恒温恒湿箱控制方法及恒温恒湿箱
技术领域
本发明属于恒温恒湿控制技术领域，具体地说，是涉及一种恒温恒湿控制方法及恒温恒湿装置。
背景技术
恒温恒湿箱主要是控制温度与相对湿度的箱体，主要控制温度范围为5℃-70℃，相对湿度范围10%-90%。
使用恒温恒湿箱时，需要同时调整温度与相对湿度达到设定值；相对湿度定义为单位体积空气内实际所含的水汽密度d1和同温度下饱和水汽密度d2的百分比，即RH（%）=d1/d2×100%，所以相对湿度的测量值和箱体的温度有很大关系。
恒温恒湿箱对温度以及相对湿度的控制要求十分严格，温度的波动范围为±0.1℃，相对湿度的波动范围±1.5%；由于相对湿度和温度有很大的关联，在箱体的温度没有稳定下来的情况下，相对湿度的调整一直是不能确定状态，无法准确判定当前的相对湿度，需要随着温度稳定后再去调整相对湿度，这使得温度与相对湿度控制稳定所花费的时间为T=T1+T2，其中，T1为温度稳定需要的时间，T2为相对湿度稳定需要的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种恒温恒湿控制方法及恒温恒湿装置，以低温阈值温度为节点，在高于低温阈值温度时，解耦相对湿度与温度的关联，以绝对湿度为控制参数，在低于低温阈值温度时，以相对湿度为控制参数，实现既保证调节精度又缩短恒温恒湿控制稳定时长的技术效果。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
提出一种恒温恒湿箱控制方法，包括：以设定温度为目标启动温控进程调节恒温恒湿箱中的温度；期间，将目标相对湿度转换为设定温度下的目标绝对湿度；以及，将当前相对湿度转换为设定温度下的当前绝对湿度；在当前温度大于低温阈值温度时，基于当前绝对湿度与目标绝对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程；在当前温度小于等于低温阈值温度时，基于当前相对湿度与目标相对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程。
进一步的，所述加湿进程具体为：根据预设的PID参数控制水泵的吸水量，使进入PTC加热模块的水汽化成水蒸气。
进一步的，所述除湿进程具体为：根据预设的PID参数控制制冷半导体模块的输出功率，将箱内湿度控制在设定范围内。
进一步的，所述温控进程具体为：根据预设的PID参数控制制热半导体的输出功率，将箱内温度控制在设定温度范围内。
进一步的，所述低温阈值温度为9℃。
提出一种恒温恒湿箱，包括：调温模块，用于以设定温度为目标启动温控进程调节恒温恒湿箱中的温度；绝对湿度换算模块，用于将目标相对湿度转换为设定温度下的目标绝对湿度；以及，将当前相对湿度转换为设定温度下的当前绝对湿度；第一控制模块，用于在当前温度大于低温阈值温度时，基于当前绝对湿度与目标绝对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程；第二控制模块，用于在当前温度小于等于低温阈值温度时，基于当前相对湿度与目标相对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程。
进一步的，所述恒温恒湿箱还包括：PTC加热模块，用于将水汽化为水蒸气；水泵，用于向所述PTC加热模块引进水；加湿控制模块，用于执行加湿进程，所述加湿进程为：根据预设的PID参数控制水泵的吸水量，使进入PTC加热模块的水汽化成水蒸气。
进一步的，所述恒温恒湿箱还包括：制冷半导体模块，用于基于其制冷对恒温恒湿箱内实施除湿；除湿控制模块，用于执行除湿进程，所述除湿进程为根据预设的PID参数控制所述制冷半导体模块的输出功率，将箱内湿度控制在设定范围内。
进一步的，所述恒温恒湿箱包括：制热半导体，用于基于输入电流方向的切换实施制热或制冷；温控模块，用于执行温控进程，所述温控进程为：根据预设的PID参数控制所述制热半导体的输出功率，将箱内温度控制在设定温度范围内。
