恒溫恒濕、光照箱的應用AI-3070C分體式無(wú)紙記錄儀
關(guān)鍵詞：恒溫恒濕箱、AI調節器 、溫濕度變送器、干濕球PT100
一、概述：
在試驗室內完整而精確地再現自然界存在的環(huán)境條件是可望而不可及的事情。但是，在一定的容差范圍之內，人們完全可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存、運輸等過(guò)程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件。這段話(huà)用工程的語(yǔ)言概括，就是“試驗設備所創(chuàng )造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的環(huán)境條件。環(huán)境試驗設備恒溫恒濕、光照箱。是細胞組織生長(cháng)培育、種子發(fā)芽、育苗、昆蟲(chóng)小動(dòng)物的飼養、微生物抗生物的培養保存最理想的設備，特別適用于生物工程、醫學(xué)研究、農業(yè)科學(xué)、水產(chǎn)、畜牧等領(lǐng)域從事生產(chǎn)和科研作恒溫、恒濕、光照實(shí)驗培養的裝置。
恒溫恒濕光照箱測量控制方式 宇電AI-3070C分體式無(wú)紙記錄儀在溫濕度恒溫恒濕光照箱得到了廣泛的應用。溫濕度恒溫恒濕光照箱配置有溫濕度程序控制儀、光照燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)程序、曲線(xiàn)自動(dòng)記錄裝置。
溫度、濕度試驗箱有恒定試驗箱、交變試驗箱兩種情況。普通的高低溫試驗箱一般指的是恒定高低溫試驗箱，其控制方式為：設定一個(gè)目標溫度、濕度點(diǎn)，試驗箱具有自動(dòng)恒溫到目標溫度、濕度點(diǎn)的能力?？梢栽谏郎?、降溫速率能力的范圍內，即可以根據設定的曲線(xiàn)的斜率控制升溫、降溫速率。宇電AI-3070C分體式無(wú)紙記錄儀也具有預置溫度、濕度曲線(xiàn)，并且根據預置進(jìn)行控制的要求24小時(shí)循環(huán)控制。智能控制溫度、光照、控制穩定準確可靠，以模擬自然晝夜不同的溫度變化，溫度可隨光照的有無(wú)實(shí)行晝夜不同的設定。
二、項目要求：6通道無(wú)紙記錄儀
1、模擬環(huán)境恒溫試驗室溫濕度PID控制
儀表型號AI-808AI4GL1加熱制冷雙輸出；
用北京時(shí)間定時(shí)下傳SV值；
2、日照燈光開(kāi)關(guān)控制
儀表型號AI-3013D5
用北京時(shí)間定時(shí)接點(diǎn)開(kāi)、關(guān)；
3、要求24小時(shí)循環(huán)控制
4、傳感器的選擇
傳感器的選擇對于恒溫恒濕箱重要。
1、分體式溫濕度變送器
AF3020插入式二線(xiàn)制溫濕度變送器是恒溫恒濕試驗箱及暖通空調應用中精確測量相對濕度及溫度而價(jià)位合理的理想解決方案，配以可用于嚴重污染環(huán)境中使用的，具備防水透氣功能的，可拆卸清洗的，燒結過(guò)濾器帽。
選用高質(zhì)量集成數字溫濕度傳感器DHT22，保證了變送器優(yōu)良的長(cháng)期穩定性、低延滯性、以及強抗化學(xué)污染能力，這種變送器極優(yōu)的可重復性。集成濕度傳感器還可免校準快速更換，而且成本較低。
典型應用:恒溫恒濕試驗箱*陶瓷烘干房*樓宇自動(dòng)化*曖通空調閉環(huán)自動(dòng)控制、博物館和賓館的氣候站
特點(diǎn): *極優(yōu)的性能價(jià)格比，長(cháng)期穩定性好 *耐濕，配備了防水透氣的燒結過(guò)濾器帽可用于各種惡劣環(huán)境*全量程溫度補償，高低溫濕度測量更精確*數字化校準，溫濕度測量范圍寬，可靠性極高*易維護，濕度傳感器探頭可免校準快速更換。燒結過(guò)濾器帽可拆卸清洗。
