專利名稱：環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境試驗(yàn)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及一種在溫度試驗(yàn)箱上增加濕度功能的控制系統(tǒng)和控制方法，該方法可用于溫度試驗(yàn)箱的濕度控制，采用不同于現(xiàn)有環(huán)境試驗(yàn)箱的加濕、除濕方法，使溫度試驗(yàn)箱改造成溫濕度試驗(yàn)箱。
背景技術(shù)：
為了檢驗(yàn)電子電工產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，通常需要進(jìn)行濕熱試驗(yàn)。國標(biāo)、國軍標(biāo)和各個(gè)行業(yè)都制定了相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。濕熱試驗(yàn)一般是在環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)完成的，環(huán)境試驗(yàn)箱通過濕度控制系統(tǒng)控制，使箱內(nèi)濕度值滿足試驗(yàn)條件要求。通常，現(xiàn)有的濕度控制系統(tǒng)包括加濕部分、除濕部分和控制部分，控制部分采用特定的算法對(duì)濕度設(shè)定值和測量值進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，開啟加濕部分給箱內(nèi)加濕，或者開啟除濕部分給箱內(nèi)除濕。其中，控制部分負(fù)責(zé)采集濕度傳感器輸入信號(hào)，輸出加濕或除濕信號(hào)，一般采用PID算法對(duì)測量值和設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算；而加濕部分目前在交變濕熱試驗(yàn)箱中常用的加濕方法有蒸汽加濕和淺水盤加濕。蒸汽加濕法，水汽的飽和壓力隨著水溫的升高而升高，當(dāng)水溫高至沸點(diǎn)時(shí)，加濕蒸汽鍋爐就會(huì)噴出蒸汽，向試驗(yàn)箱內(nèi)加濕，由于蒸汽加濕設(shè)備構(gòu)造簡單，控制方便，因此在交變濕熱溫度箱中被廣泛使用。在大多數(shù)情況下蒸汽的溫度高于試驗(yàn)工況要求的溫度，這時(shí)高溫高濕的蒸汽和低溫的空氣混合后，一部分水汽會(huì)凝結(jié)成水并放出大量的熱量，為了平衡這一部分熱量往往需要開啟壓縮機(jī)制冷，當(dāng)壓縮機(jī)蒸發(fā)器溫度過低時(shí)會(huì)結(jié)霜，這會(huì)影響壓縮機(jī)的制冷能力，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)增大制冷量來使箱內(nèi)溫度保持在設(shè)定值，隨著制冷量的增大，蒸發(fā)器溫度會(huì)更低，在做低溫高濕試驗(yàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。淺水盤加濕法，在試驗(yàn)箱內(nèi)放置表面足夠大的水盤，在水盤中放置了加熱器。水面的水汽可通過擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換向空氣中不斷地補(bǔ)充水汽，而通過這種形式的加濕水汽不過熱。但是由于水盤的面積不可做到很大，因此擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換并不十分劇烈。通過適當(dāng)?shù)丶訜崴P的水，使其高于試驗(yàn)箱內(nèi)的試驗(yàn)溫度，這時(shí)水盤表面層隨著溫度升高，水汽壓力升高，與箱內(nèi)空氣中水汽分壓之差增加，加劇了水汽擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換。在滿足試驗(yàn)箱加濕要求的同時(shí)，水盤中的水溫不會(huì)過高，水汽的過熱量有明顯下降。這種方法的不足之處在于當(dāng)試驗(yàn)樣品發(fā)熱量較大時(shí)，制冷機(jī)需要不斷工作以使箱內(nèi)溫度滿足要求，但難以滿足高濕條件要求。而就除濕部分來說，目前應(yīng)用最為廣泛的為冷凝除濕法，通過將空氣中的水汽在壓縮機(jī)蒸發(fā)器冷凝為水，而降低箱內(nèi)空氣濕度。但在低溫高濕試驗(yàn)時(shí)，會(huì)在冷凝器上大量結(jié)
Λ" ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供不同于現(xiàn)有環(huán)境試驗(yàn)箱的加濕、除濕方法，在溫度試驗(yàn)箱上增加濕度功能，使溫度試驗(yàn)箱改造成溫濕度試驗(yàn)箱。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案一種環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)，包括加濕部分、除濕部分和控制部分，控制部分包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制站以及報(bào)警器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將用戶的各種操作通過串口通訊通知控制站并接收控制站返回的各種參數(shù)如濕度、加濕輸出、除濕輸出、報(bào)警輸出等，控制站分別與溫度傳感器、報(bào)警器，加濕部分和除濕部分電連接，其特征在于，加濕部分為超聲波加濕部件，除濕部分為氮?dú)獬凉癫糠?。所述超聲波加濕部分包括電加熱器、加濕罐、?chǔ)水罐、電磁閥和水位開關(guān)，加濕罐由超聲波霧化器和水汽汽化腔構(gòu)成，空氣經(jīng)過電加熱器后進(jìn)入加濕罐的水汽汽化腔，超聲波霧化器由壓電陶瓷材料制成的高頻振蕩器(即換能器)和激振電路組成，換能器設(shè)置在加濕罐的底部，并在超聲波作用下產(chǎn)生均勻霧狀水粒，空氣經(jīng)電加熱器加熱后進(jìn)入加濕罐的水汽汽化腔，與霧化后的水?