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試驗(yàn)箱的基本原理和故障分析

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-08-06  來源:儀器設(shè)備行業(yè)網(wǎng)
核心提示:1. 引言  試驗(yàn)箱是指能同時施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品研制的需要,近幾年來,我國從國外引進(jìn)了大批試驗(yàn)系統(tǒng)
 1. 引言

  試驗(yàn)箱是指能同時施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品研制的需要,近幾年來,我國從國外引進(jìn)了大批試驗(yàn)系統(tǒng),為我國工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用。但由于其本身的復(fù)雜性,使得試驗(yàn)箱在運(yùn)行中出現(xiàn)了許多問題,而且出現(xiàn)了問題不能及時解決,大大延長了試驗(yàn)周期,影響了產(chǎn)品的研制工作。而產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是對綜合試驗(yàn)箱的工作原理不了解。為此,我們對試驗(yàn)箱的基本工作原理作了一些簡要闡述,并介紹如何對綜合試驗(yàn)箱試驗(yàn)設(shè)備的故障進(jìn)行分析和判斷。
2.試驗(yàn)箱的原理:綜合試驗(yàn)箱由制冷系統(tǒng),加熱系統(tǒng),控制系統(tǒng),濕度系統(tǒng),空氣循環(huán)系統(tǒng),和傳感器系統(tǒng)等組成, 上述系統(tǒng)分屬電氣和機(jī)械制冷兩大方面。下面初步敘述幾個主要系統(tǒng)的工作原理和工作過程:

2.1 制冷系統(tǒng):制冷系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分之一。一般來說,試驗(yàn)箱的制冷方式都是機(jī)械制冷以及輔助液氮制冷,機(jī)械制冷采用蒸氣壓縮式制冷,該制冷方式是人工制冷中應(yīng)用廣泛而又經(jīng)濟(jì)的制冷方式之一。蒸氣壓縮式制冷型式有:單級制冷、多級制冷和復(fù)疊式制冷,它們主要由壓縮機(jī),冷凝器,節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成。由于我們試驗(yàn)的溫度低溫要達(dá)到-55℃,單級制冷難以滿足要求,因此綜合試驗(yàn)箱的制冷方式一般采用復(fù)疊式制冷。下面以意大利ACS公司生產(chǎn)的綜合試驗(yàn)箱的制冷系統(tǒng)為例作一簡要介紹,圖2為該制冷系統(tǒng)簡化圖。它由兩部分組成,分別稱為高溫部分和低溫部分,每一部分都是一個相對獨(dú)立的制冷系統(tǒng)。高溫部分中制冷劑(HP80)的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑(R23)的熱量而汽化;低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對象(試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣)吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來的,它既是高溫部分的蒸發(fā)器,也是低溫部分的冷凝器。ACS試驗(yàn)箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑HP80,低溫部分制冷劑采用低溫制冷劑R23,箱內(nèi)溫度能達(dá)到-70℃