數字技術(shù)的發(fā)展的濕敏電子元件，電子溫濕度變送器發(fā)展很快，進(jìn)口的高價(jià)高溫高濕的溫濕度變送器得不到推廣應用，國產(chǎn)低價(jià)高溫高濕變送器應運而生，將給恒溫恒濕箱帶來(lái)結構性的改革。測量方式的改變，使恒溫恒濕箱的濕度測量、PID調節變的結構簡(jiǎn)單，測量調節可靠準確、造價(jià)低；恒溫恒濕箱結構性的改革國產(chǎn)高溫高濕變送器的推廣應用。新一代濕度變送器問(wèn)世為您解決高溫高濕的測量。創(chuàng )新分體傳感器的的技術(shù)指標：
2、干濕球PT100傳感器
干濕球法雙PT100是傳統恒溫恒濕箱的控制方法；干濕球法測量濕度方法簡(jiǎn)單，條件苛刻，數據不準；干濕球法使恒溫恒濕箱復雜；
干濕球測濕法采用間接測量方法，通過(guò)測量干球、濕球的溫度經(jīng)過(guò)計算得到濕度值，因此對使用溫度沒(méi)有嚴格限制，在高溫環(huán)境下測濕不會(huì )對傳感器造成損壞。
早在18世紀人類(lèi)就發(fā)明了干濕球濕度計，歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，而此方程是有條件的：干濕球濕度計的準確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風(fēng)狀態(tài)即在濕球附近的風(fēng)速必需達到2.5m/s以上：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿(mǎn)足一定要求時(shí)，才能達到規定的準確度。
利用2路三線(xiàn)制Pt100熱電阻輸入，用干濕球法可同時(shí)測量環(huán)境溫度（干球）及濕度，在風(fēng)速和大氣壓力穩定條件下，
在做濕熱試驗中，出現實(shí)際濕度會(huì )達到100%或者實(shí)際濕度與目標濕度相差很大，數值低得很多，前者的現象：可能是濕球傳感器上的紗布干燥引起，那就要檢查濕球傳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動(dòng)控制的，查水位控制器供水系統是否供水正常，水位控制器工作是否正常。另一種可能就是濕球紗布因使用時(shí)間長(cháng)，或供水水質(zhì)純凈度的原因，會(huì )使紗布變硬，使紗布無(wú)法吸收水份而干燥，只要更換或清洗紗布即可排除以上現象。后者的現象主要是加濕系統不工作，查看加濕系統的供水系統，供水系統內是否有一定的水量，控制加濕鍋爐水位的水位控制是否正常，加濕鍋爐內的水位是否正常。
三、先進(jìn)溫度控制設備調節器的選擇：
測量方式的改變，使恒溫恒濕箱的濕度測量、PID調節變的結構簡(jiǎn)單，測量調節可靠準確、造價(jià)低；
1、加熱制冷調節控制功能
先進(jìn)儀表的選擇：系統的改造中我們采用了先進(jìn)的AI人工智能調節器模塊。AI調節器模塊是控溫系統的核心部分，AI儀表首創(chuàng )性地采用了平臺概念，將非常專(zhuān)業(yè)化的數字調節儀表轉為平臺化設計的產(chǎn)品，采用的是AI人工智能調節算法是采用模糊規則進(jìn)行PID調節的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運用模糊算法調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調節，并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果優(yōu)化。
