恒溫恒濕、光照箱的應(yīng)用AI-3070C分體式無紙記錄儀
關(guān)鍵詞：恒溫恒濕箱、AI調(diào)節(jié)器 、溫濕度變送器、干濕球PT100
一、概述：
在試驗室內(nèi)完整而精確地再現(xiàn)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(nèi)，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?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件。這段話用工程的語言概括，就是“試驗設(shè)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(shè)備恒溫恒濕、光照箱。是細胞組織生長培育、種子發(fā)芽、育苗、昆蟲小動物的飼養(yǎng)、微生物抗生物的培養(yǎng)保存最理想的設(shè)備，特別適用于生物工程、醫(yī)學(xué)研究、農(nóng)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、光照實驗培養(yǎng)的裝置。
恒溫恒濕光照箱測量控制方式 宇電AI-3070C分體式無紙記錄儀在溫濕度恒溫恒濕光照箱得到了廣泛的應(yīng)用。溫濕度恒溫恒濕光照箱配置有溫濕度程序控制儀、光照燈自動開關(guān)程序、曲線自動記錄裝置。
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(shè)定一個目標溫度、濕度點，試驗箱具有自動恒溫到目標溫度、濕度點的能力?？梢栽谏郎亍⒔禍厮俾誓芰Φ姆秶鷥?nèi)，即可以根據(jù)設(shè)定的曲線的斜率控制升溫、降溫速率。宇電AI-3070C分體式無紙記錄儀也具有預(yù)置溫度、濕度曲線，并且根據(jù)預(yù)置進行控制的要求24小時循環(huán)控制。智能控制溫度、光照、控制穩(wěn)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實行晝夜不同的設(shè)定。
二、項目要求：6通道無紙記錄儀
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；
用北京時間定時下傳SV值；
2、日照燈光開關(guān)控制
儀表型號AI-3013D5
用北京時間定時接點開、關(guān)；
3、要求24小時循環(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插入式二線制溫濕度變送器是恒溫恒濕試驗箱及暖通空調(diào)應(yīng)用中精確測量相對濕度及溫度而價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(jié)過濾器帽。
選用高質(zhì)量集成數(shù)字溫濕度傳感器DHT22，保證了變送器優(yōu)良的長期穩(wěn)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(fù)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(yīng)用:恒溫恒濕試驗箱*陶瓷烘干房*樓宇自動化*曖通空調(diào)閉環(huán)自動控制、博物館和賓館的氣候站
特點: *極優(yōu)的性能價格比，長期穩(wěn)定性好 *耐濕，配備了防水透氣的燒結(jié)過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(shù)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(jié)過濾器帽可拆卸清洗。
數(shù)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，進口的高價高溫高濕的溫濕度變送器得不到推廣應(yīng)用，國產(chǎn)低價高溫高濕變送器應(yīng)運而生，將給恒溫恒濕箱帶來結(jié)構(gòu)性的改革。測量方式的改變，使恒溫恒濕箱的濕度測量、PID調(diào)節(jié)變的結(jié)構(gòu)簡單，測量調(diào)節(jié)可靠準確、造價低；恒溫恒濕箱結(jié)構(gòu)性的改革國產(chǎn)高溫高濕變送器的推廣應(yīng)用。新一代濕度變送器問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(tǒng)恒溫恒濕箱的控制方法；干濕球法測量濕度方法簡單，條件苛刻，數(shù)據(jù)不準；干濕球法使恒溫恒濕箱復(fù)雜；
干濕球測濕法采用間接測量方法，通過測量干球、濕球的溫度經(jīng)過計算得到濕度值，因此對使用溫度沒有嚴格限制，在高溫環(huán)境下測濕不會對傳感器造成損壞。
早在18世紀人類就發(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狀態(tài)即在濕球附近的風速必需達到2.5m/s以上：只有紗布水套、水質(zhì)、風速都滿足一定要求時，才能達到規(guī)定的準確度。
利用2路三線制Pt100熱電阻輸入，用干濕球法可同時測量環(huán)境溫度（干球）及濕度，在風速和大氣壓力穩(wěn)定條件下，
