采用淺水盤加濕方式實現低溫高濕應力

文 | 航天科工防御技術研究試驗中心 彭彤

采用淺水盤加濕方式實現低溫高濕應力

文 | 航天科工防御技術研究試驗中心 彭彤

目前運用最為廣范的加濕方法是利用淺水盤加濕，根據其加濕原理分析，淺水盤加濕方法一般只能控制在常溫以上的濕度。本文介紹一種方法，結合濕度原理在不對設備進行改造的情況下實現了低溫高濕的試驗應力。同時，反應出國外某些先進設備對試驗風險的完善考慮。

淺水盤加濕；低溫高濕；濕度可控

1.述

在環境試驗中[1]，濕度應力通常用相對濕度來代替成為描述濕度的表達方式。因為濕度是一個相對的概念，無法用一個確切的數值表示。人們通過大量的實驗和整理尋求到了表示水汽飽和壓力與溫度之間的關系，并將這種關系以相對濕度這種形式表現出來。相對濕度的定義是：空氣中水汽分壓力與該溫度下水的飽和汽壓之比并用百分數表示。

最早的加濕方式是向試驗箱箱壁上噴水，通過控制水溫使水表面飽和壓力得到控制。箱壁表面的水形成較大的面，在這個面上向箱內通過擴散的方式向箱內加入水汽壓使恒溫恒濕試驗箱中相對濕度升高。但這種控制方式過渡過程較長，不能滿足交變濕熱對加濕量要求較多的需要。因此，這一方法很快為蒸汽加濕和淺水盤加濕方式取代。

蒸汽加濕作用時間短，控制簡單可靠，但由于其工作時功率較大（需要鍋爐），因此，通常只是大型設備采用。蒸汽加濕最大的問題在于其加濕的蒸汽是帶有熱量的，因此，其通常會影響環境的溫度，特別是在濕度工作狀況下，通常設備采用小功率壓縮機，這樣就進一步加大了溫度控制的難度。因此，蒸汽加濕模式只適用于高溫高濕模式。

淺水盤加濕結合了兩者的優點，它利用試驗箱中安裝了加熱器的水盤，適當的提高淺水盤中的水溫，水盤表面層隨著溫度升高，水氣壓力升高，與箱中空氣中的水汽分壓力之差增加，加劇了水汽擴散和對流質交換。這樣，使得水汽的過熱量有明顯下降，能用于低溫情況下的加濕。

淺水盤雖然可以用作低溫情況下的加濕，但低溫范圍受到很多條件的制約。溫度過低，冷卻水容易結冰，對設備造成損傷。此外，由于相同絕對含濕量下，溫度越低，相對濕度越大，因此，在低溫高濕過程中很容易出現相對濕度達到100%，造成霧化的現象。本文是作者在進行某客戶提出的2.5%，95%相對濕度的試驗條件時摸索出的一套實現低溫高濕應力的方法。

2.現途徑探討

為實現低溫加濕的特殊環境，采用的設備是由法國Climat公司生產的1000VH70/30，設備的對濕度的控制圖[2]，見圖1：

很明顯，要求的2.5℃，95%的要求值不在設備的控制范圍內。在2.5℃相對濕度為95%的情況下，雖然相對濕度很高，但環境的露點只有1.78℃，絕對濕度只有5.46g/m3 。絕對含濕量只相當于在20℃，相對濕度為30%的絕對濕度值，也就是說，對于正常大氣條件下，這一過程對于絕對濕度來說是一個除濕的過程。在設備看來，一方面由于相對濕度的提高是一個加濕的過程，而另一方面，由于絕對濕度的下降，系統又關閉了加濕功能，因此會出現工作不正常的現象。

因此，直接將設置值為2.5℃，95%系統雖然接受，未提示報警信號,但在具體試驗過程中出現了很多問題，見圖2：

從圖中我們可以看到，試驗過程中先后出現了以下幾個問題：

a．加濕過程溫度出現大幅上升

出現這一現象的原因是由于在加濕過程中有一個補水的過程，此時，泵 將加濕水注入到淺水盤中，而這些加濕水的溫度遠高于箱內的溫度，因此，溫度出現大幅的上升。在試驗過程中，溫度最高漂移到了+10.2℃。

b．濕度的穩定狀態是100%

通過測量，試驗前環境溫度為20℃，相對濕度為40%。由于在試驗之前的箱內的空氣是正常大氣條件，此時箱內空氣的絕對濕度達到，已然超過了2.5℃，95%條件下的絕對濕度值。因此，在溫度降至2.5℃后，不需要加濕過程，箱內的絕對濕度已然達到100%同時伴隨著嚴重的霧化現象。