自整定方法簡(jiǎn)單應用方便：由于自整定執行時(shí)采用位式調節，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來(lái)自動(dòng)計算出M 5、P、t等控制參數。具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。
在使用過(guò)程中AI調節器 結合PID調節、自學(xué)習及模糊控制技術(shù)，實(shí)現了自整定/自適應功能，及無(wú)欠調的精確調節，性能遠優(yōu)于傳統PID調節器。
2、濕度、溫度PID控制
恒溫恒濕箱控制：濕度PID控制采用調節器AI-808AI4GL1S（或程序型AI-808AI4GL1S調節器），使濕度調節更可靠準確。溫度PID控制采用PT100傳感器來(lái)控制溫度AI-808AI4GL1S連接AI-3070觸摸屏、查看溫、濕雙曲線(xiàn)或編輯升降程序。
3、濕度測量、位式控制
恒溫恒濕箱位式控制：型號AI-702ME5J5L1L1S儀表，報警輸出控制。
利用2路三線(xiàn)制Pt100熱電阻輸入，用干濕球法可同時(shí)測量環(huán)境溫度（干球）及濕度，在風(fēng)速和大氣壓力穩定條件下，經(jīng)校準后濕度測量精度優(yōu)于1%RH，該方法可適應溫度0~100度及濕度0~100％RH的測量范圍，解決了一般陶瓷濕度傳感器在高溫高濕下無(wú)法長(cháng)期工作問(wèn)題。M1、M2分別裝兩個(gè)J0模塊，2路三線(xiàn)制熱電阻輸入，Sn1設置為22，Sn2設置為42，大氣壓力和風(fēng)速由Po及SPEd兩個(gè)參數定義。由于兩只Pt100及測量通道的微小誤差都會(huì )對濕度測量帶來(lái)較大的誤差，因此測量濕度前建議先校準濕度，校準可將干球Pt100也纏上紗布，與濕球同等條件，穩定后調整Sc2參數，使濕度顯示值為100％，再將干球紗布去除即可。溫度測量分辨率為0.01度，濕度測量分辨率為0.1%RH，但末位數較不穩定，建議設置dIP1＝1，dIP2=0，使顯示分辨率分別位0.1℃及1％RH。
四、無(wú)紙記錄儀功能
數據記錄功能發(fā)展很快，在控制恒溫恒濕箱溫度濕度可以雙曲線(xiàn)記錄。AI-3070無(wú)紙記錄儀，通過(guò)RS485通訊接口，采用上下位機的方式，能方便地與AI智能程序型PID溫度調節器配合使用。
在恒溫恒濕箱程序控溫時(shí)在觸摸屏上可顯示雙曲線(xiàn)運行圖、屏內儲存15段升降溫程序、程序圖形重顯；可即時(shí)設置、讀取，上下傳升溫、恒溫、降溫程序配方；無(wú)紙記錄儀曲線(xiàn)圖。
在屏上控制操作程序儀表【啟動(dòng)】【停止】【暫?！?、在運行狀態(tài)下切換【手動(dòng)/自動(dòng)】狀態(tài)，手動(dòng)控制輸出量；即時(shí)修改【段號】，指定運行段；及修改儀表控制參數等多種功能；追憶記錄的溫度曲線(xiàn)數據。數據報表、報警報表的打印
恒溫恒濕箱在A(yíng)I系列儀表，AI3070總線(xiàn)式無(wú)紙記錄儀配合應用溫濕度變送器與干濕球測量控制濕度方面起到了很好的效果值得推廣應用。
五、恒溫恒濕箱應用要注意的問(wèn)題
1、溫度范圍的選擇 目前，國外溫度試驗箱的范圍大體上為－73～＋177℃，或－70～＋180℃。國內多數廠(chǎng)家一般為－80～＋130℃，－60～＋130℃，－40～＋130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通?？梢詽M(mǎn)足國內絕大多數軍用、民用產(chǎn)品溫度試驗的需要，除非確有特殊需要，如安裝位置靠近發(fā)動(dòng)機等熱源的產(chǎn)品外，不可盲目提高溫度上限。因為上限溫度越高，箱體內外的溫差越大，箱體內部流場(chǎng)的均勻性也越差?？衫玫墓ぷ魇殷w積也就越小。另一方面，上限溫度值越高，對箱壁夾層中保溫材料（如玻璃棉等 ）的耐熱性要求越高。箱體密封性的要求也越高，使箱體的制作成本增加。
