風(fēng)冷氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)是模擬自然環(huán)境中 “溫度變化”“濕度波動” 的核心，需與氙燈照射、風(fēng)冷散熱協(xié)同工作（避免相互干擾），zui終實(shí)現(xiàn) “目標(biāo)溫濕度精準(zhǔn)穩(wěn)定”。其工作原理可拆解為溫度控制和濕度控制兩大獨(dú)立系統(tǒng)，通過傳感器實(shí)時(shí)反饋、執(zhí)行器動態(tài)調(diào)節(jié)，達(dá)成閉環(huán)控制。
一、溫度控制系統(tǒng)：平衡 “加熱”“散熱” 與 “光照產(chǎn)熱”
溫度控制的核心挑戰(zhàn)是：氙燈照射會產(chǎn)生大量熱量（3.5kW 氙燈每小時(shí)產(chǎn)熱約 12600kJ），需通過 “主動加熱”“強(qiáng)制散熱” 雙向調(diào)節(jié)，維持目標(biāo)溫度（如黑板溫度 65℃±2℃）。
1. 核心構(gòu)成
溫度傳感器：
黑板溫度計(jì)（關(guān)鍵）：緊貼模擬 “深色物體表面” 的黑板（吸收率高，接近實(shí)際材料吸熱狀態(tài)），實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品表面溫度（zui能反映材料實(shí)際受熱情況）。
艙內(nèi)空氣溫度計(jì)：監(jiān)測測試艙內(nèi)環(huán)境溫度（輔助判斷空氣對流是否均勻）。
加熱單元：
石英加熱管（安裝在樣品臺下方或艙壁）：通過電加熱補(bǔ)充熱量（尤其低溫測試或初始升溫階段），功率可調(diào)節(jié)（如 0-2kW），加熱均勻（避免局部高溫）。
散熱單元：
強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)（與氙燈散熱協(xié)同但獨(dú)立風(fēng)道）：通過獨(dú)立風(fēng)扇將艙內(nèi)熱空氣抽出（風(fēng)量可調(diào)節(jié)，如 100-300m3/h），或引入外部冷空氣（經(jīng)過濾后），帶走多余熱量。
溫控閥門：部分機(jī)型設(shè)計(jì)風(fēng)道閥門，通過調(diào)節(jié)冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)量（如開度 30%-100%）控制散熱強(qiáng)度（無需頻繁啟停風(fēng)扇，溫度更穩(wěn)定）。
2. 工作流程（以 “升溫至 65℃并穩(wěn)定” 為例）
初始升溫階段：
傳感器檢測當(dāng)前溫度（如室溫 25℃），低于目標(biāo)值（65℃）→ 控制系統(tǒng)啟動石英加熱管（全功率運(yùn)行），同時(shí)氙燈照射產(chǎn)生熱量（輔助升溫）。
當(dāng)溫度升至 55℃時(shí)，加熱管功率降至 50%（避免超溫）。
穩(wěn)定控制階段：
當(dāng)黑板溫度達(dá)到 65℃±0.5℃時(shí)，加熱管停止工作，依賴氙燈持續(xù)產(chǎn)熱維持基礎(chǔ)溫度。
若溫度超過 67℃（偏差 + 2℃）：控制系統(tǒng)增大風(fēng)冷風(fēng)量（如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速從 1500r/min 升至 2000r/min），加速排出熱空氣，降低艙內(nèi)溫度。
若溫度低于 63℃（偏差 - 2℃）：加熱管短暫啟動（10%-30% 功率），補(bǔ)充熱量至目標(biāo)值。
特殊場景調(diào)節(jié)：
低溫測試（如 30℃）：氙燈產(chǎn)熱可能導(dǎo)致溫度過高→ 關(guān)閉加熱管，最大風(fēng)量散熱，甚至降低氙燈功率（需同步調(diào)整光照強(qiáng)度補(bǔ)償）。
高濕度環(huán)境下：空氣導(dǎo)熱性增強(qiáng)→ 散熱效率提高，需適當(dāng)提高加熱功率或降低風(fēng)量（避免溫度波動）。
二、濕度控制系統(tǒng)：通過 “加濕” 與 “除濕” 維持目標(biāo)濕度