c．頻繁出現上水和泄水的現象

由于溫度漂移量較大，設備為了將溫度控制住，以較大功率對試驗箱內進行制冷，雖然在濕熱試驗中制冷壓縮機的功率較小，但全功率工作仍然容易導致瞬間出現1℃左右的漂移。而同時，淺水盤的水由于溫度相對較高，仍然在釋放熱量，導致溫度難以穩定。而設備默認的在濕熱試驗中，有一個防止結冰的保護溫度+2.0℃，當設備內溫度低于這個值，設備便排水保護，濕度值降為0；當高于這個值時，系統繼續補水加濕。因此，出現了頻繁上水和泄水的現象。

因此，為了低溫高濕應力，應該避免以上三個現象的出現。為了實現這一功能，在試驗過程中對試驗程序進行了適當的修改。

3.施過程及結果分析

為了解決第一個問題，即加濕水帶來熱量的問題。考慮到如果加濕水的溫度足夠低，那么即便在淺水盤中，也不會帶來散熱的問題。事先將加濕水換成低溫水是一個解決途徑，但同時帶來的問題是將溫度降到多少度，要補充多少加濕水的問題，將這一問題復雜化了。因而，作者考慮到先在常溫中就將加濕水注入，在試驗箱內進行降溫。因此，不同于一般的濕熱試驗的先降溫再加濕，在本次試驗中，先在常溫下就進行加濕步驟，目的是使常溫狀態下使淺水盤注水。濕度到達后進行降溫，這樣保證水溫同箱溫保持基本一致，從而避免加濕水的放熱。

第二個問題是在降溫情況下相對濕度升高的問題，由于設備在常溫下就已經加濕且設備不具備除濕功能，直接降溫必然導致濕度的上升。考慮到空氣中相對濕度較低，只要保持一定的通風，通過這種方式就能起到一個降濕的作用，而在100%的相對濕度，只需要稍微降低一點就能達到95%的控制要求，多出的部分淺水盤的加濕可進行補償。

第三個問題的關鍵在于保證溫度的穩定，解決這一問題的關鍵在于設定一個較慢的溫變速率。溫變速率低，設備的穩定性能控制在一個很低的范圍內。同時，低溫變速率對于控制加濕水的溫度以及減少試驗箱內外濕度差有著很大的幫助。在正式試驗過程中，從控制的角度出發，溫變速率越慢，低溫高濕的穩定性也越好。

在本次試驗中，試驗的起始條件設置為+20℃，95%。然后再以0.1℃/min的速率將溫度降低至+2.5℃，期間濕度保持不變并保持試驗箱外有一定的氣流交換。在具體試驗中得到的試驗曲線見圖3所示：

4.論

通過試驗實現了低溫高濕（2.5℃，95%）的穩定控制，溫度的波動和濕度的波動也僅在降到的一個很短的時間內有著微小的波動，說明通過淺水盤加濕是能夠突破設備的額定值范圍而穩定的實現低溫高濕的要求的。進行進一步試驗，如果溫度繼續下降，設備設置了一個保護值2℃，一旦測量到溫度低于這個值，設備為防止淺水盤的水結冰，默認將條件改為低溫而排水，使得更低的溫度下控濕無法實現。雖然控制上無法實現，但從原理上說，進一步降溫，濕度仍然是能保持一個較高的值，如果此時將設備的泄水閥人為關斷，濕度理論情況下仍然可以保持穩定。

設置淺水盤結冰保護說明了法國克萊梅公司在設備的設計上考慮到了這一極限情況并在功能上設置了保護，雖然它在某種程度上限制了設備的能力，但同時它能有效地避免結冰對設備的損傷，從而保證試驗的質量。這對于國內的設備制造廠家是值得借鑒的。

1 蒯正興 關于濕熱試驗箱加濕和除濕方法的研究

2 1000VH70/30 用戶手冊

The Implementation of Low Temperature and Humidity Through Water Pond Humidification Method

Water pond humidification method is one of the most popular methods. Based on the analysis of humidification, the above method can be used to control the humidification only when the temperature is above the ambient one. This paper put forward a method of water pond humidification to achieve the low temperature and high humidity without equipment modification. Our study also showed that the comprehensive consideration of test risk of some foreign advanced equipment.

water pond humidification；low temperature and high humidity；temperature controllable

彭彤(1983- )，男，江西崇仁人，博士研究生，工程師，主要從事環境與可靠性試驗技術