綜合試驗(yàn)箱的基本原理及故障分析
作者：CEO
時(shí)間：2022-12-07
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信息摘要：摘要：本文闡述了綜合試驗(yàn)箱(試驗(yàn)設(shè)備)的基本工作原理
，介紹了如何對(duì)綜合試驗(yàn)箱的故障進(jìn)行分析和判斷
，并就一個(gè)典型故障進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：綜合試驗(yàn)箱工作原理故障分析(試驗(yàn)設(shè)備)1.引言綜合試驗(yàn)箱是指能同時(shí)施加溫度
、濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱
，它與振動(dòng)臺(tái)相結(jié)合可以組成綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品研制
綜合試驗(yàn)箱的基本原理及故障分析
摘要：本文闡述了綜合試驗(yàn)箱(試驗(yàn)設(shè)備)的基本工作原理
，介紹了如何對(duì)綜合試驗(yàn)箱的故障進(jìn)行分析和判斷
，并就一個(gè)典型故障進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：綜合試驗(yàn)箱工作原理故障分析(試驗(yàn)設(shè)備)
1.引言
綜合試驗(yàn)箱是指能同時(shí)施加溫度
、
濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱
，它與振動(dòng)臺(tái)相結(jié)合可以組成綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品研制的需要
，近幾年來
，我國從國外引進(jìn)了大批綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，為我國工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用
。但由于綜合試驗(yàn)箱本身的復(fù)雜性
，使得綜合試驗(yàn)箱在運(yùn)行中出現(xiàn)了許多問題，而且出現(xiàn)了問題不能及時(shí)解決
，大大延長了試驗(yàn)周期
，影響了產(chǎn)品的研制工作。而產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是對(duì)綜合試驗(yàn)箱的工作原理不了解
。為此
，本文將對(duì)綜合試驗(yàn)箱的基本工作原理作一簡要闡述，并介紹如何對(duì)綜合試驗(yàn)箱(試驗(yàn)設(shè)備)的故障進(jìn)行分析和判斷
。
2.綜合試驗(yàn)箱的原理----------(試驗(yàn)設(shè)備)
綜合試驗(yàn)箱由制冷系統(tǒng)
，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)
，濕度系統(tǒng)
，空氣循環(huán)系統(tǒng)，和傳感器系統(tǒng)等組成
，系統(tǒng)方框圖見圖1,上述系統(tǒng)分屬電氣和機(jī)械制冷兩大方面
。
2.1制冷系統(tǒng)------------(試驗(yàn)設(shè)備)
制冷系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分之一
。一般來說，(試驗(yàn)設(shè)備)綜合試驗(yàn)箱的制冷方式都是機(jī)械制冷以及輔助液氮制冷
，機(jī)械制冷采用蒸氣壓縮式制冷
，該制冷方式是人工制冷中應(yīng)用廣泛而又經(jīng)濟(jì)的制冷方式之一。蒸氣壓縮式制冷型式有：單級(jí)制冷
、多級(jí)制冷和復(fù)疊式制冷
，它們主要由壓縮機(jī)，冷凝器
，節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成
。由于我們?cè)囼?yàn)的溫度低溫要達(dá)到-55℃，單級(jí)制冷難以滿足要求
，因此綜合試驗(yàn)箱的制冷方式一般采用復(fù)疊式制冷
。下面以意大利ACS公司生產(chǎn)的綜合試驗(yàn)箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡要介紹，圖2為該制冷系統(tǒng)簡化圖
。它由兩部分組成
，分別稱為高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)
。高溫部分中制冷劑（HP80）的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑（R23）的熱量而汽化
；低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對(duì)象（試驗(yàn)箱內(nèi)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(gè)蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來的
，它既是高溫部分的蒸發(fā)器
，也是低溫部分的冷凝器。ACS試驗(yàn)箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑HP80
，低溫部分制冷劑采用低溫制冷劑R23
，箱內(nèi)溫度能達(dá)到-70℃。
2.2加熱系統(tǒng)----(試驗(yàn)設(shè)備)
綜合試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)相對(duì)制冷系統(tǒng)而言
，是比較簡單的
。它主要由大功率電阻絲組成。由于綜合試驗(yàn)箱要求的升溫速率較大
，因此綜合試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大
，而且在試驗(yàn)箱的底板也設(shè)有加熱器。
2.3控制系統(tǒng)
控制部分是綜合試驗(yàn)箱的核心
，它決定了試驗(yàn)箱的升降溫速率