；旌?，霧狀水粒吸熱后汽化，從加濕罐上部管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，電磁閥對(duì)進(jìn)入的水汽進(jìn)行開關(guān)控制以及水位開關(guān)對(duì)加濕罐內(nèi)的水位進(jìn)行控制。所述氮?dú)獬凉癫糠职ㄒ旱磐?、電磁閥和管道，液氮在杜瓦中汽化為氮?dú)?，控制電磁閥打開時(shí)，氮?dú)馔ㄟ^連接管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，在試驗(yàn)箱內(nèi)與箱內(nèi)空氣充分混合后排出試驗(yàn)箱，降低箱內(nèi)空氣濕度。其中，所述控制站還電連接有溫度傳感器以及溫度控制單元。其中，控制站包括PLC控制器、擴(kuò)展模塊和繼電器，PLC通過串口接收?qǐng)?zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的各種指令；并通過擴(kuò)展模塊中的AI模塊采集濕度傳感器信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理， 用于濕度控制，同時(shí)上傳給監(jiān)控計(jì)算機(jī)；通過擴(kuò)展模塊中的DO和DI模塊進(jìn)行加濕水水位控制；通過繼電器進(jìn)行報(bào)警輸出；運(yùn)行PID算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用占空比方式控制加濕部分和除濕部分。其中，濕度傳感器固定在試驗(yàn)箱內(nèi)部，測量箱內(nèi)空氣濕度值并轉(zhuǎn)換為0 5V電壓信號(hào)，輸出給控制站AI模塊。其中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝組態(tài)軟件，提供人機(jī)接口，采用圖形化的方式，顯示濕度曲線并將用戶各種操作通過串口通訊通知控制站，并接收控制站站返回的各種參數(shù)。其中，本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)具有濕度的手動(dòng)控制和程序控制兩種模式。一種采用上述系統(tǒng)進(jìn)行濕度控制的方法，包括以下步驟通過控制站將濕度傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為濕度測量值，控制站與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，獲取濕度設(shè)定值、PID等控制參數(shù)，控制站進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過DO模塊輸出， DO模塊通過繼電器控制超聲波加濕部分和氮?dú)獬凉癫糠?，同時(shí)歷史數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)測控的參數(shù)超過報(bào)警設(shè)置的上下限時(shí)，控制站輸出給報(bào)警器，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器聲光報(bào)警， 并進(jìn)行相應(yīng)的加濕過程和除濕過程，其中，加濕過程包括當(dāng)控制站輸出加濕信號(hào)后，超聲波加濕器開始工作，電磁閥開啟， 產(chǎn)生的水汽通過電磁閥進(jìn)入試驗(yàn)箱；除濕過程包括當(dāng)控制站輸出除濕信號(hào)后，氮?dú)怆姶砰y打開，氮?dú)馔ㄟ^管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，然后從試驗(yàn)箱的排氣孔排出，同時(shí)帶走箱內(nèi)空氣中一部分水汽。本發(fā)明通過增加超聲波加濕部分和氮?dú)獬凉癫糠?，有效地解決了蒸汽加濕法中過熱蒸汽的問題，不需要將水燒開的過程，縮短了加濕時(shí)間，系統(tǒng)反應(yīng)更加靈敏，而氮?dú)獬凉癫糠纸Y(jié)構(gòu)簡單，減少試驗(yàn)箱內(nèi)的積水現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)中的超聲加濕部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)中氮?dú)獬凉癫糠值氖疽鈭D。圖4是本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1示出了本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)示意圖。其中，本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)包括加濕部分、除濕部分和控制部分，控制部分包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制站以及報(bào)警器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將用戶的各種操作通過串口通訊通知控制站并接收控制站返回的各種參數(shù)如濕度、加濕輸出、除濕輸出、報(bào)警輸出等，控制站分別與溫度傳感器、報(bào)警器， 加濕部分和除濕部分電連接，其特征在于，加濕部分為超聲波加濕部件，除濕部分為氮?dú)獬凉癫糠郑鐖D2所示，其中的超聲波加濕部分包括電加熱器、加濕罐、儲(chǔ)水罐、電磁閥和水位開關(guān)，加濕罐由超聲波霧化器和水汽汽化腔構(gòu)成，空氣經(jīng)過電加熱器后進(jìn)入加濕罐的水汽汽化腔，超聲波霧化器由壓電陶瓷材料制成的高頻振蕩器(即換能器)和激振電路組成， 換能器設(shè)置在加濕罐的底部，并在超聲波作用下產(chǎn)生均勻霧狀水粒，空氣經(jīng)電加熱器加熱后進(jìn)入加濕罐的水汽汽化腔，與霧化后的水?