采用浅水盘加湿方式实现低温高湿应力

文 | 航天科工防御技术研究试验中心 彭彤

采用浅水盘加湿方式实现低温高湿应力

文 | 航天科工防御技术研究试验中心 彭彤

目前运用最为广范的加湿方法是利用浅水盘加湿，根据其加湿原理分析，浅水盘加湿方法一般只能控制在常温以上的湿度。本文介绍一种方法，结合湿度原理在不对设备进行改造的情况下实现了低温高湿的试验应力。同时，反应出国外某些先进设备对试验风险的完善考虑。

浅水盘加湿；低温高湿；湿度可控

1.述

在环境试验中[1]，湿度应力通常用相对湿度来代替成为描述湿度的表达方式。因为湿度是一个相对的概念，无法用一个确切的数值表示。人们通过大量的实验和整理寻求到了表示水汽饱和压力与温度之间的关系，并将这种关系以相对湿度这种形式表现出来。相对湿度的定义是：空气中水汽分压力与该温度下水的饱和汽压之比并用百分数表示。

最早的加湿方式是向试验箱箱壁上喷水，通过控制水温使水表面饱和压力得到控制。箱壁表面的水形成较大的面，在这个面上向箱内通过扩散的方式向箱内加入水汽压使恒温恒湿试验箱中相对湿度升高。但这种控制方式过渡过程较长，不能满足交变湿热对加湿量要求较多的需要。因此，这一方法很快为蒸汽加湿和浅水盘加湿方式取代。

蒸汽加湿作用时间短，控制简单可靠，但由于其工作时功率较大（需要锅炉），因此，通常只是大型设备采用。蒸汽加湿最大的问题在于其加湿的蒸汽是带有热量的，因此，其通常会影响环境的温度，特别是在湿度工作状况下，通常设备采用小功率压缩机，这样就进一步加大了温度控制的难度。因此，蒸汽加湿模式只适用于高温高湿模式。

浅水盘加湿结合了两者的优点，它利用试验箱中安装了加热器的水盘，适当的提高浅水盘中的水温，水盘表面层随着温度升高，水气压力升高，与箱中空气中的水汽分压力之差增加，加剧了水汽扩散和对流质交换。这样，使得水汽的过热量有明显下降，能用于低温情况下的加湿。

浅水盘虽然可以用作低温情况下的加湿，但低温范围受到很多条件的制约。温度过低，冷却水容易结冰，对设备造成损伤。此外，由于相同绝对含湿量下，温度越低，相对湿度越大，因此，在低温高湿过程中很容易出现相对湿度达到100%，造成雾化的现象。本文是作者在进行某客户提出的2.5%，95%相对湿度的试验条件时摸索出的一套实现低温高湿应力的方法。

2.现途径探讨

为实现低温加湿的特殊环境，采用的设备是由法国Climat公司生产的1000VH70/30，设备的对湿度的控制图[2]，见图1：

很明显，要求的2.5℃，95%的要求值不在设备的控制范围内。在2.5℃相对湿度为95%的情况下，虽然相对湿度很高，但环境的露点只有1.78℃，绝对湿度只有5.46g/m3 。绝对含湿量只相当于在20℃，相对湿度为30%的绝对湿度值，也就是说，对于正常大气条件下，这一过程对于绝对湿度来说是一个除湿的过程。在设备看来，一方面由于相对湿度的提高是一个加湿的过程，而另一方面，由于绝对湿度的下降，系统又关闭了加湿功能，因此会出现工作不正常的现象。

