綜合試驗箱的基本原理及故障分析

　　摘要：本文闡述了綜合試驗箱(試驗設(shè)備)的基本工作原理，介紹了如何對綜合試驗箱的故障進行分析和判斷，并就一個典型故障進行了分析。

　　關(guān)鍵詞：綜合試驗箱工作原理故障分析(試驗設(shè)備)

　　1.引言

　　綜合試驗箱是指能同時施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗箱，它與振動臺相結(jié)合可以組成綜合試驗系統(tǒng)。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品研制的需要，近幾年來，我國從國外引進了大批綜合試驗系統(tǒng)，為我國工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于綜合試驗箱本身的復(fù)雜性，使得綜合試驗箱在運行中出現(xiàn)了許多問題，而且出現(xiàn)了問題不能及時解決，大大延長了試驗周期，影響了產(chǎn)品的研制工作。而產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是對綜合試驗箱的工作原理不了解。為此，本文將對綜合試驗箱的基本工作原理作一簡要闡述，并介紹如何對綜合試驗箱(試驗設(shè)備)的故障進行分析和判斷。

　　2.綜合試驗箱的原理----------(試驗設(shè)備)

　　綜合試驗箱由制冷系統(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)分屬電氣和機械制冷兩大方面。

　　2.1制冷系統(tǒng)------------(試驗設(shè)備)

　　制冷系統(tǒng)是綜合試驗箱的關(guān)鍵部分之一。一般來說，(試驗設(shè)備)綜合試驗箱的制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷，機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)濟的制冷方式之一。蒸氣壓縮式制冷型式有：單級制冷、多級制冷和復(fù)疊式制冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節(jié)流機構(gòu)和蒸發(fā)器組成。由于我們試驗的溫度低溫要達到-55℃，單級制冷難以滿足要求，因此綜合試驗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，每一部分都是一個相對獨立的制冷系統(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)則從被冷卻的對象（試驗箱內(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)溫度能達到-70℃。

　　2.2加熱系統(tǒng)----(試驗設(shè)備)

　　綜合試驗箱的加熱系統(tǒng)相對制冷系統(tǒng)而言，是比較簡單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于綜合試驗箱要求的升溫速率較大，因此綜合試驗箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設(shè)有加熱器。

　　2.3控制系統(tǒng)

　　控制部分是綜合試驗箱的核心，它決定了試驗箱的升降溫速率，精度等重要指標。現(xiàn)有綜合試驗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，一般不會出現(xiàn)問題，因此，本文不對控制系統(tǒng)作太多的介紹。

　　2.4濕度系統(tǒng)---------(試驗設(shè)備)

　　濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個子系統(tǒng)。

　　綜合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，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現(xiàn)強制加濕。

　　綜合試驗箱的除濕方式有兩種：機械制冷除濕和干燥器除濕。機械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點溫度以下，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箱內(nèi)的空氣抽出，并將干燥的空氣注入，同時將濕空氣送入可循環(huán)利用的干燥器進行干燥，干燥完后又送入試驗箱內(nèi)，如此反復(fù)循環(huán)進行除濕?，F(xiàn)在大部分綜合試驗箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法，可以使露點溫度達到0℃以下，適用于有特殊要求的場合，但費用較貴。

　　2.5傳感器系統(tǒng)

　　綜合試驗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。濕度的測量方法有兩種：干濕球溫度計法和固態(tài)電子式傳感器直接測量法。由于干濕球法測量精度不高，現(xiàn)在的綜合試驗箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進行濕度的測量。

　　2.6空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風扇和驅(qū)動其運轉(zhuǎn)的電機構(gòu)成。它提供了試驗箱內(nèi)空氣的循環(huán)。

　　3.故障的分析判斷

　　由于綜合試驗箱是一個既有電氣又有制冷機械等多個系統(tǒng)組成的設(shè)備，因此，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，一定要全面地對整個設(shè)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"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，對設(shè)備進行先系統(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

　　加熱器的熱保險被燒斷。

　　控制加熱器工作的接觸器損壞。

　　更換熱保險。

　　更換接觸器。

　　系統(tǒng)不工作

　　離心式風扇未運轉(zhuǎn)。

　　風扇保險燒壞，更換保險；風扇熱保護，復(fù)位保護開關(guān)。

　　壓縮機不運轉(zhuǎn)

　　壓縮機的保險燒壞。

　　電源電壓不夠。

　　控制壓縮機啟動的接觸器損壞。

　　更換保險。

　　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。

　　對管路進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。

　　1.更換保險。

　　2.更換接觸器。

　　3.更換浮子開關(guān)或供水。

　　系統(tǒng)不能除濕

　　用于除濕的壓縮機未啟動。

　　除濕電磁閥不工作。

　　1.參照壓縮機不工作的排故方法對照解決。

　　2.更換電磁閥。

　　4.典型故障分析--------(試驗設(shè)備)

　　一綜合試驗箱在-55℃低溫保持階段出現(xiàn)了溫度保持不住的現(xiàn)象.

　　對該故障現(xiàn)象進行分析：

　　1）(試驗設(shè)備)試驗箱能夠制冷，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，觀察制冷壓縮機在(試驗設(shè)備)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，說明從主電源到各壓縮機的電氣線路正常，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組的排氣和吸氣壓力，發(fā)現(xiàn)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(tài)，說明主制冷機組的制冷劑量不足。用手摸主機組R23壓縮機的排氣和吸氣管路，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），這也說明了主機組的R23制冷劑缺乏，系統(tǒng)漏氟。

　　4）為確定故障原因，(試驗設(shè)備)結(jié)合試驗箱的控制過程進一步確認故障原因，該試驗箱擁有兩套制冷機組，一為主機組，另一為輔助機組。在降溫速率較大時，兩組機組同時工作，在溫度保持階段初期，兩組機組依然同時工作。待溫度初步穩(wěn)定下來，輔助機組停止工作，由主機組來維持溫度的穩(wěn)定。如果主機組的R23泄漏，會使主機組制冷效果不大，由于降溫過程中，兩組機組同時工作，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，一旦輔助機組停止工作，主機組又無制冷作用，試驗箱內(nèi)的空氣就會緩慢上升，當溫度上升到一定程度，控制系統(tǒng)就會啟動輔助機組來降溫，將溫度下降至設(shè)定值（-55℃）附近，然后輔助機組又停止工作，如此反復(fù)，便會出現(xiàn)如圖3所示的故障現(xiàn)象。至此，已確認為產(chǎn)生故障的原因是主機組的低溫（R23）級機組的制冷劑R23泄漏。(試驗設(shè)備)

　　5）對制冷系統(tǒng)進行查漏，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的細縫。更換此電磁閥后，對系統(tǒng)重新充氟，系統(tǒng)運行正常。由上文可以看出，對該故障現(xiàn)象的分析和判斷基本上是由易至難，先"外"后"里"，先"電氣"后"制冷"的脈絡(luò)進行分析和判斷的，熟悉和了解試驗箱(試驗設(shè)備)的原理和工作過程是分析故障和判斷故障的基礎(chǔ)。(試驗設(shè)備)

　　5.結(jié)束語

　　綜上所述，只有深入了解綜合試驗箱(試驗設(shè)備)的工作原理和工作過程，才能迅速地解決綜合試驗箱在運行過程中出現(xiàn)的問題。希望本文能夠?qū)氖颅h(huán)境設(shè)備管理運行維護人員有所裨益，共同推動我國環(huán)境工程的發(fā)展。(試驗設(shè)備)

　　by儀器分析