進行查漏，用檢漏儀(yi) 和肥皂水相結合的方法檢查，發現是一熱氣旁通電磁閥的閥杆開裂了一約1cm的細縫。更換此電磁閥後，對係統重新充氟，係統運行正常。由上文可以看出，對該故障現象的分析和判斷基本上是由易至難，先"外"後"裏"，先"電氣"後"製冷"的脈絡進行分析和判斷的，熟悉和了解試驗箱的原理和工作過程是分析故障和判斷故障的基礎。

5.結束語
　　 綜上所述，隻有深入了解試驗箱的工作原理和工作過程，才能迅速地解決(jue) 試驗箱在運行過程中出現的問題。希望本文能夠對從(cong) 事環境設備管理運行維護人員有所裨益，共同推動我國環境工程的發展。