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本文作者

SH010型恒定湿热试验箱仪表参数的取值方法

乔文俊

20067

作者部门:技术开发部

作者职务:高级工程师 技术顾问

   
 
  本文试图找出使SH010型恒定湿热试验箱迅速进入恒定状态的操作方法,以便用户充分利用产品的试验能力。
1、 引言
  SH010型恒定湿热试验箱(以下简称湿热试验箱)具有造型合理,体积小巧,温度可调范围(10~85℃)和相对湿度范围(60~98%)均为一般湿热试验的常用范围,是许多科技人员独立开展试验研究的理想设备。
  但也有用户反映,不知什么原因,以前开机使用正常,换一个设定值就不正常了。每次自整定方法获得的参数相差很大,不知道哪个参数是正确的。本文就作者的经验和分析谈谈自己的看法。
2、 产品结构和工作原理
  湿热试验箱的造型和湿空气循环路径见图1、图2所示。室内空气被风机推向加热器获得适量的热量,经过蒸发器而被去湿,经加湿器而获得适量的湿度。通过控温仪表对加热器和加湿器的控制,使工作室保持所需要的温度和湿度。其中由于温湿度恒定需要,空气加热系统和湿度加湿系统的输出功率处于动态平衡状态。
3、3个热源的关系
  恒定湿热试验箱有3个热源,即湿空气加热器,制冷器,湿度加湿器。做(不包括50℃以上)低湿试验时制冷器处于恒定工作状态,其余2个热源均处于动态平衡状态。做高湿试验时制冷器处于停止状态,其余2个热源处于动态平衡状态。通过试验可以发现,做低湿试验时,湿空气加热功率大于高湿试验的湿空气加热功率。原因是需要抵消蒸发器去湿后多余的冷量。做高湿试验时,加湿功率大于低湿试验时的加湿功率。原因是高湿时湿空气的高焓值成为维持工作室温度的主要来源。这与湿空气在不同温度时的汽化潜热的变化规律是一致的。
  以下为干球50℃和20℃状态下分别做高湿和低湿试验时输出功率的大致情况:

序号

状态

输出功率w

备注

(干球)空气加热

(湿球)水盘加热

1

高湿(98%rh)

50℃

160

400

输出功率通过仪表自动限幅得出。

2

20℃

128

264

3

低湿(60%rh)