；旌?，霧狀水粒吸熱后汽化，從加濕罐上部管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，電磁閥對(duì)進(jìn)入的水汽進(jìn)行開關(guān)控制以及水位開關(guān)對(duì)加濕罐內(nèi)的水位進(jìn)行控制。圖3示出了本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)中氮?dú)獬凉癫糠?，其中的氮?dú)獬凉癫糠职ㄒ旱磐?、電磁閥和管道，液氮在杜瓦中汽化為氮?dú)?，控制電磁閥打開時(shí)，氮?dú)馔ㄟ^連接管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，在試驗(yàn)箱內(nèi)與箱內(nèi)空氣充分混合后排出試驗(yàn)箱，降低箱內(nèi)空氣濕度。 此外，控制站還電連接有溫度傳感器以及溫度控制單元，以便實(shí)現(xiàn)溫度和濕度同時(shí)控制的功能。具體來說，控制站包括PLC控制器、擴(kuò)展模塊和繼電器，PLC通過串口接收?qǐng)?zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的各種指令；并通過擴(kuò)展模塊中的AI模塊采集濕度傳感器信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，用于濕度控制，同時(shí)上傳給監(jiān)控計(jì)算機(jī)；通過擴(kuò)展模塊中的DO和DI模塊進(jìn)行加濕水水位控制；通過繼電器進(jìn)行報(bào)警輸出；運(yùn)行PID算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用占空比方式控制加濕部分和除濕部分。在一實(shí)施方式中，濕度傳感器固定在試驗(yàn)箱內(nèi)部，測量箱內(nèi)空氣濕度值并轉(zhuǎn)換為0 5V電壓信號(hào)，輸出給控制站AI模塊。其中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝組態(tài)軟件，提供人機(jī)接口，采用圖形化的方式，顯示濕度曲線并將用戶各種操作通過串口通訊通知控制站，并接收控制站站返回的各種參數(shù)。本發(fā)明的環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)具有濕度的手動(dòng)控制和程序控制兩種模式。本發(fā)明的采用上述系統(tǒng)進(jìn)行濕度控制的方法，包括以下步驟(參照?qǐng)D4的流程圖對(duì)控制方法進(jìn)行修改)控制站采集濕度傳感器輸出信號(hào)，獲得當(dāng)前濕度測量值；
控制站與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，獲取控制系統(tǒng)的濕度設(shè)定值、PID參數(shù)等控制參數(shù)，進(jìn)行PID運(yùn)算，計(jì)算出加濕或除濕的功率比；當(dāng)控制站測控的參數(shù)超過報(bào)警設(shè)置的上下限時(shí)，控制站輸出給報(bào)警器，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器聲光報(bào)警；控制站進(jìn)行水位控制，使加濕罐中水位處于合適高度；控制站根據(jù)PID運(yùn)算的結(jié)果以占空比模式控制加濕或者除濕輸出，加濕輸出時(shí)， 超聲波加濕器開始工作，電磁閥開啟，產(chǎn)生的水汽通過電磁閥進(jìn)入試驗(yàn)箱；除濕輸出時(shí)，氮?dú)怆姶砰y打開，氮?dú)馔ㄟ^管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，然后從試驗(yàn)箱的排氣孔排出，同時(shí)帶走箱內(nèi)空氣中一部分水汽；控制站將采集的數(shù)據(jù)，PID運(yùn)算結(jié)果，報(bào)警輸出和各繼電器的狀態(tài)上傳至監(jiān)控計(jì)算機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)和控制方法需要增加超聲波加濕部分和氮?dú)獬凉癫糠帧３暡訚窠鉀Q了蒸汽加濕法中過熱蒸汽的問題，不需要將水燒開的過程，縮短了加濕時(shí)間，且系統(tǒng)反應(yīng)更加靈敏。而氮?dú)獬凉?，結(jié)構(gòu)簡單，減少試驗(yàn)箱內(nèi)積水現(xiàn)象。盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是， 我們可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)，包括加濕部分、除濕部分和控制部分，控制部分包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制站以及報(bào)警器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將用戶的各種操作通過串口通訊通知控制站并接收控制站返回的各種參數(shù)如濕度、加濕輸出、除濕輸出、報(bào)警輸出等，控制站分別與溫度傳感器、報(bào)警器，加濕部分和除濕部分電連接，其特征在于，加濕部分為超聲波加濕部件，除濕部分為氮?dú)獬凉癫糠?。