一种环境模拟舱的湿度控制系统及方法

本发明涉及环境模拟舱湿度调节，尤其涉及一种环境模拟舱的湿度控制系统及方法。

背景技术：

1、可控环境模拟系统主要指环境模拟舱，环境模拟舱可以根据人为设定的各项环境参数在舱内模拟出相对应的目标设定环境并维持较长的一段时间，针对医学和轨道交通的特定领域对于生物、材料以及零件在特殊环境需要测试生理指标或机械物理指标，需对应设置相应的环境条件来进行测试，以满足医学和轨道交通的医工领域中生物、材料以及零件的各项指标在特殊环境下的测试需要。

2、在环境模拟舱的环境参数中，相对湿度反映空气中所含水汽的量，高湿度会抑制人体散热功能，低湿度使人皮肤干裂，口腔、鼻腔黏膜受到刺激，出现口渴、干咳、声哑、喉痛等症状，在不同环境中的湿度相差巨大，靠近热带的海滨城市冬季平均湿度可超过90％，远离海洋的内陆城市冬季平均湿度还不足30％，在同一天中相对湿度起伏也很大。因此，相对湿度是环境模拟舱中需要重点控制的环境参数。

3、目前环境模拟舱中对相对湿度的控制主要通过加湿器增加舱内湿度，舱内水蒸气自然液化减小湿度。此方法相对简单，加湿器出气口附近湿度很大，而其他空间湿度较小，呈现离加湿器越远湿度越低的现象，环境模拟舱中并不能实现湿度均匀的实验区域，并且湿度传感器无法有效检测舱内湿度的准确值，对控制舱内湿度以及各实验物品所处环境湿度的一致性都有着不良影响。

技术实现思路

1、本发明提供了一种环境模拟舱的湿度控制系统及方法，以解决现有的环境模拟舱湿度均匀性差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种环境模拟舱的湿度控制系统，环境模拟舱分为冷凝除湿段、均匀扩散段与超声波加湿段，其中，所述均匀扩散段设置于所述冷凝除湿段与所述超声波加湿段之间，所述冷凝除湿段设置有用于降低环境模拟舱中湿度的冷凝板，所述超声波加湿段设置有用于提升环境模拟舱中湿度的超声波加湿器以及水箱，所述冷凝除湿段至所述超声波加湿段之间设置有湿度传感器；

4、所述冷凝除湿段与所述均匀扩散段之间的接触面的平均湿度为第一湿度，所述均匀扩散段与超声波加湿段之间的接触面的平均湿度为第二湿度；

5、所述冷凝板和超声波加湿器以及水箱根据所述第一湿度和所述第二湿度对环境模拟舱内部湿度进行调控。

6、通过上述设计，通过将环境模拟舱分为3块区域，利用了湿度的纵向梯度实现湿度控制，结合环境模拟舱中一端为冷凝板另一端为水箱和超声波加湿器的设置，从一端到另一端动态的实现环境模拟舱中的湿度均衡。

7、进一步的，所述湿度传感器的数量至少为两个，分别为第一湿度传感器，第二湿度传感器，所述第一湿度传感器设置于所述冷凝除湿段与所述均匀扩散段之间的接触面，所述第二湿度传感器设置于所述均匀扩散段与所述超声波加湿段之间的接触面。

8、通过上述设计，通过冷凝除湿段与均匀扩散段之间的接触面和均匀扩散段与超声波加湿段之间的接触面的平均湿度对舱体内部湿度进行控制，更为有效的控制均匀扩散段的湿度，使均匀扩散段的湿度维持动态均衡，进而实现湿度精准调控的效果。

9、进一步的，所述水箱设置于环境模拟舱一端舱体的外部，所述超声波加湿器设置于环境模拟舱内与所述水箱的对应位置。

10、通过上述设计，将水箱设置在舱体的外部，对应设置于超声波加湿器的底部对应位置，便于湿度过高液化的水珠流入水箱之中，对应的还可将水箱设置于舱体外部的其他位置，只需使水箱低于超声波加湿器即可实现此效果。

