高低温湿热试验箱湿度失效机理与系统排查方法

 

 

在 GB/T 2423.3、IEC 60068-2-78、JEDEC JESD22-A101 等标准中，湿度指标直接决定试验的有效性。现场统计表明，约 37 % 的“试验中断”投诉源于“湿度无法降至目标值”或“长时间保持 95 %RH 以上”。该故障表面上表现为 HMI 界面数字停滞，实质是制冷、除湿、供水、传感、控制五大子系统耦合失衡的结果。以“湿度降不下来”为切入点，依据压焓图、湿空气焓湿图及 PID 控制理论，给出可重复、可量化的诊断流程，供实验室编制《故障处置作业指导书》时引用。
 

二、湿热试验箱除湿原理简述

露点法除湿：蒸发器表面温度低于空气露点，水分析出并排出箱外。

干燥法除湿：部分机型配置分子筛或硅胶转轮，适用于 5 %RH 以下超低湿。

换气法除湿：引入低湿空气，通过比例排气阀排出高湿空气，用于快速降湿。

本文所述“湿度降不下来”多指露点法失效，即蒸发器未能提供足够冷量，使含湿量无法下降。
 

三、故障树分析（FTA）

顶事件：湿度 > 设定值 5 %RH 且持续 30 min 以上。

一级分支：

A. 制冷量不足 → 蒸发器温度高于露点；

B. 湿负荷过大 → 样品产湿、箱门泄漏、供水阀长开；

C. 传感器虚高 → 湿球纱布错位、水质污染、Pt100 漂移；

D. 控制失调 → PID 输出饱和、固态继电器粘连、PLC 模拟量模块零漂。

对一级分支继续展开，可得到 22 个底事件，现场逐条排查即可在 30 min 内定位 90 % 以上故障源。
 

四、系统性排查流程（附量化判据）

预检查

1.1 确认设定值：交变湿热降温段应先设温度 25 ℃、湿度 50 %RH，避免“双85”直接跳转导致逻辑冲突。

1.2 确认箱门磁条：用 0.02 mm 塞尺检查，插入深度 ≤ 30 mm 为合格。

1.3 确认排水水封：U 型弯液柱高度 ≥ 50 mm，防止箱外湿气倒灌。
 

制冷子系统

2.1 高、低压表读数

‑  R404A 系统：蒸发压力 0.18–0.25 MPa（对应蒸发温度 ‑12 ℃～‑8 ℃）；

‑  冷凝压力 1.2–1.6 MPa；

若蒸发压力 > 0.30 MPa，基本可判定制冷剂不足或压缩机容积效率下降。

2.2 蒸发器翅片温差：用红外热像仪扫描，出口段与入口段温差应 ≥ 6 ℃；否则存在分液不均或冰堵。

2.3 回气过热度：6–8 ℃ 为最佳；<3 ℃ 可能液击，>12 ℃ 制冷量衰减。

2.4 电子膨胀阀步数：正常 150–250 步，若 PID 输出已至 480 步仍无法降温，需考虑冷媒泄漏或阀体卡滞。
 

除湿负荷计算

3.1 箱内体积 1 m³，25 ℃、95 %RH 时绝对含湿量约 19 g/kg；目标 50 %RH 时含湿量 10 g/kg；需移除 Δd = 9 g/kg。

3.2 箱内循环风量 600 m³/h，空气密度 1.2 kg/m³，则质量流量 720 kg/h；理论需凝结水量 720 × 0.009 ≈ 6.5 kg/h。

3.3 若现场秤重排水 < 2 kg/h，即可定量证明除湿量不足，而非传感器虚高。
 

供水与湿球纱布

4.1 水质要求：电导率 5–20 μS/cm，硬度 < 0.02 mmol/L；高硬度水会在纱布上形成 CaCO₃ 膜，降低水分蒸发，导致湿球温度升高，相对湿度显示值偏高。