在做濕熱試驗中，出現(xiàn)實際濕度會達到100%或者實際濕度與目標濕度相差很大，數(shù)值低得很多，前者的現(xiàn)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控制的，查水位控制器供水系統(tǒng)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間長，或供水水質(zhì)純凈度的原因，會使紗布變硬，使紗布無法吸收水份而干燥，只要更換或清洗紗布即可排除以上現(xiàn)象。后者的現(xiàn)象主要是加濕系統(tǒng)不工作，查看加濕系統(tǒng)的供水系統(tǒng)，供水系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)的水位是否正常。
三、先進溫度控制設(shè)備調(diào)節(jié)器的選擇：
測量方式的改變，使恒溫恒濕箱的濕度測量、PID調(diào)節(jié)變的結(jié)構(gòu)簡單，測量調(diào)節(jié)可靠準確、造價低；
1、加熱制冷調(diào)節(jié)控制功能
先進儀表的選擇：系統(tǒng)的改造中我們采用了先進的AI人工智能調(diào)節(jié)器模塊。AI調(diào)節(jié)器模塊是控溫系統(tǒng)的核心部分，AI儀表首創(chuàng)性地采用了平臺概念，將非常專業(yè)化的數(shù)字調(diào)節(jié)儀表轉(zhuǎn)為平臺化設(shè)計的產(chǎn)品，采用的是AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果優(yōu)化。
自整定方法簡單應(yīng)用方便：由于自整定執(zhí)行時采用位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、t等控制參數(shù)。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。
在使用過程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習及模糊控制技術(shù)，實現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能，及無欠調(diào)的精確調(diào)節(jié)，性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。
2、濕度、溫度PID控制
恒溫恒濕箱控制：濕度PID控制采用調(diào)節(jié)器AI-808AI4GL1S（或程序型AI-808AI4GL1S調(diào)節(jié)器），使?jié)穸日{(diào)節(jié)更可靠準確。溫度PID控制采用PT100傳感器來控制溫度AI-808AI4GL1S連接AI-3070觸摸屏、查看溫、濕雙曲線或編輯升降程序。
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路三線制Pt100熱電阻輸入，用干濕球法可同時測量環(huán)境溫度（干球）及濕度，在風速和大氣壓力穩(wěn)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(yīng)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法長期工作問題。M1、M2分別裝兩個J0模塊，2路三線制熱電阻輸入，Sn1設(shè)置為22，Sn2設(shè)置為42，大氣壓力和風速由Po及SPEd兩個參數(shù)定義。由于兩只Pt100及測量通道的微小誤差都會對濕度測量帶來較大的誤差，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(wěn)定后調(diào)整Sc2參數(shù)，使?jié)穸蕊@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(shù)較不穩(wěn)定，建議設(shè)置dIP1＝1，dIP2=0，使顯示分辨率分別位0.1℃及1％RH。
四、無紙記錄儀功能
數(shù)據(jù)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記錄。AI-3070無紙記錄儀，通過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(diào)節(jié)器配合使用。
在恒溫恒濕箱程序控溫時在觸摸屏上可顯示雙曲線運行圖、屏內(nèi)儲存15段升降溫程序、程序圖形重顯；可即時設(shè)置、讀取，上下傳升溫、恒溫、降溫程序配方；無紙記錄儀曲線圖。
在屏上控制操作程序儀表【啟動】【停止】【暫停】、在運行狀態(tài)下切換【手動/自動】狀態(tài)，手動控制輸出量；即時修改【段號】，指定運行段；及修改儀表控制參數(shù)等多種功能；追憶記錄的溫度曲線數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報表、報警報表的打印
恒溫恒濕箱在AI系列儀表，AI3070總線式無紙記錄儀配合應(yīng)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(yīng)用。
五、恒溫恒濕箱應(yīng)用要注意的問題