进一步的，所述低温阈值温度为9℃。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提出的恒温恒湿箱控制方法及恒温恒湿箱中，以设定温度为目标启动温控进程调节恒温恒湿箱内的温度，调温同时，将目标相对湿度转换为设定温度下的目标绝对湿度，将当前相对湿度转换为设定温度下的当前绝对湿度，并判断当前温度与低温阈值温度的关系，在当前温度大于低温阈值温度时，基于当前绝对湿度与目标绝对湿度的差值来启动加湿进程或除湿进程，在当前温度小于等于低温阈值温度时，基于当前相对湿度与目标相对湿度的差值来启动加湿进程或除湿进程；由于绝对湿度与温度不相关，则基于本发明提出的控制方法在温度调节过程中，在当前温度高于低温阈值温度时，通过绝对湿度的转换，将温度调控与湿度调控进行解耦，使得二者之间的控制互不关联，湿度控制无需等待温度控制稳定后才进行，则恒温恒湿的控制稳定时长为温控和湿控并行执行的时长，而非等到温控稳定后才进行湿控的累计时长，缩短了在高于低温阈值温度情况下的调控时长，而针对低温情况下饱和绝对绝对湿度小的情况，本发明在低于低温阈值温度的情况下，采用相对湿度调节湿度，保证了调节的精确性，由于低于低温阈值温度的调节占整体调节的时长短，本发明提出的控制方法从整体上实现了保证了调节精度又缩短了调节时长的技术效果。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1 为本发明提出的恒温恒湿箱控制方法的控制流程图；
图2为本发明提出的恒温恒湿箱的功能架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明旨在提供一种恒温恒湿箱控制方法，应用于恒温恒湿箱中，实现在保证控制精度的情况下缩短调节时长的技术效果，具体的，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1、以设定温度为目标启动温控进程调节恒温恒湿箱中的温度。
设定温度为用户基于输入装置输入的目标温度，输入装置例如恒温恒湿箱的控制键盘、按键或智能终端等。用户还通过输入装置输入目标相对湿度。
用户输入设定温度和目标相对湿度后，启动恒温恒湿箱，恒温恒湿箱先以设定温度为目标启动温控进程，由温控进程实施温控，将箱内温度向设定温度调节，在设定温度高于环境温度时通过制热调节，在设定温度低于环境温度时则通过制冷调节。
在本发明的一些实施例中，恒温恒湿箱采用半导体模块实现温控，通过切换半导体模块的正反向输入电流实现制热或制冷的切换，半导体模块上的风扇将热量或冷量传递到箱体内，从而实现对箱内温度的调控。
步骤S2、将目标相对湿度转换为设定温度下的目标绝对湿度，将当前相对湿度转换为设定温度下的当前绝对湿度。
绝对湿度的定义为单位体积的空气中含有水蒸气重量的实际数值,因为恒温恒湿箱体的容积不会发生变化,则绝对湿度不会随着箱体内温度的变化而变化,故本发明将相对湿度转换为绝对湿度来作为调节参数,能够将湿度控制与温度控制分离,使湿度控制不受温度控制的限制,从而能够相互独立的实施自身的调节,使得整体调节的时长为温控时长或湿控时长,温控时长大于湿控时长时为温控时长,湿控时长大于温控时长时为湿控时长。
具体的，相对湿度为单位体积空气内实际所含的水汽密度和同温度下饱和水汽密度的百分比，也可表示为绝对湿度与该温度下饱和状态水蒸气含量的比值，一般用百分比来表达。则，本发明申请中，通过目标相对湿度和设定温度下饱和状态水蒸气含量的乘积可以获知该设定温度下的目标绝对湿度，通过当前相对湿度（可由湿度传感器等器件测量）和设定温度下饱和状态水蒸气含量的乘积可以获知该设定温度下的当前绝对湿度。
步骤S3、在当前温度大于低温阈值温度时，基于当前绝对湿度与目标绝对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程。