4.2 纱布规格：纯棉、脱脂、纱支 21 S，单层厚度 0.1 mm；禁止用医用纱布替代（含荧光增白剂）。

4.3 安装方式：湿球 Pt100 距水槽水面 20–30 mm，纱布自然下垂，浸入长度 20 mm，禁止贴壁。

4.4 更换周期：普通试验 30 天；盐雾/二氧化硫综合试验 7 天；一旦发现发黄、发硬、边缘脱线立即更换。

4.5 水槽水位：距上沿 15 mm，过低则纱布吸水面中断，湿球温度急升，HMI 显示“99 %RH”锁定。
 

传感器校准

5.1 两点校准：25 ℃下，以精密露点仪（精度 ±0.2 ℃露点）为基准，选择 15 %RH、75 %RH 两点。

5.2 允许误差：±2 %RH（I 级）；若偏差 > 3 %RH 且调整 Z 值无法消除，应更换传感器。

5.3 温度系数：湿敏电容温度系数 ‑0.05 %RH/℃，当箱温 85 ℃时，附加误差可达 ‑3 %RH，必须在 PLC 内部启用温度补偿曲线。
 

控制参数整定

6.1 除湿 PID：建议 P=6，I=120 s，D=30 s；加湿 PID：P=3，I=180 s，D=0 s；两者采用“加热/加湿互锁、制冷/除湿并行”模式，防止积分饱和。

6.2 输出限幅：加湿 SSR 占空比 ≤ 40 %；当实测湿度 > 设定值 2 %RH 时，强制关闭加湿，仅保留制冷与粗抽湿。
 

软件逻辑陷阱

7.1 部分品牌程序在“斜率段”默认关闭除湿阀，若用户直接设定 20 %RH，程序认为“仍在升温段”而拒绝开启除湿，导致数字长期停滞。

7.2 解决：将斜率时间设为 0，或跳转至“恒温恒湿”模式，强制开启除湿阀。
 

五、典型案例复盘

案例 1：某汽车零部件厂，双 85 试验后需 25 ℃/50 %RH 存储，但 4 h 后湿度仍 92 %RH。

排查：蒸发压力 0.32 MPa（偏高），排水秤重 0.8 kg/h（远低于理论 6 kg/h），判定制冷剂泄漏 25 %。

处理：补焊干燥过滤器接头，补充 R404A 2.1 kg，30 min 后湿度降至 48 %RH，故障排除。

案例 2：半导体公司 85 ℃/85 %RH 后转 25 ℃/30 %RH，湿度卡在 80 %RH。

排查：制冷正常，湿球纱布洁白，但水槽水位见底；自动供水浮球被水垢卡死。

处理：更换浮球阀，改用纯水机供水，故障消除。

案例 3：军工研究所低温‑40 ℃/30 %RH 试验，湿度显示 95 %RH 不动。

排查：湿球 Pt100 线缆被老鼠咬断，PLC 采集值‑99 ℃，程序判定“湿球结冰”进入保护，强制显示 99 %RH。

处理：更换屏蔽电缆，重做两点校准，设备恢复正常。
 

六、预防性维护策略

每月：检查纱布、清洗蒸发器接水盘、秤重法记录除湿量。

每季度：校准湿度传感器、检查电子膨胀阀步数分布、用内窥镜检查压缩机阀片。

每半年：回收制冷剂 10 % 重量，更换干燥过滤器芯，检漏仪复查泄漏率 < 1 × 10⁻⁹ Pa·m³/s。

每年：整机计量校准（JJF 1101），出具 CNAS 证书；对控制程序进行版本升级，修补已知逻辑漏洞。

 

湿度降不下来并非单一元件失效，而是“冷量—负荷—传感—控制”链条失衡的表象。只要按照“先定量、后定性”的原则，用压力表、温度计、秤重、露点仪等工具获取真实物理量，再与理论值对比，就能在 30 min 内精准锁定故障源。将上述排查流程写入实验室《质量记录表》，既能缩短停机时间，又能避免盲目更换配件带来的二次损失，从而保证高低温湿热试验箱长期运行在“可控、稳态、可追溯”的安全区间。