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(nèi)多數(shù)廠家一般為－80～＋130℃，－60～＋130℃，－40～＋130℃，也有高溫到150℃。這些溫度范圍通?？梢詽M足國內(nèi)絕大多數(shù)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(nèi)外的溫差越大，箱體內(nèi)部流場的均勻性也越差?？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(nèi)外環(huán)境試驗箱給出的濕度指標大都是20～98％RH或30～98％RH，如果濕熱試驗箱沒有除濕系統(tǒng)，則濕度范圍為60～98％，這一類試驗箱只能做高濕試驗，但它的價格低得多。值得注意的是在濕度指標后面應(yīng)該注明相應(yīng)的溫度范圍，或給出露點溫度。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，相對濕度為20％RH，溫度為6℃時，相對濕度為90％RH，當溫度降至4℃以下，相對濕度超過100％，在箱體內(nèi)會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。
3、實現(xiàn)高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠，進行加濕。低溫低濕則相對難于控制，因為此時的含濕量很低，有時比大氣中的含濕量低很多，需要對箱體內(nèi)流動的空氣除濕，使空氣變得干燥。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理，是在箱體的空氣預(yù)調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管。當濕空氣經(jīng)過冷管時，其相對濕度會達到100％RH，因空氣飽和在光管上結(jié)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溫度，但是當冷點表面溫度到達0℃時，光管表面結(jié)露的水滴會結(jié)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，大氣中的濕空氣會滲入到箱體內(nèi)，使露點溫度回升。另一方面，在光管間流動的濕空氣只是在和光管（冷點）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(nèi)的露點溫度在到0℃以下。實際所達到的露點溫度為5～7℃。露點溫度5℃相當于含濕量為0.0055g/Kg，對應(yīng)相對濕度20％RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進相對濕度達到20％RH，此時的露點溫度為－3℃，采用致冷方式除濕是很困難的，必須選用空氣干燥系統(tǒng)才能實現(xiàn)。
4、變溫速率的選擇 普通的高低溫試驗箱沒有降溫速度的指標，從環(huán)境溫度降溫到標稱的溫度的時間一般為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(nèi)速度可調(diào)。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(guī)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(jù)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，一種是線形升降溫速度（實際上是每5 min平均速度）。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內(nèi)，高的溫度與低的溫度之差值與時間之比。目前國外各環(huán)境試驗設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的變溫速率的技術(shù)參數(shù)都是指的全程平均速率。線形升降溫速度指在任意的每5 min時間段內(nèi)，能夠保證的變溫速率。而實際上對于快速溫度變化試驗箱來說，保證線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5 min的時間段內(nèi)，試驗箱可以達到的降溫速率。從某種角度講，線形升降溫速度（每5 min平均速度）更科學(xué)。因此試驗設(shè)備具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度（每5 min平均速度）這兩個參數(shù)。一般來說，線形升降溫速度（每5 min平均速度）是全程平均升降溫速度的1/2。
6、風速 有關(guān)標準規(guī)定，進行環(huán)境試驗時溫濕箱內(nèi)的風速應(yīng)小于1.7m/s，對于試驗本身來說，風速越小越好，風速過大會加速試驗件表面與箱體內(nèi)流動氣流的熱交換，于試驗的真實性不利。但為了保證試驗箱工作室內(nèi)的均勻性，試驗箱內(nèi)具有循環(huán)風是必需的。但是快速溫度變化試驗箱以及溫度、濕度、振動等多因素綜合環(huán)境試驗箱，為追求變溫速率，必須加快箱體內(nèi)循環(huán)氣流的流速，風速通常在2～3m/s。因此，對于不同的使用目的，風速的限制是不一樣的。
