恒温恒湿试验箱是有控制系统、温度系统、加热系统等组成的，这些系统都分别属于电气和机械制冷两个方面。恒温恒湿试验箱主要适合电子、电器、通讯、仪表、车辆、塑胶制品、金属、食品、化学、建材、医疗、航天等制品检测质量之用。因此，每个系统的工作缺一不可，下面简单叙述几个主要系统的工作原理和工作过程。
1、控制系统是综合试验箱的核心，它决定了试验箱的升温速率、精度等重要指标.现在试验箱的控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID与模糊控制相组合的控制方式.恒温振荡器由于控制系统基本上属于软件的范畴，而且此部分在使用过程中一般不会出现问题。
2、制冷系统的设计应用能量调节技术,既能保证制冷机组正常运行,又能对制冷系统的能耗及制冷量进行有效的调节，使制冷系统保持在最佳的运行状态。采用平衡调温(BTC),既在制冷系统在连续工作的情况下，控制系统根据设定之温度点通过PID自动运算输出的结果去控制加热器的输出量，最终达到一种动态平衡。
3、恒温恒湿试验箱的加热系统相对制冷系统而言，是相对简单的。试验箱的加热系统功率都比较大，并且在试验箱的底板也设有加热器。
4、温度系统:分为加湿和除湿两个子系统。
(1)加湿:试验箱的加湿方式一般采用蒸汽加湿法，即将低压蒸汽直接注入试验空间加湿。这种加湿方法加湿能力好、速度快、加湿控制灵敏(尤其在降温时容易实现强制加湿)。
(2)除湿:试验箱的除湿方式有两种:机械制冷除湿和干燥除湿。
5、传感器系统：恒温恒湿试验箱的传感器主要是温度和湿度传感器。温度传感器应用较多的是铂电组和热电偶。湿度的测量方法有两种：干湿球温度计法和固态电子式传感器直接测量法。由于干湿球法测量精度不高，现在的试验箱正逐步的以固态传感器代替干湿球来进行湿度的测量。
6、空气循环系统一般有离心式风扇和驱动其运转的电机构成。它提供了恒温恒湿试验箱内空气的循环。
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