温湿度环境试验箱的转温控湿方法研究

　　摘要：随着社会经济的不断发展，对于温湿度环境试验箱的要求也越来越高。温湿度环境试验箱的温度转变也越来越多，但是温湿度环境试验箱会在转温的时候因出现结霜或者是结冰而发生损坏。为了可以更好地改善温湿度环境试验箱，在转变温度的时候可以很好地控制温湿度环境试验箱内的空气湿度，结合空气调节原理对温湿度环境试验箱的转温控湿方法进行了研究，以更好地进行环境试验箱的设计，更好地进行设备的改造。

　　引言：环境试验技术是一项实用基础技术，是稳定和提高产品质量的重要技术措施之一。其主要任务是研究环境应力对产品性能产生的影响，解决产品在贮存、运输或使用中的可靠性问题。其中热循环试验是环境试验技术中气候类试验的常见试验类型，试验时由于试验箱内温度、湿度环境的改变可能引发结露现象，这种现象常出现在温度、湿度变化剧烈的低温转高温工况阶段，许多电子类产品因受结露水滴影响而导致热控涂层表面金属氧化或电化学腐蚀的加速化学反应，电气绝缘性能降低、甚至短路等功能性破坏。

　　1 温湿度环境试验箱使用过程中产生的结露现象分析

　　结露现象的产生和空气中的水分有关。空气一般都是湿空气，其中包含了一定的水分。其中，对于湿空气，我们可以将其看作是干空气和水，而干空气是理想状态下的空气。存在于空气中的水蒸气的分压力比较小，其分子间的距离也比较远，所以，我们可以将其按照理想气体来进行处理。理想气体的计算公式为：PV=mRT或PV=RT（1）根据理想气体的计算公式，我们可以计算出水蒸气的分压力为PV，干空气的分压力为Pa。而湿空气是由干空气和水组成的，所以，湿空气的分压力可以根据道尔顿分压定律公式计算：P=PV+Pa（2）根据式（2）求得实际状态下的湿空气的分压力。而空气当中的水蒸气因为含量和温度的不同，其达到饱和的状态也不同。假设在某一温度t 下，如果水蒸气和干空气没达到饱和状态，我们就将其称为未饱和空气，日常生活中我们周围的空气都是未饱和空气[1]。可以通过以下3种方式来防止结露现象对温湿度环境试验箱的运行产生影响：1）降低温湿度环境试验箱中的水蒸气含量；2）融化或者去除温湿度环境试验箱的箱顶霜层；3）控制箱顶的温度。

　　2 防止结露现象产生的方法

　　2.1 降低温湿度环境试验箱内的水蒸气含量

　　可以通过低露点气体置换法、双蒸发器系统两种方式减少和控制温湿度环境试验箱内的水蒸气含量，以下对低露点气体置换法进行简单的介绍。低露点气体置换法的原理是：在低温转向高温的时候向温湿度环境试验箱内传入水蒸气含量较低的气体来有效地控制箱内的水蒸气分压，让空气中的水蒸气析出的情况得到控制。向温湿度环境试验箱内输入的气体可以选择氮气，高纯的氮气水蒸气含量相对较少，通过通入高纯度的氮气可以有效地降低温湿度环境试验箱内的水蒸气含量。而且这样的操作比较简单，并不需要大量的资金就可以实现。这也是目前温湿度环境试验箱转温控湿的重要方式。除了通入氮气之外，还可以选择具有较强的水分吸附的物质来进行空气中水蒸气的吸除。例如：活性炭、硅胶等都具有较好的吸水能力，可以有效地吸附空气中的水分，降低空气中水蒸气的含量，保证干燥的环境。而且，硅胶是一种可以在较高温度下进行水分吸附的干燥剂，所以在温湿度环境试验箱转温时，如果要进行升温，选择硅胶可以保证其吸附性能，即便是在高温下也是稳定的。通过具体的实验发现，经过硅胶处理的空气，其空气中的相对湿度可以减小到2%~5%。所以，将硅胶作为干燥剂进行温湿度环境试验箱转温控湿的方法也是简单有效的。

　　2.2 去除温湿度环境试验箱箱顶的霜层

　　在温湿度环境试验箱内，温度升高会引起温湿度环境试验箱的霜层汽化，此时空气中水蒸气的含量会增多，箱内的含湿量也会上升。因此，想要降低温湿度环境试验箱内的含湿量，就需要将箱顶的霜层去除。温湿度环境试验箱顶一般会距离温湿度环境试验箱放热器较远，所以温度相对而言也比中心试验的部分低，很容易会产生霜层。箱顶的霜层产生的原因主要是因为温湿度环境试验箱内水蒸气触碰到温度较低的箱顶，遇冷液化或者是冷凝产生。可以通过淋水除霜、电热除霜或者是热气除霜等方式来保持箱顶的霜层得到有效的控制。

　　2.2.1 淋水除霜

　　淋水除霜的工作原理是通过蒸发器向温湿度环境试验箱顶喷洒液态的水，让霜层和液态水之间进行热交换，从而有效地融化和清理霜层[3]。但是淋水除霜要保证温湿度环境试验箱在停止使用的状态下才能开始。如果在温湿度环境试验箱使用的过程中进行淋水除霜，不仅不能除去霜层，甚至还会导致空气中水分的含量增多。一旦水蒸气达到饱和状态冷凝或者是液化到温湿度环境试验箱的其他部分或者是在温湿度环境试验箱内实验的物品上，很有可能会导致温湿度环境试验箱和物品的损坏。所以，淋水除霜的方式并不适用于热循环当中。

　　2.2.2 电热除霜

　　电热除霜主要是通过在温湿度环境试验箱顶布置一些电热丝或者是其他可以加热的物品进行直接的加热融化。这样的方式和淋水除霜的弊端一样，都会让融化的水分直接进入到温湿度环境试验箱内的空气当中去，空气中水分的含量大大地增加，导致空气湿度增加。而且，电加热的物品又和空气直接接触，导致空气温度升高；如果温湿度环境试验箱内需要的是低温，那么采用这种方式不能够稳定温湿度环境试验箱内所设置的温度。

　　2.3 控制箱顶的温度

　　温湿度环境试验箱的空气运动时是从上到下进行流动的，所以在常压下温湿度环境试验箱进行低温转向高温的时候结露情况会比较严重，而且，在温湿度环境试验箱顶部凝结的水滴会因为重力的因素而掉落，严重时会导致温湿度环境试验箱内实验的产品受到损毁。

　　总结：

　　针对目前军工电子产品在常压温度循环试验时由于结露结霜发生损坏的现象，结合空气调节原理对温湿度环境试验箱低温转高温阶段出现的结露现象进行了分析，从结露的本质因素着手总结了已有试验方法，并提出了设备改造方案，为避免结露对产品造成损坏提供了参考意见。

　　参考文献：

　　[1]何金芳. 朱海东. 环境试验设备温度，湿度偏差测量结果的不确定度评定[J].中国计量，2019，286（9）：120-122.

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