，精度等重要指標(biāo)。現(xiàn)有綜合試驗(yàn)箱的控制器大都采用PID控制
，也有少部分采用PID與模糊控制相結(jié)合的控制方式
。由于控制系統(tǒng)基本上屬于軟件的范疇，而且此部分在使用過程中
，一般不會(huì)出現(xiàn)問題
，因此
，本文不對(duì)控制系統(tǒng)作太多的介紹。
2.4濕度系統(tǒng)---------(試驗(yàn)設(shè)備)
濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個(gè)子系統(tǒng)
。
綜合試驗(yàn)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(yàn)空間加濕。這種加濕方法加濕能力強(qiáng)
，速度快
，加濕控制靈敏，尤其在降溫時(shí)容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制加濕
。
綜合試驗(yàn)箱的除濕方式有兩種：機(jī)械制冷除濕和干燥器除濕
。機(jī)械制冷除濕的
除濕原理是將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下
，使大于飽和含濕量的水氣凝結(jié)析出
，這樣就降低了濕度。干燥器除濕是利用氣泵將試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣抽出
，并將干燥的空氣注入
，同時(shí)將濕空氣送入可循環(huán)利用的干燥器進(jìn)行干燥，干燥完后又送入試驗(yàn)箱內(nèi)
，如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行除濕?div id="4qifd00" class="flower right">
，F(xiàn)在大部分綜合試驗(yàn)箱采用前一種
除濕方法。后一種的除濕方法
，可以使露點(diǎn)溫度達(dá)到0℃以下
，適用于有特殊要求的場(chǎng)合，但費(fèi)用較貴
。
2.5傳感器系統(tǒng)
綜合試驗(yàn)箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器
。溫度傳感器應(yīng)用較多的是鉑電阻和熱電偶。濕度的測(cè)量方法有兩種：干濕球溫度計(jì)法和固態(tài)電子式傳感器直接測(cè)量法
。由于干濕球法測(cè)量精度不高
，現(xiàn)在的綜合試驗(yàn)箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進(jìn)行濕度的測(cè)量。
2.6空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風(fēng)扇和驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)構(gòu)成
。它提供了試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的循環(huán)
。
3.故障的分析判斷
由于綜合試驗(yàn)箱是一個(gè)既有電氣又有制冷機(jī)械等多個(gè)系統(tǒng)組成的設(shè)備，因此
，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題
，一定要全面地對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢查和綜合分析。一般來說
，分析判斷的過程可以先"外"后"里"
。即首先排除外部因素，如冷卻水
、供電等
，在完全排除外部因素后
，根據(jù)故障現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備進(jìn)行先系統(tǒng)分解后系統(tǒng)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系統(tǒng)的問題
，A后查找是否制冷系統(tǒng)的問題。表1提供了一些常見故障的分析表
。(試驗(yàn)設(shè)備)
表1故障分析表
故障現(xiàn)象
故障原因分析
排除故障方法
設(shè)備不降溫
或降溫緩慢
制冷系統(tǒng)制冷劑量不足（漏氟）
。
制冷系統(tǒng)管路發(fā)生臟堵或冰堵。
向蒸發(fā)器供液的電磁閥損壞
。
膨脹閥的流量過大或過小或損壞
。
查漏，并充氟
。
更換被堵器件或干燥劑
。
更換電磁閥。
調(diào)整或更換膨脹閥
。
設(shè)備升溫緩慢
加熱器的熱保險(xiǎn)被燒斷
。
控制加熱器工作的接觸器損壞。
更換熱保險(xiǎn)
。
更換接觸器
。
系統(tǒng)不工作
離心式風(fēng)扇未運(yùn)轉(zhuǎn)。
風(fēng)扇保險(xiǎn)燒壞
，更換保險(xiǎn)
；風(fēng)扇熱保護(hù)，復(fù)位保護(hù)開關(guān)
。
壓縮機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)
壓縮機(jī)的保險(xiǎn)燒壞
。
電源電壓不夠。
控制壓縮機(jī)啟動(dòng)的接觸器損壞
。
更換保險(xiǎn)
。
提高供電電壓。
更換接觸器
。
排氣壓力過高
制冷系統(tǒng)中有空氣
。
冷卻水量不足或溫度過高。
冷凝器水管積垢過厚
。
放空氣
。
增加供水量。
清洗冷凝器
。
吸氣壓力過低
制冷系統(tǒng)制冷劑量不足
。
膨脹閥冰堵或損壞。
過濾器堵塞
。
查漏
，并充氟
。
對(duì)管路進(jìn)行干燥或更換膨脹閥。
更換過濾器
。
系統(tǒng)不能加濕
1.加濕鍋爐的保險(xiǎn)燒壞
。
2.控制加濕鍋爐工作的接觸器損壞。
3.加濕鍋爐由于缺水而保護(hù)
。
1.更換保險(xiǎn)
。
2.更換接觸器。
3.更換浮子開關(guān)或供水
。
系統(tǒng)不能除濕
用于除濕的壓縮機(jī)未啟動(dòng)
。
除濕電磁閥不工作。
1.參照壓縮機(jī)不工作的排故方法對(duì)照解決
。
2.更換電磁閥
。
4.典型故障分析--------(試驗(yàn)設(shè)備)
一綜合試驗(yàn)箱在-55℃低溫保持階段出現(xiàn)了溫度保持不住的現(xiàn)象.