濕度控制需模擬自然環(huán)境中的 “潮濕（如雨天）” 或 “干燥（如晴天）” 狀態(tài)，核心是控制艙內(nèi)水汽含量（30%-95% RH），避免與溫度控制相互干擾（如高溫高濕易導(dǎo)致冷凝水，影響樣品）。
1. 核心構(gòu)成
濕度傳感器：
電容式濕度傳感器（安裝在艙內(nèi)空氣流通處，遠(yuǎn)離加濕器出風(fēng)口和冷凝區(qū)），檢測精度 ±3% RH，響應(yīng)時(shí)間＜5s（快速反饋濕度變化）。
加濕單元：
超聲波加濕器（適合中小艙體）：通過高頻振動將水霧化成微米級水滴（1-5μm），經(jīng)風(fēng)扇送入艙內(nèi)（霧量可調(diào)節(jié)，如 0-500mL/h），快速提升濕度。
電極式加濕器（適合大艙體）：通過電極加熱水產(chǎn)生蒸汽（無霧，濕度更均勻），但需用去離子水（避免水垢堵塞電極）。
水箱與補(bǔ)水：配備自動補(bǔ)水裝置（水位低于 1/3 時(shí)觸發(fā)補(bǔ)水），避免缺水干燒（水箱需防菌設(shè)計(jì)，如添加銀離子抑菌）。
除濕單元（部分機(jī)型）：
半導(dǎo)體制冷除濕：通過冷面降溫使艙內(nèi)水汽冷凝成水（排出艙外），適合低濕度需求（如 30%-50% RH）。
通風(fēng)除濕：引入低濕度外界空氣（需先過濾），置換艙內(nèi)高濕空氣（成本低，但受環(huán)境濕度影響大）。
2. 工作流程（以 “維持 50% RH” 為例）
加濕調(diào)節(jié)（當(dāng)前濕度 30%）：
傳感器檢測濕度低于目標(biāo)值→ 啟動超聲波加濕器（霧量 50%），霧化水滴隨氣流擴(kuò)散至艙內(nèi)，濕度逐漸上升。
當(dāng)濕度升至 48% 時(shí)，加濕器霧量降至 20%；達(dá)到 50% 時(shí)停止（避免過沖）。
穩(wěn)定控制（濕度波動時(shí)）：
若濕度降至 47%（偏差 - 3%）：加濕器短暫啟動（10% 霧量），補(bǔ)充水汽至 50%。
若濕度升至 53%（偏差 + 3%）：啟動半導(dǎo)體制冷除濕（或增大通風(fēng)量），冷凝多余水汽，直至濕度回落至 50%。
與溫度協(xié)同控制：
高溫高濕（如 65℃+90% RH）：需降低加濕霧量（高溫下水汽蒸發(fā)快，少量霧氣即可維持濕度），同時(shí)加強(qiáng)艙內(nèi)氣流（避免局部冷凝）。
低溫低濕（如 30℃+30% RH）：需減少通風(fēng)（防止外界高濕空氣進(jìn)入），必要時(shí)啟動除濕（若環(huán)境濕度高于目標(biāo)）。
三、溫濕度與氙燈、風(fēng)冷的協(xié)同邏輯（避免相互干擾）
風(fēng)冷氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的核心難點(diǎn)是 “氙燈產(chǎn)熱”“風(fēng)冷散熱”“溫濕度調(diào)節(jié)” 三者的耦合影響，需通過以下設(shè)計(jì)平衡：
風(fēng)道獨(dú)立：
氙燈散熱風(fēng)道（冷卻燈管）與艙內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)風(fēng)道（控制樣品區(qū)溫度）完全分離，避免氙燈散熱的熱風(fēng)進(jìn)入樣品區(qū)（導(dǎo)致溫度失控）。
時(shí)序控制：
部分測試標(biāo)準(zhǔn)要求 “光照 + 噴淋” 循環(huán)（如 102min 光照→18min 噴淋），噴淋時(shí)需暫停加熱（避免水溫驟升導(dǎo)致溫度波動），同時(shí)降低風(fēng)冷強(qiáng)度（噴淋本身會降溫）。
PID 智能算法：
控制系統(tǒng)采用 PID（比例 - 積分 - 微分）調(diào)節(jié)：根據(jù)溫濕度偏差大小（如溫度超 1℃ vs 超 3℃）和變化速度（如 1 分鐘內(nèi)升 2℃ vs 升 0.5℃），動態(tài)調(diào)整加熱功率、風(fēng)量、加濕量（避免 “忽開忽停” 導(dǎo)致的劇烈波動），使溫度控制精度達(dá) ±2℃，濕度 ±5% RH。