步骤S4、在当前温度小于等于低温阈值温度时，基于当前相对湿度与目标相对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程。
本发明旨在将相对湿度转换为绝对湿度，使用绝对湿度来控制箱体内的相对湿度，使得箱体内的相对湿度控制脱离温度的限制。
恒温恒湿箱的主要控制温度范围为5℃-70℃，根据1个大气压下，不同温度空气的饱和湿度的标准内容可知，饱和状态水蒸气的含量随着温度的降低而降低，当温度大于20℃时，温度每变化1℃，对应饱和湿度的变化量大于等于1克/立方米，当温度低于20℃时，温度每变化1℃，对应饱和湿度的变化量小于1克/立方米，当温度低于9℃时，温度每变化1℃，对应饱和湿度的变化量小于0.5克/立方米。
绝对湿度的最大值为饱和湿度，因此绝对湿度受饱和湿度的限定，不会高于饱和湿度；以温度低于20℃为例，温度每变化1℃，饱和湿度变化量小于1克/立方米，导致绝对湿度的变化量也小，当温度低于9℃时，温度每变化1℃，饱和湿度变化量小于0.5克/立方米，绝对湿度的变化量更小。
因此，在温度低的情况下，通过绝对湿度的变化来判断加湿或除湿的切换时，由于绝对湿度变化不明显，导致判断会出现切换错误的情况，而相对湿度为绝对湿度与饱和湿度的比值，其变化还是比较明显的，故本发明采用一个低温阈值温度做节点，在高于该低温阈值温度时，以绝对湿度作为判断参数控制加湿或除湿的切换，在低于该低温阈值温度时，以相对湿度作为判断参数控制加湿或除湿的切换。
在本发明的一些实施例中，恒温恒湿箱的加湿执行主体包括PTC（正温度系数）加热模块和水泵，加湿进程为：恒温恒湿箱根据预设的PID（比例积分微积分控制）参数控制水泵的吸水量，水泵将水吸进PTC加热模块中，PTC加热模块提前加热到120ºC以上，将进入的液态沸腾水汽化为水蒸气，通过导流管进入箱体内，从而改变箱体内的湿度。
在本发明的一些实施例中，恒温恒湿箱的除湿执行主体包括制冷半导体，除湿进程为：根据预设的PID参数控制该制冷半导体的输出功率，通过制冷将箱内水汽冷凝，从而实现除湿。
基于上述提出的恒温恒湿箱控制方法，本发明还提出一种恒温恒湿箱，如图2所示，包括制热半导体21、PTC加热模块22、水泵23、制冷半导体模块24、调温模块25、绝对湿度换算模块26、第一控制模块27、第二控制模块28、温控模块29、加湿控制模块30和除湿控制模块31。
调温模块25用于以设定温度为目标启动温控进程调节恒温恒湿箱中的温度；绝对湿度换算模块26用于将目标相对湿度转换为设定温度下的目标绝对湿度；以及，将当前相对湿度转换为设定温度下的当前绝对湿度；第一控制模块27用于在当前温度大于低温阈值温度时，基于当前绝对湿度与目标绝对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程；第二控制模块28用于在当前温度小于等于低温阈值温度时，基于当前相对湿度与目标相对湿度的差值启动加湿进程或除湿进程。
具体的，温控模块29用于执行温控进程，温控进程为：根据预设的PID参数控制制热半导体的输出功率，将箱内温度控制在设定温度范围内；加湿控制模块30用于执行加湿进程，加湿进程为：根据预设的PID参数控制水泵的吸水量，使进入PTC加热模块的水汽化成水蒸气；除湿控制模块31用于执行除湿进程，除湿进程为根据预设的PID参数控制制冷半导体模块的输出功率，将箱内湿度控制在设定范围内。
下面以9℃作为低温阈值温度为例，对本发明上述提出的恒温恒湿箱控制方法做出详细说明。
实施例一
用户输入恒温恒湿箱的温湿控制参数为：设定温度T1为50℃，目标相对湿度RH1为70%。假设环境温度为25℃，环境相对湿度为68%。
恒温恒湿箱的温控模块29执行温控进程，根据预设PID参数控制制热半导体21的输出功率，以设定温度50℃为控制目标对箱体内实施加热。
同时，将目标相对湿度RH1转换为设定温度T1下的目标绝对湿度AH1，并当前相对湿度rh1转换为设定温度T1下的当前绝对湿度ah1。