2、濕度范圍的選擇 國內外環(huán)境試驗箱給出的濕度指標大都是20～98％RH或30～98％RH，如果濕熱試驗箱沒(méi)有除濕系統，則濕度范圍為60～98％，這一類(lèi)試驗箱只能做高濕試驗，但它的價(jià)格低得多。值得注意的是在濕度指標后面應該注明相應的溫度范圍，或給出露點(diǎn)溫度。因為相對濕度是與溫度直接相關(guān)的，對于同樣的含濕量，溫度越高，相對濕度就越小，如含濕量為5g/Kg（指1公斤干空氣中含有5克的水蒸汽），當溫度為29℃時(shí)，相對濕度為20％RH，溫度為6℃時(shí)，相對濕度為90％RH，當溫度降至4℃以下，相對濕度超過(guò)100％，在箱體內會(huì )出現結露現象。
3、實(shí)現高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠，進(jìn)行加濕。低溫低濕則相對難于控制，因為此時(shí)的含濕量很低，有時(shí)比大氣中的含濕量低很多，需要對箱體內流動(dòng)的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國內外絕大多數的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預調室內加一組制冷光管。當濕空氣經(jīng)過(guò)冷管時(shí)，其相對濕度會(huì )達到100％RH，因空氣飽和在光管上結露，使空氣變得更干燥。這種除濕方式理論上可達到零度以下的露點(diǎn)溫度，但是當冷點(diǎn)表面溫度到達0℃時(shí)，光管表面結露的水滴會(huì )結冰，從而影響光管表面的熱交換，使除濕能力下降。又因為箱體不可能密封，大氣中的濕空氣會(huì )滲入到箱體內，使露點(diǎn)溫度回升。另一方面，在光管間流動(dòng)的濕空氣只是在和光管（冷點(diǎn)）接觸的瞬間達到飽和狀態(tài)而析出水蒸汽，因此這種除濕方法很難使箱體內的露點(diǎn)溫度在到0℃以下。實(shí)際所達到的露點(diǎn)溫度為5～7℃。露點(diǎn)溫度5℃相當于含濕量為0.0055g/Kg，對應相對濕度20％RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進(jìn)相對濕度達到20％RH，此時(shí)的露點(diǎn)溫度為－3℃，采用致冷方式除濕是很困難的，必須選用空氣干燥系統才能實(shí)現。
4、變溫速率的選擇 普通的高低溫試驗箱沒(méi)有降溫速度的指標，從環(huán)境溫度降溫到標稱(chēng)的溫度的時(shí)間一般為90～120min。高低溫交變試驗箱、高低溫交變濕熱試驗箱都有變溫速度的要求，其變溫速率一般要求1℃/min，在此速率的范圍內速度可調。而快速溫度變化試驗箱的變溫速率較快，升溫、降溫速率可以達到3℃/min～15℃/min，在某些溫度段升溫、降溫速率甚至可以達到30℃/min以上?！ ?/p>
