一、核心工作原理框架

二、關鍵系統及工作機制

1. 制冷系統原理（低溫實現）

• 壓縮式制冷循環（最常用）：
  • 原理基礎：基于逆卡諾循環，通過制冷劑（如 R404A、R23）的相變（液態→氣態→液態）吸收或釋放熱量，實現降溫。
  • 核心組件與流程：
    1. 壓縮機：將低壓氣態制冷劑壓縮為高溫高壓氣體，提升能量等級。
    2. 冷凝器：高溫高壓制冷劑氣體通過風冷或水冷方式散熱，冷凝為液態。
    3. 節流裝置（膨脹閥）：液態制冷劑經節流降壓，變為低溫低壓的氣液混合物。
    4. 蒸發器：低溫低壓制冷劑在蒸發器中吸收箱內空氣熱量，蒸發為氣態，使箱內溫度降低；蒸發后的制冷劑返回壓縮機，完成循環。
• 復疊式制冷（超低溫場景）：
  • 當需要 - 40℃以下低溫時，單級制冷效率下降，需采用高溫級（R404A）+ 低溫級（R23） 復疊系統，通過中間換熱器傳遞熱量，實現更低溫度（如 - 70℃、-100℃）。

2. 加熱系統原理（高溫實現）

• 電阻加熱方式（主流）：
  • 利用鎳鉻合金或鐵鉻鋁合金電熱絲作為發熱元件，通電后產生焦耳熱，通過空氣循環將熱量傳遞至箱內。
  • 功率計算：加熱功率需匹配箱體容積與溫變速率，例如 100L 箱體從 25℃升溫至 100℃（升溫速率 5℃/min），約需 3-5kW 加熱功率（考慮熱損耗）。
• PID 控溫邏輯：
  • 溫控儀根據設定溫度與實測溫度的偏差（ΔT），自動調節加熱功率：
    • 當 ΔT 較大時，全功率加熱；
    • 接近設定溫度時，逐步降低功率（如 50%、20%），避免溫度過沖（overshoot）。

3. 空氣循環系統（溫度均勻性保障）

• 強制對流原理：
  • 通過離心風機或軸流風機推動箱內空氣循環，使冷熱空氣混合均勻：
    • 冷空氣經蒸發器降溫后，由風機吹入工作室；
    • 熱空氣經加熱管升溫后，同樣由風機循環至箱內各區域。
• 風道設計：
  • 采用頂部送風 + 底部回風或左右側送風 + 背部回風結構，配合導流板調整氣流方向，確保箱內溫度均勻度≤±2℃（空載時）。

4. 智能控溫系統（精準度核心）

• 溫度采集與反饋：
  • 采用PT100 鉑電阻溫度傳感器（精度 ±0.5℃）實時監測箱內溫度，將信號傳輸至溫控儀（如 PLC 或觸摸屏控制器）。
• PID 算法控制：
  • 溫控儀根據比例（P）、積分（I）、微分（D） 算法計算輸出量，動態調節制冷 / 加熱系統工作狀態，例如：
    • 溫度低于設定值時，加熱系統啟動，制冷系統關閉；
    • 溫度高于設定值時，制冷系統啟動（或加熱系統功率降低），確保溫度波動≤±0.5℃。

三、溫變速率實現原理

1. 快速升 / 降溫的關鍵因素

• 制冷 / 加熱功率匹配：
  • 例如，要求 10℃/min 的升溫速率時，加熱功率需足夠克服箱體熱損耗（如保溫層導熱、開門散熱等），通常功率越大，溫變速率越高。
• 能量疊加技術：
  • 在升溫階段，部分設備會暫時關閉制冷系統，全功率加熱；降溫時則關閉加熱系統，全力制冷，通過 “能量獨占” 提升速率。
• 蓄能與預冷設計：
  • 高端設備可能配備蓄冷器（如冰盤管） 或預熱腔，在試驗前提前儲備冷量或熱量，縮短溫度切換時間。