恒温恒湿试验箱作为环境模拟测试领域的核心设备，集成了精密温湿度调控功能，广泛应用于产品研发、质量验证及可靠性评估等环节。对于初次接触该设备的技术人员而言，其复杂的外部结构与多元的功能模块可能构成认知门槛。

一、制冷系统工作机制
制冷系统是恒温恒湿试验箱实现低温环境模拟的关键执行单元，通常采用蒸汽压缩式机械制冷技术，仅在极限低温场景（如-70℃以下）辅以液氮制冷作为补充。机械制冷循环遵循逆卡诺循环原理，依托制冷剂相变过程中的吸热效应实现热量转移。
具体工作流程如下：低压制冷剂蒸气经压缩机压缩后，转化为高温高压的过热蒸气状态，此过程需消耗电能并提升制冷剂焓值。随后，高压蒸气进入冷凝器，通过风冷或水冷方式向外界环境释放冷凝潜热，逐渐冷凝为常温高压液态制冷剂。液态制冷剂流经毛细管或膨胀阀等节流装置时，经历等焓节流过程，压力与温度急剧下降，形成低温低压的气液两相混合物。最终，该混合物进入蒸发器，在低压环境下持续吸收试验箱内的热量并完成蒸发气化，从而使箱内温度稳定下降。蒸发后的低压蒸气再次返回压缩机，构成闭合循环。此过程中，制冷剂在蒸发器内的相变潜热交换是维持箱内低温环境的核心热力学机制。
二、加热系统热力学原理
相较于制冷系统，加热系统的技术原理更为直接。该系统采用大功率镍铬合金电热丝作为发热元件，通过焦耳热效应将电能高效转化为热能。电热丝通常集成于不锈钢铠装加热管内，并布设在循环风道系统中，与气流充分接触以实现快速热交换。
为提升温度响应速率并确保温场均匀性，加热系统往往配置多级并联加热器，总功率设计显著高于热负荷需求，使升温速率可达3-5℃/min。系统配备固态继电器（SSR）或可控硅调功器，依据PID控制算法精确调节加热通断占空比，既实现快速升温，又避免温度过冲。此外，加热回路串联超温保护器与限温熔断器，构成硬件级冗余保护，防止控制系统失效导致持续加热而引发火灾风险。
三、控制系统架构与功能
控制系统是整机的神经中枢，属软件层核心模块，负责协调各执行单元按预设程序协同运作。该系统以微处理器或可编程逻辑控制器（PLC）为核心，配置人机交互界面（HMI），通常为彩色液晶触摸屏，支持多段程序设定与实时参数监控。
其控制逻辑基于闭环负反馈原理：温度传感器（常用PT100铂电阻）与湿度传感器（电容式或干湿球式）实时采集箱内环境参数，经A/D转换后输入控制器。控制器将实测值与设定值进行比对，通过PID运算输出控制信号，动态调节压缩机、加热器、加湿器等执行器的功率输出。现代控制系统普遍支持RS485、以太网通讯接口，可实现远程监控、数据记录及故障诊断功能，满足实验室信息化管理需求。系统内置多种安全联锁逻辑，如压缩机延时启动保护、加热与制冷互锁、超温报警停机等，确保设备运行安全性。
四、湿度系统调控机制
湿度系统由加湿与除湿两个子模块构成，分别对应湿度上升与下降的控制需求。
加湿过程采用蒸汽加湿法，通过电加热管将去离子水加热至沸腾，产生洁净低压水蒸气，经由不锈钢蒸汽导管注入箱内循环风道。该方法响应速度快，加湿量连续可调，且不会引入液态水滴污染样品。为防止水垢影响，加湿锅炉需定期排污，并采用纯水或软化水作为水源。
除湿过程则采用复合除湿策略，包括机械制冷除湿与干燥除湿（部分高端机型配置）。机械制冷除湿利用露点控制原理：当箱内空气流经低温蒸发器表面时，若表面温度低于空气露点温度，空气中的水蒸气将凝结为液态水析出，经排水系统排出箱外，空气中绝对含湿量随之下降。该方法除湿效率高，但受蒸发器最低温度限制，一般可将湿度降至20%RH左右。干燥除湿作为辅助手段，通过循环风机将箱内湿空气抽入内置干燥剂（如分子筛）的吸附塔，经吸湿处理后再送回箱内，可将湿度进一步降低至5%RH以下，但除湿速率相对较慢。
恒温恒湿试验箱通过制冷、加热、湿度及控制四大系统的有机耦合，构建起精密的环境模拟平台。各系统在控制系统的统一调度下，通过动态热湿平衡调节，实现对目标温湿度参数的高精度、高稳定性控制，为产品质量验证提供可靠的技术保障。