5、各種規格、速度的快速溫度變化試驗箱的溫度范圍一般都是相同的，即－60～＋130℃，但考核降溫速度的變溫范圍卻不盡相同，根據試驗不同的試驗要求，快速溫度變化試驗箱變溫范圍有的是－55～＋80℃，而有的是－40～＋80℃?！ ￡P(guān)于快速溫度變化試驗箱的變溫速率有兩種提法，一種是全程平均升降溫速度，一種是線(xiàn)形升降溫速度（實(shí)際上是每5 min平均速度）。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內，高的溫度與低的溫度之差值與時(shí)間之比。目前國外各環(huán)境試驗設備生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的變溫速率的技術(shù)參數都是指的全程平均速率。線(xiàn)形升降溫速度指在任意的每5 min時(shí)間段內，能夠保證的變溫速率。而實(shí)際上對于快速溫度變化試驗箱來(lái)說(shuō)，保證線(xiàn)形升降溫速度的難度大、最關(guān)鍵的一段是，在降溫段最后的一個(gè)5 min的時(shí)間段內，試驗箱可以達到的降溫速率。從某種角度講，線(xiàn)形升降溫速度（每5 min平均速度）更科學(xué)。因此試驗設備具有全程平均升降溫速度和線(xiàn)形升降溫速度（每5 min平均速度）這兩個(gè)參數。一般來(lái)說(shuō)，線(xiàn)形升降溫速度（每5 min平均速度）是全程平均升降溫速度的1/2。
6、風(fēng)速 有關(guān)標準規定，進(jìn)行環(huán)境試驗時(shí)溫濕箱內的風(fēng)速應小于1.7m/s，對于試驗本身來(lái)說(shuō)，風(fēng)速越小越好，風(fēng)速過(guò)大會(huì )加速試驗件表面與箱體內流動(dòng)氣流的熱交換，于試驗的真實(shí)性不利。但為了保證試驗箱工作室內的均勻性，試驗箱內具有循環(huán)風(fēng)是必需的。但是快速溫度變化試驗箱以及溫度、濕度、振動(dòng)等多因素綜合環(huán)境試驗箱，為追求變溫速率，必須加快箱體內循環(huán)氣流的流速，風(fēng)速通常在2～3m/s。因此，對于不同的使用目的，風(fēng)速的限制是不一樣的。
7、溫度波動(dòng)度 溫度波動(dòng)是一個(gè)比較容易實(shí)現的參數，所有環(huán)境試驗設備廠(chǎng)家生產(chǎn)的多數的試驗箱實(shí)際的溫度波動(dòng)都可以控制在±0.3℃的范圍以?xún)取?br style="margin: 0px; padding: 0px;" data-filtered="filtered"/>8、溫度場(chǎng)均勻度 為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實(shí)際環(huán)境狀況，在環(huán)境試驗中必須保證被試產(chǎn)品的周邊處在同一溫度環(huán)境條件下，為此，必須對試驗箱內的溫度梯度和溫度的波動(dòng)度加以限制。在國軍標GJB150.1－86軍用設備環(huán)境試驗方法總則中明確規定“試驗樣品附近測量系統的溫度應在試驗溫度的±2℃以?xún)?，其溫度工不超過(guò)1℃/m或總的值為2.2℃（試驗樣品不工作）”。
9、濕度的精度控制 環(huán)境試驗箱中測量濕度多數是采用干濕球法，環(huán)境試驗設備的制造標準GB10586要求，相對濕度偏差應在±２３％RH。為滿(mǎn)足濕度控制精度的要求，濕度試驗箱的溫度控制精度較高，溫度波動(dòng)一般小于±0.2℃。否則很難達到濕度控制精度的要求。
10、冷卻方式選擇 試驗箱如果帶有制冷系統，制冷系統需要進(jìn)行冷卻。試驗箱有風(fēng)冷、水冷兩種形式。
風(fēng)冷 水冷使用條件 設備安裝簡(jiǎn)便，只需要接通電源即可使用。 環(huán)境溫度應低于28℃，如果環(huán)境溫度高于28℃對制冷效果有一定的影響（配備空調） 需配置循環(huán)冷卻水系統。換熱效果 較差（相對于水冷方式） 穩定、良好對使用環(huán)境的影響 會(huì )導致試驗箱周?chē)目諝鉁囟壬仙?不影響試驗箱周?chē)臏囟取?/p>