所述超聲波加濕部分包括電加熱器、加濕罐、?chǔ)水罐、電磁閥和水位開關(guān)，加濕罐由超聲波霧化器和水汽汽化腔構(gòu)成，空氣經(jīng)過電加熱器后進(jìn)入加濕罐的水汽汽化腔，超聲波霧化器由壓電陶瓷材料制成的高頻振蕩器(即換能器)和激振電路組成，換能器設(shè)置在加濕罐的底部，并在超聲波作用下產(chǎn)生均勻霧狀水粒，空氣經(jīng)電加熱器加熱后進(jìn)入加濕罐的水汽汽化腔，與霧化后的水粒混合，霧狀水粒吸熱后汽化，從加濕罐上部管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，電磁閥對(duì)進(jìn)入的水汽進(jìn)行開關(guān)控制以及水位開關(guān)對(duì)加濕罐內(nèi)的水位進(jìn)行控制。所述氮?dú)獬凉癫糠职ㄒ旱磐摺㈦姶砰y和管道，液氮在杜瓦中汽化為氮?dú)猓刂齐姶砰y打開時(shí)，氮?dú)馔ㄟ^連接管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，在試驗(yàn)箱內(nèi)與箱內(nèi)空氣充分混合后排出試驗(yàn)箱， 降低箱內(nèi)空氣濕度。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制站還電連接有溫度傳感器以及溫度控制單元。
3.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中，控制站包括PLC控制器、擴(kuò)展模塊和繼電器， PLC通過串口接收?qǐng)?zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的各種指令；并通過擴(kuò)展模塊中的AI模塊采集濕度傳感器信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，用于濕度控制，同時(shí)上傳給監(jiān)控計(jì)算機(jī)；通過擴(kuò)展模塊中的DO 和DI模塊進(jìn)行加濕水水位控制；通過繼電器進(jìn)行報(bào)警輸出；運(yùn)行PID算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果， 采用占空比方式控制加濕部分和除濕部分。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其中，濕度傳感器固定在試驗(yàn)箱內(nèi)部，測量箱內(nèi)空氣濕度值并轉(zhuǎn)換為0 5V電壓信號(hào)，輸出給控制站AI模塊。
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝組態(tài)軟件，提供人機(jī)接口，采用圖形化的方式，顯示濕度曲線并將用戶各種操作通過串口通訊通知控制站，并接收控制站站返回的各種參數(shù)。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其具有濕度的手動(dòng)控制和程序控制兩種模式。
7.一種采用如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)進(jìn)行濕度控制的方法，包括以下步驟通過控制站將濕度傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為濕度測量值，控制站與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，獲取濕度設(shè)定值、PID等控制參數(shù)，控制站進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過DO模塊輸出， DO模塊通過繼電器控制超聲波加濕部分和氮?dú)獬凉癫糠?，同時(shí)歷史數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)測控的參數(shù)超過報(bào)警設(shè)置的上下限時(shí)，控制站輸出給報(bào)警器，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器聲光報(bào)警， 并進(jìn)行相應(yīng)的加濕過程和除濕過程，其中，加濕過程包括當(dāng)控制站輸出加濕信號(hào)后，超聲波加濕器開始工作，電磁閥開啟，產(chǎn)生的水汽通過電磁閥進(jìn)入試驗(yàn)箱；除濕過程包括當(dāng)控制站輸出除濕信號(hào)后，氮?dú)怆姶砰y打開，氮?dú)馔ㄟ^管道進(jìn)入試驗(yàn)箱，然后從試驗(yàn)箱的排氣孔排出，同時(shí)帶走箱內(nèi)空氣中一部分水汽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)境試驗(yàn)箱的濕度控制系統(tǒng)，包括加濕部分、除濕部分和控制部分，控制部分包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制站以及報(bào)警器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將用戶的各種操作通過串口通訊通知控制站并接收控制站返回的各種參數(shù)如濕度、加濕輸出、除濕輸出、報(bào)警輸出等，控制站分別與溫度傳感器、報(bào)警器，超聲波加濕部分和氮?dú)獬凉癫糠蛛娺B接，本發(fā)明通過增加超聲波加濕部分和氮?dú)獬凉癫糠郑行У亟鉀Q了蒸汽加濕法中過熱蒸汽的問題，不需要將水燒開的過程，縮短了加濕時(shí)間，系統(tǒng)反應(yīng)更加靈敏，而氮?dú)獬凉癫糠纸Y(jié)構(gòu)簡單，減少試驗(yàn)箱內(nèi)的積水現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G05D22/02GK102455714SQ20101051781
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者尚慶福, 張乃棟, 李樹鵬, 楊力坡, 鄭會(huì)明, 鄭立軍, 郭秀才, 馬騰飛 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所