北京敬业电工集团吴国忠（北京100034）
摘要：分析比较几种去湿方法，着重介绍以制冷去湿的基本原理。结合JB1773－76和GB2423－4－81试验方法，以SR－110湿热箱为例，具体讨论从湿度信号的采集、比较放大直至制冷去湿的全过程，以及相关的设备、具体实施方法。其基本思路亦可应用于其它需要精确去湿控湿的场所。
关键词：相对湿度蒸汽饱和压力蒸汽分压力含湿量热焓变送器
中图法分类号：TM93文献标识码：A文章编号：0219－2713(2000)10－540－05
1引言
电源产品在型式试验中，经常对环境有特定的要求，特别是温度和湿度。而湿热箱（室）能模拟自然的高温高湿环境，温度湿度可以人为设定。近年来经过不断革新，技术性能不断提高，成为电源产品试验必不可少的环境试验设备。但国产湿热箱在控湿问题上仍存在美中不足，一旦湿热箱（室）内出现了超湿，如何可靠地降湿，还有待进一步解决。湿热箱（室）在工作中，特别是在交变湿热试验的降温段，从40℃高湿降到30℃高湿，由于水蒸汽的饱和压力不同，不管多么精心地进行跟踪调整，都不可避免地会出现超湿饱和与凝露，甚至出现过量凝露，从而影响试验的精度，使试验结论不可靠。因此解决湿热箱（室）运行中的凝露问题就显得尤为重要。
解决超湿问题，通常有三种办法：
（1）漏汽调湿即在主风道系统中开一个通风孔，人为地产生蒸汽泄漏。例如SR110A的改进型就采用了这种方法。这种方法简单，但有缺点：
①调湿不好控制，受自然环境影响大；
②因为随时都在和周围环境进行着热量和湿量的交换，所以能量损耗大；
③在高温高湿季节调节作用将难以奏效。如南方高温季节空气相对湿度可达85％以上，如果试验温度又比较低，漏汽调湿就很困难。
（2）喷水去湿法即向试室中喷入冷水以去湿，这一方法受地区季节影响较大。例如南方炎热的季节要找到冷水也并非易事，制取冷水和掘深井取水又不经济。
（3）制冷去湿法即用制冷机使湿空气产生凝露结霜达到去湿的目的。其基本原理是利用湿空气在低于露点温度时能凝结出水这一原理，犹如冬天带着眼镜进入温暖的室内，镜片上会凝结上一层雾汽一样。把这一现象运用到湿热试验中就叫做去湿。此法不受环境影响，可以自动控制，使试验精确可靠。实现的办法是在主风道中放入一个随我们的意志而变化的冷物体——蒸发器，使水蒸汽凝结成水结成霜来降低试室中的相对湿度，这就是制冷去湿。
本文以SR110湿热箱为例，对湿热箱的制冷去湿进行探讨。
2制冷去湿量的计算
利用制冷去湿，首先要了解湿热箱在各种工作状态下的去湿量（水的重量），即在各种工作状态下超湿时所要凝结出的水的量值。现以执行JB177376试验方法中，交变湿热、恒定湿热以及执行GB2423481最严酷的试验等级试验为例分别计算去湿量。
21湿热箱在交变湿热情况下工作
根据JB177376试验方法，高温高湿段t1=40℃，相对湿度=95％±3％；低温高湿段t2=30℃，相对湿度=95％±3％。
（1）在高温高湿段超湿时的含水量及正常湿度的含水量的计算
①出现超湿时试室含水量G1的计算
设空气压力P=760mm汞柱即P=1.0332kg/cm2，t1=40℃,查表得知此时蒸汽饱和压力PH1=0.0752kg/cm2，而超湿时1>98％，令1=99％（因为允许湿度在92％～98％之间），则：
蒸汽的分压力为
Pn1=1·PH1=0.99×0.075
=0.07448kg/cm2
=48.3g/kg干空气
已知试室空气重量Gk=1.6kg，则
试室的含水量G1=d1Gk=48.3×1.6=77.28g
②高温高湿段正常湿度=95％时含水量G2的计算
已知蒸汽饱和压力PH1=0.0752kg/cm2
则蒸汽分压力Pn2=·PH1=0.95×0.0752
=0.07144kg/cm2
=46.2g/kg干空气
试室的含水量G2=d2Gk=46.2×1.6
=73.9g
综合上述①②可知:
高温高湿段出现超湿时常需要凝结出的水量Gn1为:
Gn1=G1－G2=77.28－73.9=3.38g
(2)在低温高湿段超湿时需要凝结出水量Gn2的计算
①在低温段超湿时试室内含水量G3的计算
低温段t2=30℃，出现超湿时1>98％，令1=99％，查表得知蒸汽饱和压力PH2=0.04352kg/cm2。
则蒸汽分压力Pn3=1PH2=0.99×0.04352
