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快速溫變試驗箱的運行原理是什么

來源:廣東艾思荔檢測儀器有限公司   2025年06月11日 09:10  

快速溫變試驗箱作為一種在工業、科研等眾多領域廣泛應用的試驗設備,能模擬不同環境溫度的快速變化,對產品的性能和可靠性進行測試。下面詳細闡述其工作原理。

溫度控制的基本原理

快速溫變試驗箱實現溫度控制的基礎是熱傳遞原理。熱傳遞有三種基本方式:熱傳導、熱對流和熱輻射。在試驗箱內,這三種方式共同作用來實現溫度的調節。

1. 熱傳導:試驗箱的箱體通常由具有一定隔熱性能的材料制成,但內部的發熱元件(如加熱絲)和制冷元件(如制冷壓縮機相關部件)與箱內空氣之間存在熱傳導。當加熱絲通電發熱時,熱量會通過熱傳導傳遞給周圍的空氣分子,使空氣溫度升高;同理,制冷部件工作時,低溫會傳導至周圍空氣,使其溫度降低。

2. 熱對流:箱內空氣因溫度差異會產生密度變化,從而形成自然對流。熱空氣密度小上升,冷空氣密度大下降,這種自然對流有助于箱內空氣溫度的均勻分布。同時,試驗箱內一般還配備有風扇,通過強制空氣流動來加強熱對流,使溫度變化更加迅速且均勻。風扇將熱空氣或冷空氣吹向試驗箱的各個角落,大大縮短了溫度達到設定值的時間。

3. 熱輻射:加熱元件在發熱過程中會以熱輻射的形式向周圍空間發射能量,這些輻射能被箱內的樣品和其他部件吸收,進而升高溫度。雖然熱輻射在整個溫度控制過程中所占比例相對較小,但在一些高精度溫度控制的試驗中也不容忽視。

制冷系統工作原理

制冷是快速溫變試驗箱實現低溫環境的關鍵環節,其制冷系統主要基于蒸汽壓縮式制冷循環原理。

1. 壓縮過程:制冷系統中的壓縮機吸入來自蒸發器的低溫低壓氣態制冷劑,通過機械壓縮作用,將制冷劑的壓力和溫度升高,使其變成高溫高壓的氣態制冷劑。壓縮機的作用是為制冷循環提供動力,確保制冷劑能夠在系統中持續循環流動。

2. 冷凝過程:高溫高壓的氣態制冷劑進入冷凝器,在冷凝器中,制冷劑與周圍環境進行熱交換,將熱量釋放給外界空氣或冷卻水(根據冷凝器的冷卻方式而定)。制冷劑在這個過程中逐漸冷卻,從氣態轉變為液態,成為中溫高壓的液態制冷劑。

3. 節流過程:中溫高壓的液態制冷劑經過節流裝置(如毛細管或膨脹閥),由于節流裝置的通道非常狹窄,制冷劑在通過時會受到很大的阻力,導致壓力急劇下降,同時溫度也相應降低,變成低溫低壓的液態制冷劑。

4. 蒸發過程:低溫低壓的液態制冷劑進入蒸發器,在蒸發器內,制冷劑吸收箱內空氣的熱量,從液態轉變為氣態,使箱內空氣溫度降低。蒸發后的低溫低壓氣態制冷劑又重新被壓縮機吸入,開始新的制冷循環。

加熱系統工作原理

加熱系統是實現試驗箱高溫環境的重要部分。通常采用電加熱方式,其核心部件是加熱絲。

當接通電源后,電流通過加熱絲,由于加熱絲具有一定的電阻,根據焦耳定律Q = I2Rt(其中Q表示熱量,I表示電流,R表示電阻,t表示時間),電流在電阻上做功會產生熱量。加熱絲產生的熱量通過熱傳導和熱對流的方式傳遞給箱內空氣,使箱內溫度升高。為了精確控制加熱量和溫度,加熱系統通常配備有溫度傳感器和控制器。溫度傳感器實時監測箱內溫度,并將信號反饋給控制器,控制器根據設定的溫度值與實際測量值進行比較,自動調節加熱絲的電流大小,從而實現對箱內溫度的精確控制。


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