在本实施例中，由于设定温度为50℃，环境温度为25℃，则在整个温控过程中，箱体内温度始终高于最低阈值温度9℃，故启动第一控制模块27，基于当前绝对湿度ah1与目标绝对湿度AH1的差值启动加湿控制模块30或除湿控制模块31。
具体的，比较当前绝对湿度ah1和目标绝对湿度AH1，在当前绝对湿度ah1低于目标绝对湿度AH1时，第一控制模块27启动加湿控制模块30，由加湿控制模块30执行加湿进程，启动水泵23和PTC加热模块22，根据预设的PID参数控制水泵23的吸水量，将液态水吸进PTC加热模块22，经沸腾汽化为水蒸气通过导流管引入到箱体内部，对箱体实施加湿。
这里，加湿进程的预设PID参数包括水泵的吸水周期或频率、每次的吸水量等。加湿控制模块30根据当前绝对湿度ah1与目标绝对湿度AH1的差值，确定需要加入的水量，继而启动加湿进程根据预设的PID参数实施加湿进程。
加湿和加热的过程期间，第一控制模块27根据预设的频率或周期连续比较前绝对湿度ah1和目标绝对湿度AH1，在当前绝对湿度ah1低于目标绝对湿度AH1时持续执行加湿进程，直至当前绝对湿度ah1达到目标绝对湿度AH1预设范围内，第一控制模块27控制加湿控制模块30停止加湿进程。
该目标绝对湿度AH1的预设范围为目标绝对湿度AH1±1.5%。
期间，温控模块29在控制箱内温度达到设定温度50℃的预设范围内后停止制热半导体21的加热。
该设定温度50℃的预设范围为设定温度50℃±0.1℃。
以上，在温控调节过程中，当前温度高于低温阈值温度，由于绝对湿度与温度不相关，通过绝对湿度的转换，将温度调控与湿度调控进行解耦，使得二者之间的控制互不关联，湿度控制无需等待温度控制稳定后才进行，使得恒温恒湿控制的稳定时长为max（t1,t2），t1为温度到达设定温度的稳定时长，t2为绝对湿度达到目标绝对湿度的稳定时长，相比现有技术中需要等待温度稳定后再调节湿度的时长t1+t2，显然缩短了恒温恒湿的调节时长。
随后，恒温恒湿箱继续监测箱体内的温度和湿度，在温度超出设定温度的预设范围时，也即低于50℃-0.1℃或高于50℃+0.1℃时，温控模块29通过切换输入电流的方向，控制制热半导体21实施制热或者制冷，将箱体内温度稳定在（50℃-0.1℃，50℃+0.1℃）之间。在绝对湿度超出目标绝对湿度的预设范围时，也即低于目标绝对湿度AH1-1.5%或高于目标绝对湿度AH1+1.5%时，第一控制模块27控制加湿控制模块30启动或控制除湿控制模块31启动来调节箱体内的绝对湿度，使绝对湿度稳定在（目标绝对湿度AH1-1.5%，目标绝对湿度AH1+1.5%）之间。
这其中，除湿控制模块31根据预设PID参数控制制冷半导体24的输出功率，通过冷凝水蒸气达到除湿的目的。该预设PID参数包括输出电流大小、输出频率等。
实施例二
用户输入恒温恒湿箱的温湿控制参数为：设定温度T2为5℃，目标相对湿度RH2为10%。假设环境温度为25℃，环境相对湿度为68%。
恒温恒湿箱的温控模块29执行温控进程，根据预设PID参数控制制热半导体21的输出功率，以设定温度5℃为控制目标对箱体内实施制冷。
同时，将目标相对湿度RH2转换为设定温度T2下的目标绝对湿度AH2，并当前相对湿度rh2转换为设定温度T2下的当前绝对湿度ah2。
在本实施例中，由于设定温度为5℃，环境温度为25℃，则在整个温控过程中，箱体内温度随着温控进程的实施，存在高于最低阈值温度9℃至低于最低温度阈值9℃的过程，故本实施例中，需要先启动第一控制模块27基于当前绝对湿度ah2与目标绝对湿度AH2的差值由除湿控制模块31实施除湿，当箱内温度小于等于9℃后，再启动第二控制模块28，基于当前相对湿度rh2与目标相对湿度RH2的差值由除湿控制模块31实施除湿。