=0.043085kg/cm2
=27.07g/kg干空气
超湿时试室的含水量G3=d3Gk=27.07×1.6
=43.3g
②低温高湿段正常湿度=95％时含水量G4的计算
已知饱和蒸汽压力PH2=0.04352kg/cm2
则蒸汽分压力PH4=·PH2=0.95×0.04352
=0.04134kg/cm2
=25.93g/kg干空气
低温段试室的正常含水量
G4=d4Gk=25.93×1.6=41.48g
综合上述①②可知，低温段超湿时需要凝结出的水量Gn2为
Gn2=G3－G4=43.3－41.48=1.82g
③在交变湿热试验时，温度由高温40℃降到低湿30℃时需要凝结出的水分Gn3为
Gn3=G2－G4=73.9－41.48=32.42g
22湿热箱在恒温恒湿情况下工作
设t3=20℃,相对湿度=95％
（1）超湿情况下试室的含水量G5的计算
超湿时1>98％，令1=99％，查表得20℃时饱和蒸汽压力PH3=0.02383kg/cm2
则蒸汽分压力Pn5=1PH3=0.99×0.02383kg/cm2
=0.023592kg/cm2
=14.53g/kg干空气
超湿时试室的含水量为
G5=d5Gk=14.53×1.6=23.256g
(2)恒温恒湿工作情况下正常含水量G6的计算
已知PH3=0.02383kg/cm2
则蒸汽分压力Pn6=·PH3=0.99×0.02383
=0.02264kg/cm2
=13.9g/kg干空气试室含水量G6=d6Gk=13.9×1.6=22.29g
超湿时需要凝结出的水分Gn4为
Gn4=G5－G6=23.256－22.29=0.966g
23几种工作状态下需凝结出水分的比较
几种工作状态下需凝结出水分的比较见表1。
表1几种工作状态下需凝结出水分的比较
| 工作状态 | 恒温恒湿 | 低温高湿 | 高温高湿 | 降温段 |
|---|---|---|---|---|
| 凝结水（g） | 0.966 | 1.82 | 3.38 | 32.42 |
可见在湿热试验中以交变湿热降温段所凝结出的水分最多，Gn3=32.42g。
24GB2423481试验方法中降温段凝结水Gn5的计算
GB2423481中高温段t1=55℃，低温段t2=25℃，相对湿度=95％，仍依前述计算方法进行下述计算。
（1）高温段的含水量G7计算
t=55℃，=95％，查表得知饱和蒸汽压力PH4=0.016444kg/cm2，则
蒸汽分压力Pn7=·PH4=0.95×0.016444
=0.156218kg/cm2
=110.7977g/kg干空气
试室含水量G7=d7Gk=110.7977×1.6=177.276g
(2)低温段的含水量G8的计算
t=25℃，=95％，查表得知饱和蒸汽压力PH5=0.031265kg/cm2，则
蒸汽分压力Pn8=·PH5=0.95×0.031265
=0.0295982kg/cm2
=18.14g/kg干空气
试室含水量G8=d8Gk=18.14×1.6=29.45g
降温段的凝结水Gn5为
Gn5=G7－G8=177.276－29.456=147.82g
比较GB2423481的凝结水Gn5与JB177376的降温段凝水Gn3，显然Gn5Gn3。所以满足了GB2423481的要求即可满足JB177376的试验要求。
3制冷量计算
现在以GB2423481降温段的凝结水量Gn5=147.82g为基础来计算制冷量。为了计算简便并留有余量，以55℃时凝结出147.82g水为基础进行计算。
查表得知55℃时饱和蒸汽的热焓i55″为，55℃时饱和水的热焓i55′为。
Gn5=147.82g蒸汽凝结成水需释放出的热量
55℃的饱和水降低到0℃（0℃水的热焓）需要释放出的热量
=54.945×0.14782=8.12kcal
0℃的水凝固成0℃的冰霜(冰的热焓)需要释放出的热量
Gn5=0.14782kg蒸汽凝成水结成冰所释放出的总热量ΣQ=Q1＋Q2＋Q3
=83.69＋8.12＋11.82=103.63kcal
全部降温时间为3～6小时，取t=3小时
每小时的制冷量为
若取效率系数η=0.85，则制冷机的制冷量为
所以选取制冷量>45kcal/h的制冷设备即可满足要求。
选用雪花单门电冰箱制冷机，其制冷量为70kcal/h。
