高低温试验箱虽呈“箱”状，实则为一耦合热力学、流体力学及自动控制的精密系统。其性能边界取决于六大子系统的协同精度与可靠性：控制、制冷、加热、湿度、传感、空气循环；另设独立安全保护模块，用于失效自隔离与风险降级。
二、子系统构成与作用
控制系统
• 角色：中央决策单元，相当于系统级“大脑”。
• 硬件：32 位双核 MCU + 冗余 PLC，主频 200 MHz；看门狗与 ECC 内存保证 SIL 2 级完整性。
• 功能：解析设定曲线，输出 PID 校正量；支持 RS-485、EtherCAT，实现远程 OTA 升级。
制冷系统
• 主回路：级联逆卡诺循环，R-449A 环保冷媒，变频涡旋压缩机，可在 -75 ℃ 提供 6 kW 冷量。
• 辅回路：液氮喷射模块，用于 >20 ℃/min 极快温降；电磁阀与质量流量阀联动，将液氮消耗量降低 18 %。
• 节能：电子膨胀阀过热度控制，部分负载 COP 提升 30 %。
加热系统
• 元件：镍铬合金翅片式加热管，表面负荷 ≤ 2.5 W cm⁻²，寿命 10 000 h。
• 驱动：SSR 过零触发，PWM 分辨率 1 Hz，抑制电网谐波 THD < 3 %。
湿度系统
• 加湿：不锈钢护套电蒸汽锅炉，PID 微调功率，水位电极防干烧。
• 除湿：① 机械除湿——蒸发器低于露点 3 ℃；② 干燥除湿——分子筛转轮，最低 1 %RH。
传感器系统
• 温度：四线制 Pt100 1/3 DIN，系统不确定度 ±0.08 ℃。
• 湿度：高精度冷镜露点仪 + 湿敏电容冗余，年漂移 < 0.2 %RH。
• 校准：内置 1 点温度、2 点湿度自动校准程序，符合 ISO/IEC 17025。
空气循环系统
• 风机：后倾离心式，EC 直流无刷，风量 2 000 m³ h⁻¹，变频调速；风道 CFD 优化，均匀度 ≤ 0.5 ℃。
• 送风：孔板+导流格栅，形成层流，减少试件表面换热系数差异。
安全保护系统
• 温度：三级硬件独立保护——电子限温、机械温控、熔断。
• 压力：高压与真空双向泄压阀，动作精度 ±20 kPa。
• 电气：30 mA 漏电保护、电弧检测、相序与缺相监控；所有故障接入自诊断总线，MTTR < 30 min。
三、协同工作流程
设定值 → 控制器运算 → 制冷/加热/湿度执行器并行调节 → 传感器实时回传 → 闭环校正；风机持续搅动，保证箱内温湿度场均匀。安全保护系统并行监测，任何超限信号 50 ms 内切断相应回路，并记录审计日志。
明确各子系统功能与接口，可帮助用户在选型、维护、故障诊断中快速定位瓶颈，提升设备可用率与试验重现性。
