恒温恒湿试验箱与高低温试验箱的技术差异与采

 

产品在设计、定型、交付全生命周期内，必须验证其在温湿度耦合作用下的可靠性与寿命。恒温恒湿试验箱（Constant Temperature and Humidity Chamber，简称CTH）与高低温试验箱（High-Low Temperature Chamber，简称HLT）是两类核心气候模拟设备。二者外观近似，却存在系统架构、试验能力、扩展空间及全寿命周期成本的显著差异。依据 GB/T 2423、IEC 60068、MIL-STD-810G 及 ISTA 等标准，对两种设备进行系统性比对，为企业实验室、第三方检测机构、科研院所在设备选型时提供可量化的决策依据。
 

二、系统构成与工作原理

2.1 高低温试验箱

由制冷、加热、风循环、控制、传感、安全六大子系统组成。制冷侧采用单级或复叠式蒸汽压缩循环，加热侧为镍铬合金电热丝，风循环采用离心风机与静压箱设计，控温范围通常−70 ℃～+180 ℃，温度变化率 3 ℃/min～15 ℃/min（空载）。

2.2 恒温恒湿试验箱

在 HLT 基础上增加湿度发生与除湿子系统，包括锅炉蒸汽加湿、浅水盘加湿或超声波加湿，以及机械制冷除湿或干燥剂除湿。湿度控制范围 20 %RH～98 %RH（+10 ℃～+95 ℃），低湿工况（<20 %RH）需转轮除湿或干气注入。因同时存在热湿耦合控制，控制模型引入露点算法及分程 PID，系统复杂度提升约 35 %。
 

三、功能维度对比

维度 高低温试验箱 恒温恒湿试验箱 备注

温度循环 √ √ 二者等效

恒定湿热 × √ 85 ℃/85 %RH 老化

交变湿热 × √ IEC 60068-2-30

低温低湿 × √ 5 ℃/20 %RH

高温高湿 × √ 95 ℃/98 %RH

干燥存储 √ √ CTH 需关闭加湿

凝露测试 × √ 受控露点升降

结论：CTH 功能完全覆盖 HLT，并扩展出湿度维度，可执行 90 % 以上的 IEC、MIL、GB 气候试验条目。
 

四、性能指标差异

4.1 温度偏差

HLT：≤±0.5 ℃（空载）；CTH：≤±0.3 ℃～±1.0 ℃（带湿负载，因潜热交换加剧）。

4.2 湿度偏差

CTH：±2 %RH（高湿段），±5 %RH（低湿段）；HLT 不具备湿度标定能力。

4.3 升降温速率

同压缩机配置下，CTH 因锅炉热惯性，平均降温速率下降 10 %～15 %；若需保持 10 ℃/min 以上，需加大制冷量约 25 %。

4.4 能耗

以 1000 L 工作室为例，−40 ℃ 恒温时 HLT 功耗约 9 kW；CTH 在 −40 ℃/30 %RH 工况下功耗约 11 kW，高湿段再增 1.5 kW。
 

五、应用领域映射

5.1 恒温恒湿试验箱

a) 航空航天：机载雷达、复合材料吸湿膨胀、凝露验证；

b) 电子通信：PCB 耐 CAF（导电阳极丝）试验、光纤连接器老化；

c) 医疗器械：注射笔 40 ℃/75 %RH 六个月加速寿命；

d) 新能源：锂离子电池 85 ℃/85 %RH 48 h 存储，观测鼓胀率；

e) 农业科研：种子发芽 25 ℃/90 %RH 恒定控制。

5.2 高低温试验箱

a) 汽车摩托：发动机传感器 −40 ℃～+120 ℃ 冷热冲击筛选；

b) 船舶舰艇：导航设备低温启动 −30 ℃；

c) 科研院所：金属材料低温脆性转变温度测定。

统计表明，CTH 可覆盖 HLT 全部应用场景，反之则不足 60 %。
 

六、经济性与全寿命周期成本

6.1 初始采购

同品牌 1000 L 规格，HLT 市场均价约 18 万元，CTH 约 20.5 万元，价差 2.5 万元（14 %）。

6.2 潜在追加成本

若先购 HLT，后期因标准升级需补做湿热试验，则：

a) 再购一台 CTH，新增固定资产 20.5 万元；

b) 设备占地、配电、维护双倍；

c) 样件转移的时间成本与实验一致性风险。

6.3 维护费用

CTH 因含锅炉、水位浮球、湿球纱布等易耗件，年维护费比 HLT 高约 3000 元；但相较于二次采购费用，仍可忽略。

结论：在预算允许范围内，一次性购置 CTH 可将未来 5 年综合成本降低 40 % 以上。
 

七、选型决策矩阵

采用加权评分法（总分 100）：

权重 评估项 HLT 得分 CTH 得分

30 % 功能覆盖 60 100

20 % 标准符合性 70 100

15 % 初始投资 85 70

15 % 扩展能力 40 100

10 % 占地/能耗 80 70

10 % 维护便利性 90 75

计算 加权总分 68.5 89.5

当总分差＞15 时，建议直接选择高分方案。故 CTH 为优先选项。
 

八、特殊需求拆分策略

若企业仅从事低温存储试验，且预算极度受限，可先行配置 HLT，但须在采购合同中预留“湿度升级接口”，包括：

a) 预留锅炉蒸汽喷口及 DN25 法兰；

b) 控制器固件保留湿度 PID 模块；

c) 加湿用电负荷预留 3 kW 空开。

未来升级费用可控制在 4 万元以内，避免整机更换。

 

从功能完整性、标准适应性及未来扩展性考量，恒温恒湿试验箱具备显著优势；

若资金缺口≤15 %，建议一次性购置 CTH；

若确因预算或场地限制选择 HLT，应签署“可扩展条款”，降低后期重复投资；

设备选型后，应依据 GB/T 5170.2/5 进行周期校准，并建立故障代码数据库，确保试验数据的可追溯性与复现性。

环境试验设备的正确选型，是产品质量保证体系的第一道闸门。希望本文的量化分析能够帮助企业在“温”与“湿”的交叉维度中，做出科学、经济、面向未来的决策。