因此，直接将设置值为2.5℃，95%系统虽然接受，未提示报警信号,但在具体试验过程中出现了很多问题，见图2：

从图中我们可以看到，试验过程中先后出现了以下几个问题：

a．加湿过程温度出现大幅上升

出现这一现象的原因是由于在加湿过程中有一个补水的过程，此时，泵 将加湿水注入到浅水盘中，而这些加湿水的温度远高于箱内的温度，因此，温度出现大幅的上升。在试验过程中，温度最高漂移到了+10.2℃。

b．湿度的稳定状态是100%

通过测量，试验前环境温度为20℃，相对湿度为40%。由于在试验之前的箱内的空气是正常大气条件，此时箱内空气的绝对湿度达到，已然超过了2.5℃，95%条件下的绝对湿度值。因此，在温度降至2.5℃后，不需要加湿过程，箱内的绝对湿度已然达到100%同时伴随着严重的雾化现象。

c．频繁出现上水和泄水的现象

由于温度漂移量较大，设备为了将温度控制住，以较大功率对试验箱内进行制冷，虽然在湿热试验中制冷压缩机的功率较小，但全功率工作仍然容易导致瞬间出现1℃左右的漂移。而同时，浅水盘的水由于温度相对较高，仍然在释放热量，导致温度难以稳定。而设备默认的在湿热试验中，有一个防止结冰的保护温度+2.0℃，当设备内温度低于这个值，设备便排水保护，湿度值降为0；当高于这个值时，系统继续补水加湿。因此，出现了频繁上水和泄水的现象。

因此，为了低温高湿应力，应该避免以上三个现象的出现。为了实现这一功能，在试验过程中对试验程序进行了适当的修改。

3.施过程及结果分析

为了解决第一个问题，即加湿水带来热量的问题。考虑到如果加湿水的温度足够低，那么即便在浅水盘中，也不会带来散热的问题。事先将加湿水换成低温水是一个解决途径，但同时带来的问题是将温度降到多少度，要补充多少加湿水的问题，将这一问题复杂化了。因而，作者考虑到先在常温中就将加湿水注入，在试验箱内进行降温。因此，不同于一般的湿热试验的先降温再加湿，在本次试验中，先在常温下就进行加湿步骤，目的是使常温状态下使浅水盘注水。湿度到达后进行降温，这样保证水温同箱温保持基本一致，从而避免加湿水的放热。

第二个问题是在降温情况下相对湿度升高的问题，由于设备在常温下就已经加湿且设备不具备除湿功能，直接降温必然导致湿度的上升。考虑到空气中相对湿度较低，只要保持一定的通风，通过这种方式就能起到一个降湿的作用，而在100%的相对湿度，只需要稍微降低一点就能达到95%的控制要求，多出的部分浅水盘的加湿可进行补偿。

第三个问题的关键在于保证温度的稳定，解决这一问题的关键在于设定一个较慢的温变速率。温变速率低，设备的稳定性能控制在一个很低的范围内。同时，低温变速率对于控制加湿水的温度以及减少试验箱内外湿度差有着很大的帮助。在正式试验过程中，从控制的角度出发，温变速率越慢，低温高湿的稳定性也越好。

在本次试验中，试验的起始条件设置为+20℃，95%。然后再以0.1℃/min的速率将温度降低至+2.5℃，期间湿度保持不变并保持试验箱外有一定的气流交换。在具体试验中得到的试验曲线见图3所示：

4.论

通过试验实现了低温高湿（2.5℃，95%）的稳定控制，温度的波动和湿度的波动也仅在降到的一个很短的时间内有着微小的波动，说明通过浅水盘加湿是能够突破设备的额定值范围而稳定的实现低温高湿的要求的。进行进一步试验，如果温度继续下降，设备设置了一个保护值2℃，一旦测量到温度低于这个值，设备为防止浅水盘的水结冰，默认将条件改为低温而排水，使得更低的温度下控湿无法实现。虽然控制上无法实现，但从原理上说，进一步降温，湿度仍然是能保持一个较高的值，如果此时将设备的泄水阀人为关断，湿度理论情况下仍然可以保持稳定。

设置浅水盘结冰保护说明了法国克莱梅公司在设备的设计上考虑到了这一极限情况并在功能上设置了保护，虽然它在某种程度上限制了设备的能力，但同时它能有效地避免结冰对设备的损伤，从而保证试验的质量。这对于国内的设备制造厂家是值得借鉴的。

1 蒯正兴 关于湿热试验箱加湿和除湿方法的研究

2 1000VH70/30 用户手册

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，工程师，主要从事环境与可靠性试验技术