對(duì)該故障現(xiàn)象進(jìn)行分析：
1）(試驗(yàn)設(shè)備)試驗(yàn)箱能夠制冷，說明外部因素-冷卻水的問題可以排除
。
2）由于是溫度保持不住
，觀察制冷壓縮機(jī)在(試驗(yàn)設(shè)備)試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中是否能夠正常啟動(dòng)，壓縮機(jī)在試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中都能夠啟動(dòng)
，說明從主電源到各壓縮機(jī)的電氣線路正常，電氣系統(tǒng)方面也沒有問題
。
3）電氣系統(tǒng)沒有問題
，繼續(xù)檢查制冷系統(tǒng)。首先檢查兩組制冷機(jī)組的排氣和吸氣壓力
，發(fā)現(xiàn)主機(jī)組的低溫（R23）級(jí)壓縮機(jī)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(tài)，說明主制冷機(jī)組的制冷劑量不足
。用手摸主機(jī)組R23壓縮機(jī)的排氣和吸氣管路
，發(fā)現(xiàn)排氣管路的溫度不高，吸氣管路的溫度也不低（未結(jié)霜）
，這也說明了主機(jī)組的R23制冷劑缺乏
，系統(tǒng)漏氟。
4）為確定故障原因
，(試驗(yàn)設(shè)備)結(jié)合試驗(yàn)箱的控制過程進(jìn)一步確認(rèn)故障原因
，該試驗(yàn)箱擁有兩套制冷機(jī)組，一為主機(jī)組
，另一為輔助機(jī)組
。在降溫速率較大時(shí)，兩組機(jī)組同時(shí)工作
，在溫度保持階段初期
，兩組機(jī)組依然同時(shí)工作
。待溫度初步穩(wěn)定下來，輔助機(jī)組停止工作
，由主機(jī)組來維持溫度的穩(wěn)定
。如果主機(jī)組的R23泄漏，會(huì)使主機(jī)組制冷效果不大
，由于降溫過程中
，兩組機(jī)組同時(shí)工作，故沒有溫度穩(wěn)定不住的現(xiàn)象
，而只是降溫速率降低
。在溫度保持階段，一旦輔助機(jī)組停止工作
，主機(jī)組又無制冷作用
，試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣就會(huì)緩慢上升，當(dāng)溫度上升到一定程度
，控制系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)輔助機(jī)組來降溫
，將溫度下降至設(shè)定值（-55℃）附近，然后輔助機(jī)組又停止工作
，如此反復(fù)
，便會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的故障現(xiàn)象。至此
，已確認(rèn)為產(chǎn)生故障的原因是主機(jī)組的低溫（R23）級(jí)機(jī)組的制冷劑R23泄漏
。(試驗(yàn)設(shè)備)
5）對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行查漏，用檢漏儀和肥皂水相結(jié)合的方法檢查
，發(fā)現(xiàn)是一熱氣旁通電磁閥的閥桿開裂了一約1cm的細(xì)縫
。更換此電磁閥后，對(duì)系統(tǒng)重新充氟
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