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恒溫恒濕試驗箱的兩個組成部分為調溫和增濕。通過安裝在箱體內頂部的旋轉風扇，將空氣排入箱體實現氣體循環、平衡箱體內的溫、濕度，由箱體內置的溫、濕度傳感器采集的數據，傳至溫、濕度控制器進行編輯處理，下達調溫調濕指令，通過空氣加熱單元、冷凝管以及水槽內加熱蒸發單元的共同完成。
在箱內加濕的過程，實際上是提高水汽分壓力，一開始的加濕方式是向試驗箱壁噴淋水，通過控制水溫使水表面飽和壓力得到控制。箱壁表面的水形成較大的面，在這個面上向箱內通過擴散的方式向箱內加入水汽壓使試驗箱中相對濕度升高。
因為當時對濕度的控制主要是用水銀電接點式導電表進行簡單的開關量調節，對大滯后的熱水箱水溫的控制適應性較差，所以控制的過渡過程較長，滿足不了交變濕熱對加濕量要求較多的需要，更重要地是在對箱壁噴淋時，不可避免地有水滴淋在試品上對試品形成不同程度的污染。同時對箱內排水也有要求。此方法很快就被蒸汽加濕和淺水盤加濕所取代。雖說它的控制過渡過程較長，但系統穩定后濕度波動較小，比較適合做恒定濕熱試驗。此外，在加濕過程中水汽不過熱不會增加系統中的額外熱量。當控制噴淋水溫使之低于試驗要求的要點溫度時，噴淋水具備除濕作用。
恒溫恒濕箱可以使用自來水，能達到濕度效果，但長期使用自來水來作為濕度用水的話，水管中易生出水垢，自來水中的雜質也會吸附到產品的表面，水箱也會不干凈。
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