4蒸发器面积计算
令表面积为F，则（m2）
式中：K为蒸发器的导热系数
K=10kcal/(m2·h·K)
Δtm为蒸发器传热的对数平均温差
式中t1——试室初始温度t1=55℃
t2——试室低温t2=25℃
t0——蒸发器温度t0=0℃
则
=38.049℃
图1铜管蒸发器（单位：mm）
图2湿度控制电路框图
图3变送器原理图
则
若取直径d=12.0mm铜管作蒸发器
则铜管长度=2.44m
若将铜管盘成内径为12.5cm的压力弹簧状，见图1，则需匝数
将蒸发器置于主风道中，使蒸发器和主风道轴向一致，主风道需做稍许加工。
5湿度控制电路设计
本去湿系统采用2只热敏铂电阻，将湿度变化信号变成1mV左右的电信号，经放大器放大，再经相敏检波放大后分别送到加湿和去湿执行元件完成湿度控制，方框图见图2。
51变送器部分
变送器原理见图3，变送器由两支铂电阻R干、R湿、电阻R1、R2及电位器RP组成桥路，R1=R2=1kΩ，RP为锰铜丝绕电阻作为设定调整电阻。R干为BA1，其R0=100Ω作为干球。R湿为BA2外包纱布作为湿球。利用R干、R湿的温差效应产生阻值变化，在输入交流7V的作用下产生ΔU的电压输出。RP=10Ω，r1＋r2=RP。
（1）r1、r2的设定以JB177381试验方法为例，要求相对湿度=95％±3％，当=95％时
r1＋R干=r2＋R湿，桥路无输出，ΔU=0，再令温度t=40℃，计算r1、r2
因为BA2的阻值随温度的变化可以认为是线性的，所以计算出的r1、r2值在整个试验温度变化范围内都是通用的。
当t=40℃，=95％时，查表可知干湿球的温差Δt=t干－t湿=40－39.2=0.8℃
铂电阻BA2随温度变化的比率为ε，铂电阻温度特性见图4，由图4可得R40℃=115.78Ω，R30℃=111.85Ω
则
=0.393Ω/℃
因为UDC=ΔU=0
所以r1＋R干=r2＋R湿
r2－r1=R干－R湿=ε·Δt
r2－(RP－r2)=ε·Δt
2r2=RP＋ε·Δt=10＋0.393×0.8=10.3144
r2=5.1572Ω
r1=RP－r2=10－5.1572=4.8428Ω
(2)当试室低湿（<92％ ） 和 超 湿 （ >98％）时ΔU的计算
①当=92％时
查表得干湿球温差Δt=1.3℃
R湿支路电阻
RS1=r2＋R湿=r2＋(R40－εΔt)
图4铂电阻温度特性
=5.1572＋(115.78－0.393×1.3)
=120.4263Ω
R干支路电阻Rg=r1＋R干
=4.8428＋115.78=120.6228Ω
ΔU=UDC=UD－UC
=0.753473－0.7523775=1.1mV
②当=98％时
干湿球温差Δt2=0.3
R湿支路电阻
RS2=r2＋R湿=r2＋(R0－ε·Δt2)
=5.1572＋(115.78－0.393×0.3)=120.8193Ω
R干支路电阻不变Rg=120.6228Ω
UD也不变，UD=0.753473V
ΔU=UDC=UD－UC
=0.753473－0.7545685=－1.1mV
即是说，当相对湿度≤92％时，变送器输出ΔU=1.1mV，当相对湿度≥98％时，出现超湿，变送器输出ΔU=－1.1mU。
52放大器的选用
如上述，当试室出现低湿和超湿时，变送器输出±1.1mV电压信号。对此信号经过适当放大，最后经相敏功率放大，将放大后的ΔU信号区分开，并送到执行元件。当输入＋1.1mV信号时加湿阀打开对试室加湿；当输入为－1.1mV信号时，开启制冷机对试室进行去湿。
6结语
从以上分析可知，改变r1、r2的阻值，即可控制（设定）试室的相对湿度；提高放大器的放大倍数，即可进一步提高控湿精度。
综上所述，采用本方案控湿，可以很方便地提高湿热箱（室）的湿度，而且不会出现超湿问题。由于可靠的控湿，试验结论是可靠的，由此大大提高了湿热箱（室）的性能。同时本方案投资少，见效快，改装简便易行。本方案不仅适用于SR－100湿热箱，其基本思路和采样控制方法对其它大中型湿热箱（室）同样适用。
作者简介
吴国忠男1940年生，高级工程师，长期从事低压电器及电力电子设备的测试及检验工作。现任北京敬业电工集团产品检验部主任，中国电源学会交流稳定电源专业委员会委员。
收稿日期：2000.6.30
定稿日期：2000.7.18