50℃

280

80

4

20℃

368

56

4、温度信号的传递路径和周期时间
  有必要分别对干湿球温度信号的传递路径进行分析(以一个循环为例)。
  干球控制仪表感受温度信号的传递路径:
  ①干球控制仪表发出加热信号→②电加热器加热→③湿空气被升温→④传感器感受超温信号→⑤干球控制仪表发出停止加热信号→⑥电加热器停止加热→⑦湿空气降温→⑧传感器感受温度信号→①
  湿球控制仪表感受温度信号的传递路径:
  湿球控制仪表发出加热信号→②电加热管加热→③水升温→④水蒸气增加→⑤气象沙带温度降低→⑥传感器感受温度信号→⑦湿球控制仪表发出停止加热信号→⑧电加热管停止加热→⑨水降温→⑩水蒸气减少→⑾气象沙带温度提高⑿传感器感受温度信号→①
  由以上分析可以发现:湿球控制仪表感受温度信号的环节(12个)多,周期时间显然比干球控制仪表的(8个环节)要长,这还没有计入(加湿)电加热管比(空气加热)电加热丝导热速度慢、湿球沙带湿度平衡需要时间以及水的降温速率低的固有特征。
  由于空气加热和加湿同时进行时,热量信号传递周期时间不相同,导致两个仪表获得的是互相干扰的信号。因而开机时两个仪表同时用自整定的方法获得的数据将是彻底错误的,而且多次重复自整定获得的数据一致性极差。人工摸索最佳参数是不明智的举措。
5、关于智能仪表pid参数。
  众所周知,智能仪表具有强大的预测和调控能力,pid值是体现这种能力的三个重要参数。这三个参数互相密切关联,孤立调整一个个参数而达到最佳状态需要丰富的经验。一般讲,系统响应速度快的pid值偏小,系统响应速度慢的pid值偏大。相同工况和结构状态下,湿球仪表的pid值都比干球仪表的大。实验结果也验证了上述有关信号传递路径的分析是正确的。
6、  pid参数取得方法的探讨 
  从充分发挥智能仪表的调节功能和用户可操作性角度考虑,应该充分利用智能仪表自动寻找最佳参数和自动调整的功能以获得最佳参数。这样也有利于正确评价仪表的控制性能。
  寻找消除两个仪表获得互相干扰信号的方法,成为关键。                        
  自整定的时机对获得较为正确的pid值有很大关系。去湿状态下只有蒸发器处于恒定的工作状态,其余2个热源均处于变化状态,由于低湿试验时湿空气加热的功率起主导作用,加湿能量的间隙补偿会对干球温度控制仪表自整定产生干扰。为此先令湿球温度控制仪表处于无功率输出状态,然后令干球温度控制仪表进行自整定。待干球温度控制仪表自整定结束,系统稳定后再进行湿球温度控制仪表的自整定。由于自整定时最大限度减少了两个控温仪表之间的相互干扰,这种方法获得pid值既比较容易和接近实用,又有很强的重复一致性。同时还发现,试验中途短时间开关箱门后,工作室的温湿度值恢复速度很快。
  做高湿试验时湿度加热功率将起主导作用。一般情况下用以上方法获得的干湿球控制仪表参数仍能得到有效的干湿球温度控制效果。如效果不理想,可以在做高湿试验时,参照上述方法对干球控温仪表再作一次自整定。由于湿空气有自动向饱和湿度线平衡的趋势,因而当工作温度高于环境温度条件下做过饱和的高湿试验时,制冷机可以关闭。但工作温度低于环境温度时制冷机仍需投入运行。这还需要借助于产品的饱和湿度线图进行判断。没有湿度线图时根据实际情况决定。
  湿球控制仪表自整定时,由于湿度过冲后下降速度慢,如果仪表的控制回差(死区)设置值大的话,自整定时间相当长。可以适当调小控制回差(调整到约为0.2~0.3)以缩小湿球控制仪表的自整定时间。注意,控制回差过小,反而可能会整定出彻底错误的参数。
7、加湿系统的开启时机
  如果干湿球控制仪表已经通过上述方法获得了正确的控制参数,以后开机时建议加湿系统仍应后开。上文已经分析到,湿球控制仪表感受温度信号的周期时间显然比干球控制仪表的要长。以做50℃、rh60%(湿球应设为41.8℃)为例,工作室湿球温度自环境温度20℃上升到41.8℃约需要10分钟的话。在前8分钟左右湿球仪表是以输出功率100%的指令命令加热管加热的。一个只有0.3升水的浅水盘用800W的功率加热8分钟,工作室中的蒸汽量早就超过了rh60%所需要的蒸汽量。这种情况下系统需要半小时以上甚至更长的时间才能进入稳定状态。
  为了解决这个问题,应该先令加湿系统处于停止加湿状态,待干球控制仪表进入稳定状态后,再令加湿系统进入加湿控制。道理还是充分利用空气有自动趋向饱和湿度的原理。这样可以避免因湿度过冲太大而导致系统进入稳定状态时间太长的弊病。
  SH010采用的是浅盘加湿,在工作温度20~50℃,采用宇电AI-519人工智能工业调节器所做的试验已经基本实现了对湿度60~98%范围内的有效控制。采用其它智能仪表的效果应该类同。
  蒸发器结霜会导致湿度失控。在环境温度过低时做低温低湿试验蒸发器有可能结霜。因此控制环境温度是有必要的。

 


 

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上次修改时间: 2002-12-16 12:18