2.2 加熱系統(tǒng):試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)相對制冷系統(tǒng)而言,是比較簡單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于試驗(yàn)箱要求的升溫速率較大,因此試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大,而且在試驗(yàn)箱的底板也設(shè)有加熱器。
2.3 控制系統(tǒng):控制部分是綜合試驗(yàn)箱的核心,它決定了試驗(yàn)箱的升降溫速率,精度等重要指標(biāo),F(xiàn)有試驗(yàn)箱的控制器大都采用PID控制,也有少部分采用PID與模糊控制相結(jié)合的控制方式。由于控制系統(tǒng)基本上屬于軟件的范疇,而且此部分在使用過程中,一般不會出現(xiàn)問題,因此,本文不對控制系統(tǒng)作太多的介紹。
2.4 濕度系統(tǒng):濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個子系統(tǒng)。
試驗(yàn)箱的加濕方式一般采用蒸氣加濕法,即將低壓蒸氣直接注入試驗(yàn)空間加濕。這種加濕方法加濕能力強(qiáng),速度快,加濕控制靈敏,尤其在降溫時容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制加濕。
試驗(yàn)箱的除濕方式有兩種:機(jī)械制冷除濕和干燥器除濕。機(jī)械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下,使大于飽和含濕量的水氣凝結(jié)析出,這樣就降低了濕度。干燥器除濕是利用氣泵將試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣抽出,并將干燥的空氣注入,同時將濕空氣送入可循環(huán)利用的干燥器進(jìn)行干燥,干燥完后又送入試驗(yàn)箱內(nèi),如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行除濕,F(xiàn)在大部分綜合試驗(yàn)箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法,可以使露點(diǎn)溫度達(dá)到0℃以下,適用于有特殊要求的場合,但費(fèi)用較貴。
2.5 傳感器系統(tǒng):試驗(yàn)箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應(yīng)用較多的是鉑電阻和熱電偶。濕度的測量方法有兩種:干濕球溫度計法和固態(tài)電子式傳感器直接測量法。由于干濕球法測量精度不高,現(xiàn)在的試驗(yàn)箱正逐步地以固態(tài)傳感器代替干濕球來進(jìn)行濕度的測量。
2.6 空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般由離心式風(fēng)扇和驅(qū)動其運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)構(gòu)成。它提供了試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的循環(huán)。
3. 故障的分析判斷
由于試驗(yàn)箱是一個既有電氣又有制冷機(jī)械等多個系統(tǒng)組成的設(shè)備,因此,一旦設(shè)備出現(xiàn)問題,一定要全面地對整個設(shè)備進(jìn)行檢查和綜合分析。一般來說,分析判斷的過程可以先"外"后"里"。即首先排除外部因素,如冷卻水、供電等,在完全排除外部因素后,根據(jù)故障現(xiàn)象,對設(shè)備進(jìn)行先系統(tǒng)分解后系統(tǒng)綜合的分析判斷,可以采用倒推的方法查找故障原因:首先按照電氣接線圖查找是否電氣系統(tǒng)的問題,最后查找是否制冷系統(tǒng)的問題。表1提供了一些常見故障的分析表

表1 故障分析表

故障現(xiàn)象

故障原因分析

排除故障方法

設(shè)備不降溫
或降溫緩慢

  1. 制冷系統(tǒng)制冷劑量不足(漏氟)。
  2. 制冷系統(tǒng)管路發(fā)生臟堵或冰堵。
  3. 向蒸發(fā)器供液的電磁閥損壞。
  4. 膨脹閥的流量過大或過小或損壞。
  1. 查漏,并充氟。
  2. 更換被堵器件或干燥劑。
  3. 更換電磁閥。
  4. 調(diào)整或更換膨脹閥。

設(shè)備升溫緩慢

  1. 加熱器的熱保險被燒斷。
  2. 控制加熱器工作的接觸器損壞。
  1. 更換熱保險。
  2. 更換接觸器。

系統(tǒng)不工作

  1. 離心式風(fēng)扇未運(yùn)轉(zhuǎn)。
  1. 風(fēng)扇保險燒壞,更換保險;風(fēng)扇熱保護(hù),復(fù)位保護(hù)開關(guān)。

壓縮機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)

  1. 壓縮機(jī)的保險燒壞。
  2. 電源電壓不夠。
  3. 控制壓縮機(jī)啟動的接觸器損壞。
  1. 更換保險。
  2. 提高供電電壓。
  3. 更換接觸器。

排氣壓力過高

  1. 制冷系統(tǒng)中有空氣。
  2. 冷卻水量不足或溫度過高。
  3. 冷凝器水管積垢過厚。
  1. 放空氣。
  2. 增加供水量。
  3. 清洗冷凝器。

吸氣壓力過低

  1. 制冷系統(tǒng)制冷劑量不足。
  2. 膨脹閥冰堵或損壞。
  3. 過濾器堵塞。
  1. 查漏,并充氟。
  2. 對管路進(jìn)行干燥或更換膨脹閥。
  3. 更換過濾器。

系統(tǒng)不能加濕

   1.加濕鍋爐的保險燒壞。
   2.控制加濕鍋爐工作的接觸器損壞。
   3.加濕鍋爐由于缺水而保護(hù)。

   1.更換保險。
   2.更換接觸器。
   3.更換浮子開關(guān)或供水。

系統(tǒng)不能除濕

  1. 用于除濕的壓縮機(jī)未啟動。
  2. 除濕電磁閥不工作。

1.參照壓縮機(jī)不工作的排故方法對照解決。
   2.更換電磁閥。

 