7、溫度波動度 溫度波動是一個比較容易實現(xiàn)的參數(shù)，所有環(huán)境試驗設(shè)備廠家生產(chǎn)的多數(shù)的試驗箱實際的溫度波動都可以控制在±0.3℃的范圍以內(nèi)。
8、溫度場均勻度 為了更正確地模擬產(chǎn)品在自然界所遭受的實際環(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(nèi)的溫度梯度和溫度的波動度加以限制。在國軍標GJB150.1－86軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法總則中明確規(guī)定“試驗樣品附近測量系統(tǒng)的溫度應(yīng)在試驗溫度的±2℃以內(nèi)，其溫度工不超過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(shù)是采用干濕球法，環(huán)境試驗設(shè)備的制造標準GB10586要求，相對濕度偏差應(yīng)在±２３％RH。為滿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(tǒng)，制冷系統(tǒng)需要進行冷卻。試驗箱有風冷、水冷兩種形式。
風冷 水冷使用條件 設(shè)備安裝簡便，只需要接通電源即可使用。 環(huán)境溫度應(yīng)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(diào)） 需配置循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。換熱效果 較差（相對于水冷方式） 穩(wěn)定、良好對使用環(huán)境的影響 會導(dǎo)致試驗箱周圍的空氣溫度上升。 不影響試驗箱周圍的溫度。
四、 溫濕度試驗設(shè)備狀況分析
1〕 溫濕度環(huán)境試驗設(shè)備的生產(chǎn)是持續(xù)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。便是隨著工業(yè)技術(shù)的進步和發(fā)展，很多新的應(yīng)用技術(shù)不斷引入到環(huán)境試驗設(shè)備中，如計算機技術(shù)，模糊控制理論，多箱同步運行等，同時，環(huán)境試驗設(shè)備是一種耐用品，一些問題和設(shè)計缺陷需要多年使用才能暴露出來，通過統(tǒng)計分析才能發(fā)現(xiàn)問題所在。一個成熟的、高可靠性的產(chǎn)品往往需要多年改進、完善。因此，環(huán)境試驗設(shè)備生產(chǎn)廠家具有一定生產(chǎn)規(guī)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，試驗的對象有時是價值很高的軍工產(chǎn)品，試驗過程中，試驗人員經(jīng)常要在現(xiàn)場周圍操作巡視或測試工作，因此要求環(huán)境試驗設(shè)備必須具有運行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長等特點，以確保試驗本身的正常進行。試驗設(shè)備的各種保護、告警措施及安全連鎖裝置應(yīng)該完善可靠，以保證試驗人員、被試產(chǎn)品和試驗設(shè)備本身的安全可靠性。
環(huán)境試驗設(shè)備品種繁多，但使用最廣泛的環(huán)境試驗設(shè)備為高溫、低溫、濕熱試驗箱，而現(xiàn)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(shè)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(gòu)造及一些常見故障和排除方法
試驗人員除正確按操作規(guī)程操作，還應(yīng)該對其結(jié)構(gòu)有所了解。高低溫濕熱試驗箱由箱體、風循環(huán)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)和控濕系統(tǒng)組成。風循環(huán)系統(tǒng)一般采用可調(diào)節(jié)送風方向的結(jié)構(gòu)；加濕系統(tǒng)有采用鍋爐加濕的和表面蒸發(fā)二種；降溫、去濕系統(tǒng)采用空調(diào)工況制冷結(jié)構(gòu)；加熱系統(tǒng)采用電熱鰭片加熱和電爐絲直接加熱二種結(jié)構(gòu)；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，可以檢查電器系統(tǒng)，逐一排除故障。如溫度升得很慢，就要查看風循環(huán)系統(tǒng)，看一下風循環(huán)的調(diào)節(jié)擋板是否開啟正常，反之，就檢查風循環(huán)的電機運轉(zhuǎn)是否正常。如溫度過沖厲害那么就需要整定PID的設(shè)置參數(shù)。如果溫度直接上升，過溫保護，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(nèi)再做試驗，工作室內(nèi)的試驗樣品是否放置的過多，使工作室內(nèi)的風不能充分循環(huán)，在排除上述原因后，就要考慮是否是制冷系統(tǒng)中的故障了，這樣就要請廠家的專業(yè)人員進行檢修。后者的現(xiàn)象是設(shè)備的使用環(huán)境不好所致，設(shè)備放置的環(huán)境溫度，放置的位置（箱體后與墻的距離）要滿足要求。