具体的，实时检测箱体内的当前温度，在当前温度高于低温阈值温度时，比较当前绝对湿度ah2和目标绝对湿度AH2，在当前绝对湿度ah2高于目标绝对湿度AH2时，第一控制模块27启动除湿控制模块31，由除湿控制模块31执行除湿进程，根据预设的PID参数控制制冷半导体21的输出功率，将空气内的水蒸气冷凝为液态水，达到除湿的目的。
这里 ，除湿进程的预设PID参数包括输出电流大小、输出时长、输出频率等。
除湿和制冷的过程期间，第一控制模块27根据预设的频率或周期连续比较当前绝对湿度ah2和目标绝对湿度AH2，在当前绝对湿度ah2高于目标绝对湿度AH2时持续执行除湿进程，直至箱内温度调节到9℃。
此时，当前温度等于低温阈值温度，第一控制模块27关闭，第二控制模块28启动；在温度变化至等于低温阈值温度之前，箱内的绝对湿度可能已经达到目标绝对湿度，也可能还没有达到目标绝对湿度，这并不影响本发明后续的执行。
若箱内的绝对湿度还没有达到目标绝对湿度AH2时，第二控制模块28根据预设的频率或周期比较当前相对湿度rh2和目标相对湿度RH2，根据当前绝对湿度ah2与目标绝对湿度AH2的差值控制除湿控制模块31，由除湿控制模块31执行除湿进程，根据预设的PID参数控制制冷半导体21的输出功率，将空气内的水蒸气继续冷凝为液态水，直至当前相对湿度rh2达到目标相对湿度RH2预设范围内，第二控制模块控制除湿控制模块31停止除湿进程。
若在温度调节到9℃之前，箱内的绝对湿度已经达到目标绝对湿度AH2，则第二控制模块28仍旧根据预设的频率或周期比较当前相对湿度rh2和目标相对湿度RH2，根据当前相对湿度rh2与目标相对湿度RH2的差值控制加湿控制模块30启动或除湿控制模块31启动，将箱内湿度稳定在目标设定湿度RH2的预设范围内。
以上，目标绝对湿度AH2的预设范围为目标绝对湿度AH2±1.5%，目标相对湿度RH2的预设范围为目标相对湿度RH2±1.5%。
期间，温控模块29在控制箱内温度达到设定温度5℃的预设范围内后停止制热半导体21的制冷。
该设定温度5℃的预设范围为设定温度5℃±0.1℃。
以上，在温控调节过程中，当前温度高于低温阈值温度时，由于绝对湿度与温度不相关，通过绝对湿度的转换，将温度调控与湿度调控进行解耦，使得二者之间的控制互不关联，独立并行实施而互不影响，湿度控制无需等待温度控制稳定后才进行；当温度调节至当前温度小于等于低温阈值温度时，为保证切换的准确性，采用相对湿度作为切换判断的参数，此时，虽然湿度的调控受温度的影响，存在需要等待温度稳定后调控湿度的情况，但该控制过程占整个调控过程的比例小，对整体调控稳定的时长影响不大。
该实施例中，恒温恒湿箱的恒温恒湿控制稳定时长为max（t3,t4），t3为温度到达设定温度的稳定时长，t4为湿度达到目标相对湿度的稳定时长；相比现有技术中需要等待温度稳定后再调节湿度的时长t3+t4，从整体上显然缩短了恒温恒湿的调节时长；并且，若湿度控制在大于低温阈值温度之前就已经完成的情况下，在温度小于等于低温阈值温度的情况下，湿度控制维持在稳定调控状态上，对整体稳定调控的时长没有任何影响。
随后，恒温恒湿箱继续监测箱体内的温度和湿度，在温度超出设定温度的预设范围时，也即低于5℃-0.1℃或高于5℃+0.1℃时，温控模块29通过切换输入电流的方向，控制制热半导体21实施制热或者制冷，将箱体内温度稳定在（5℃-0.1℃，5℃+0.1℃）之间。在相对湿度超出目标相对湿度的预设范围时，也即低于目标相对湿度RH2-1.5%或高于目标相对湿度RH2+1.5%时，第二控制模块28控制加湿控制模块30启动或除湿控制模块31启动来调节箱体内的相对湿度，使相对湿度稳定在（目标相对湿度RH2-1.5%，目标相对湿度RH2+1.5%）之间。
这其中，加湿控制模块30通过启动加湿进程，启动水泵23和PTC加热模块22，根据预设的PID参数控制水泵23的吸水量，将液态水吸进PTC加热模块22，经沸腾汽化为水蒸气通过导流管引入到箱体内部，对箱体实施加湿。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