4.典型故障分析--------
一試驗(yàn)箱在-55℃低溫保持階段出現(xiàn)了溫度保持不住的現(xiàn)象,其溫度曲線大致如圖3。

圖2 溫度運(yùn)行曲線示意圖
對該故障現(xiàn)象進(jìn)行分析:
1)試驗(yàn)箱能夠制冷,說明外部因素-冷卻水的問題可以排除。

2) 由于是溫度保持不住,觀察制冷壓縮機(jī)在試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中是否能夠正常啟動,壓縮機(jī)在試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中都能夠啟動,說明從主電源到各壓縮機(jī)的電氣線路正常,電氣系統(tǒng)方面也沒有問題。

  3) 電氣系統(tǒng)沒有問題,繼續(xù)檢查制冷系統(tǒng)。首先檢查兩組制冷機(jī)組的排氣和吸氣壓力,發(fā)現(xiàn)主機(jī)組的低溫(R23)級壓縮機(jī)的排氣和吸氣壓力都較正常值偏低,而且吸氣壓力呈抽真空狀態(tài),說明主制冷機(jī)組的制冷劑量不足。用手摸主機(jī)組R23壓縮機(jī)的排氣和吸氣管路,發(fā)現(xiàn)排氣管路的溫度不高,吸氣管路的溫度也不低(未結(jié)霜),這也說明了主機(jī)組的R23制冷劑缺乏,系統(tǒng)漏氟。

  4) 為確定故障原因,結(jié)合試驗(yàn)箱的控制過程進(jìn)一步確認(rèn)故障原因,該試驗(yàn)箱擁有兩套制冷機(jī)組,一為主機(jī)組,另一為輔助機(jī)組。在降溫速率較大時,兩組機(jī)組同時工作,在溫度保持階段初期,兩組機(jī)組依然同時工作。待溫度初步穩(wěn)定下來,輔助機(jī)組停止工作,由主機(jī)組來維持溫度的穩(wěn)定。如果主機(jī)組的R23泄漏,會使主機(jī)組制冷效果不大,由于降溫過程中,兩組機(jī)組同時工作,故沒有溫度穩(wěn)定不住的現(xiàn)象,而只是降溫速率降低。在溫度保持階段,一旦輔助機(jī)組停止工作,主機(jī)組又無制冷作用,試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣就會緩慢上升,當(dāng)溫度上升到一定程度,控制系統(tǒng)就會啟動輔助機(jī)組來降溫,將溫度下降至設(shè)定值(-55℃)附近,然后輔助機(jī)組又停止工作,如此反復(fù),便會出現(xiàn)如圖3所示的故障現(xiàn)象。至此,已確認(rèn)為產(chǎn)生故障的原因是主機(jī)組的低溫(R23)級機(jī)組的制冷劑R23泄漏。

  5) 對制冷系統(tǒng)進(jìn)行查漏,用檢漏儀和肥皂水相結(jié)合的方法檢查,發(fā)現(xiàn)是一熱氣旁通電磁閥的閥桿開裂了一約1cm的細(xì)縫。更換此電磁閥后,對系統(tǒng)重新充氟,系統(tǒng)運(yùn)行正常。由上文可以看出,對該故障現(xiàn)象的分析和判斷基本上是由易至難,先"外"后"里",先"電氣"后"制冷"的脈絡(luò)進(jìn)行分析和判斷的,熟悉和了解試驗(yàn)箱的原理和工作過程是分析故障和判斷故障的基礎(chǔ)。

5.結(jié)束語
綜上所述,只有深入了解試驗(yàn)箱的工作原理和工作過程,才能迅速地解決試驗(yàn)箱在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題。希望本文能夠?qū)氖颅h(huán)境設(shè)備管理運(yùn)行維護(hù)人員有所裨益,共同推動我國環(huán)境工程的發(fā)展。   

編輯:songjiajie2010

 
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