11、进一步的，所述水箱中设置有中空纤维滤膜。

12、进一步优选的，所述环境模拟舱的底部开设有水槽，且所述水槽一端与所述水箱相接，水槽另一端设置于所述冷凝板下方，所述水槽整体向所述水箱倾斜。

13、进一步优选的，所述环境模拟舱的顶部为圆弧形设计，所述环境模拟舱的底部为凸起底面。

14、通过上述设计，通过圆弧顶的设计，以及底部的凸起底面，尽可能的将凝结的水引流至水槽中，水槽的倾斜设计也使水槽中液态水汇集至水箱中，实现水资源的重复利用。

15、第二方面，本技术实施例提供一种环境模拟舱的湿度控制方法，应用于湿度控制系统，包括冷凝板、超声波加湿器、湿度传感器以及水箱，所述湿度控制方法包括如下步骤：

16、步骤1：根据湿度调整的需求设定湿度预设值，并依据湿度预设值设定第一湿度限定值与第二湿度限定值，所述第一湿度限定值大于第二湿度限定值，定义冷凝除湿段与均匀扩散段接触面的平均湿度为湿度b值，均匀扩散段与超声波加湿段的接触面的平均湿度为湿度c值，获取环境模拟舱中湿度b值以及湿度c值；

17、步骤2：通过冷凝板与超声波加湿器调整湿度，结合时延补偿与补偿系数，分别将湿度b值、湿度c值调整至小于第一湿度限定值，大于第二湿度限定值的湿度区间，完成本次湿度控制。

18、进一步的，结合时延补偿与补偿系数，分别将湿度b值、湿度c值调整至小于第一湿度限定值，大于第二湿度限定值的湿度区间具体包括：

19、当湿度b值大于第一湿度阈值时，提升冷凝板的功率，当湿度b值小于第二湿度阈值时，降低冷凝板的功率；

20、当湿度c值大于第一湿度阈值时，降低超声波加湿器的功率，当湿度c值小于第二湿度阈值时，提升超声波加湿器的功率；

21、其中，第一湿度阈值根据第一湿度限定值加上时延补偿乘以补偿系数计算获取，第二湿度阈值根据第二湿度限定值加上时延补偿乘以补偿系数计算获取，第一湿度阈值的补偿系数为1，第二湿度阈值的补偿系数为-1。

22、进一步的，所述第一湿度限定值与第二湿度限定值均需通过湿度预设值结合设置的最大误差获取，所述第一湿度限定值通过以下公式获取：

23、

24、所述第二湿度限定值通过以下公式获取：

25、

26、进一步的，所述时延补偿为冷凝板或超声波加湿器调整功率后到湿度b值与湿度c值的时间延迟，通过以下公式计算：

27、

28、其中，k为除湿系数，取值范围为2×10-7m/s～3×10-7m/s；

29、l为冷凝板至冷凝除湿段与均匀扩散段接触面的距离或者超声波加湿器至均匀扩散段与超声波加湿段的接触面的距离；

30、h为湿度预设值；

31、d为水蒸气扩散系数。

32、有益效果：

33、本发明提供的一种环境模拟舱的湿度控制系统，通过冷凝板与超声波加湿器，在环境模拟舱前后端形成可控的湿度差，并且冷凝板工作时的低温也使得环境模拟舱中段产生温差对流，提升了水蒸气的扩散效率，使环境模拟舱中湿度均匀稳定，将环境模拟舱分为3块区域，选取区域接触面的平均湿度作为控制点，更为有效控制均匀扩散段的湿度。

34、在湿度控制系统的优选方案中，通过圆弧形的舱顶以及凸起底部，使得舱内整体水蒸气在遇到内壁液化后都流入水槽中，由水槽流入水箱中，在一定程度上实现水循环，提升环境模拟舱的单次运行时间。

35、本发明提供的一种环境模拟舱的湿度控制方法，通过预设值的时延补偿的设置避免了湿度调控过程中因水蒸气扩散时间的原因导致无法达到湿度调控效果，同时在动态的湿度平衡过程中，第一湿度限定值与第二湿度限定值的存在也提升了环境模拟舱的湿度调节能力。