四、 溫濕度試驗設備狀況分析
1〕 溫濕度環(huán)境試驗設備的生產(chǎn)是持續了幾十年的機械制造行業(yè)，其基本技術(shù)（如制冷，加熱）已經(jīng)成熟。便是隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，很多新的應用技術(shù)不斷引入到環(huán)境試驗設備中，如計算機技術(shù)，模糊控制理論，多箱同步運行等，同時(shí)，環(huán)境試驗設備是一種耐用品，一些問(wèn)題和設計缺陷需要多年使用才能暴露出來(lái)，通過(guò)統計分析才能發(fā)現問(wèn)題所在。一個(gè)成熟的、高可靠性的產(chǎn)品往往需要多年改進(jìn)、完善。因此，環(huán)境試驗設備生產(chǎn)廠(chǎng)家具有一定生產(chǎn)規模和生產(chǎn)歷史，是產(chǎn)品具有較高可靠性的必要條件之一?！ ?/p>
環(huán)境試驗，特別是可靠性試驗，試驗周期長(cháng)，試驗的對象有時(shí)是價(jià)值很高的軍工產(chǎn)品，試驗過(guò)程中，試驗人員經(jīng)常要在現場(chǎng)周?chē)僮餮惨暬驕y試工作，因此要求環(huán)境試驗設備必須具有運行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長(cháng)等特點(diǎn)，以確保試驗本身的正常進(jìn)行。試驗設備的各種保護、告警措施及安全連鎖裝置應該完善可靠，以保證試驗人員、被試產(chǎn)品和試驗設備本身的安全可靠性。
環(huán)境試驗設備品種繁多，但使用最廣泛的環(huán)境試驗設備為高溫、低溫、濕熱試驗箱，而現今比較流行是集合了高溫、低溫、濕熱為一體的試驗箱，它的修理難度較其它環(huán)境試驗設備大，且具有代表性。下面就高低溫濕熱試驗箱為例，談一談高低溫濕熱試驗箱的構造及一些常見(jiàn)故障和排除方法
試驗人員除正確按操作規程操作，還應該對其結構有所了解。高低溫濕熱試驗箱由箱體、風(fēng)循環(huán)系統、制冷系統、加溫系統和控濕系統組成。風(fēng)循環(huán)系統一般采用可調節送風(fēng)方向的結構；加濕系統有采用鍋爐加濕的和表面蒸發(fā)二種；降溫、去濕系統采用空調工況制冷結構；加熱系統采用電熱鰭片加熱和電爐絲直接加熱二種結構；溫濕度測試方法采用干濕球測試方法，也有用濕度傳感器直接測量方法；控制和顯示操作界面采用溫濕度分開(kāi)獨立和溫濕度組合控制器等方式。
1.在高溫試驗中，如溫度變化達不到試驗溫度值時(shí)，可以檢查電器系統，逐一排除故障。如溫度升得很慢，就要查看風(fēng)循環(huán)系統，看一下風(fēng)循環(huán)的調節擋板是否開(kāi)啟正常，反之，就檢查風(fēng)循環(huán)的電機運轉是否正常。如溫度過(guò)沖厲害那么就需要整定PID的設置參數。如果溫度直接上升，過(guò)溫保護，那么，控制器出故障，須更換控制儀表。
2.低溫達不到試驗的指標，那你就要觀(guān)察溫度的變化，是溫度降的很慢，還是溫度到一定值后溫度有回升的趨勢，前者就要檢查一下，做低溫試驗前是否將工作室烘干，使工作室保持干燥后再將試驗樣品放入工作室內再做試驗，工作室內的試驗樣品是否放置的過(guò)多，使工作室內的風(fēng)不能充分循環(huán)，在排除上述原因后，就要考慮是否是制冷系統中的故障了，這樣就要請廠(chǎng)家的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行檢修。后者的現象是設備的使用環(huán)境不好所致，設備放置的環(huán)境溫度，放置的位置（箱體后與墻的距離）要滿(mǎn)足要求。