恒温恒湿机由制冷系统、加热系统、控制系统、湿度系统、空气循环系统、传感器系统等组成。以上系统属于电气制冷和机械制冷两大方面。下面分别介绍几大系统的工作原理和工作过程。
1、制冷系统：制冷系统是恒温恒湿机的关键部分之一，一般来说制冷方式有机械制冷和辅助液氮制冷。机械制冷采用蒸气压缩制冷，主要由压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器等组成。如果我们试验的低温要达到-55℃，单级制冷难以达到要求，所以恒温恒湿机的制冷方式一般采用复叠制冷。恒温恒湿机的制冷系统由两部分组成，即高温部分和低温部分，各自为一个相对独立的制冷系统。高温部分制冷剂蒸发吸收低温部分制冷剂的热量而气化；低温部分制冷剂蒸发吸收被冷却物体的热量而获得冷量。高温部分与低温部分之间有一个蒸发式冷凝器，它既是高温部分的冷凝器，又是低温部分的冷凝器。
2、加热系统：加热系统相对于冷却系统来说比较简单，主要由大功率电阻丝组成，由于试验要求升温速度较高，所以加热系统功率比较大，在试验机底板上还安装有加热器。
3、控制系统：控制系统是综合试验箱的核心，决定了试验机的升温速度、精度等重要指标。现在试验机的控制器大部分采用PID控制，也有少部分采用PID与模糊控制相结合。由于控制系统基本属于软件的范畴，使用过程中这部分一般不会出问题。
4、湿度系统：温度系统分为加湿、除湿两个子系统。
加湿方式一般采用蒸汽加湿恒温恒湿机的恒温恒湿机价格，即将低压蒸汽直接喷入试验空间进行加湿，这种加湿方式加湿能力强、速度快、加湿控制灵敏恒温恒湿机的工业恒温机，特别是在温度下降时容易实现强制加湿。
除湿方式有机械制冷除湿和干燥除湿两种。机械制冷除湿的除湿原理是将空气冷却到露点温度以下，使大于饱和含水量的水蒸气凝结析出，从而降低湿度。干燥机除湿是利用气泵抽出试验箱内的空气并注入干燥空气，同时将湿空气送入可回收的干燥机内干燥，干燥后再送回试验箱内，反复循环除湿。目前综合试验箱大多采用前一种除湿方式，后一种除湿方式可使露点温度达到0℃以下，适用于有特殊要求的场合，但造价较贵。
5、传感器系统：传感器主要有温度、湿度传感器，最常用的温度传感器有铂电极和热电偶。测量湿度的方法有两种：干湿球温度计法和用固态电子传感器直接测量法。由于干湿球法测量精度低恒温恒湿机组，目前的恒温恒湿箱正逐步用固态传感器代替干湿球来测量湿度。
6、空气循环系统：空气循环系统一般由离心风扇及驱动风扇的电机组成，提供试验机内的空气循环。
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