桌上型高低溫試驗箱的加熱系統一般采用鎳鉻合金電加熱絲直接加熱，設備工作時，循環風扇使箱內空氣產生對流，帶走加熱絲產生的熱量，從而達到對箱內空氣加熱的效果；控制系統通過微電腦調節，控制加熱絲的導通時間，加熱熱量與損耗熱量達到動態平衡，實現控溫的目的。
制冷劑經壓縮機絕熱壓縮到較高的壓力，消耗了功使排氣溫度升高，之后制冷劑經冷凝器等溫地和四周介質進行熱交換將熱量傳給四周介質。后制冷劑經截流閥絕熱膨脹做功，這時制冷劑溫度降低。制冷劑通過蒸發器等溫地從溫度較高的物體吸熱，使被冷卻物體溫度降低。此循環周而復始從而達到降溫之目的。
桌上型高低溫試驗箱的變溫速率有兩種提法，分別是全程平均降溫速度和線形升降溫速度。全程平均速度是指在試驗箱的變溫范圍內，高溫度與低溫度之差值與時間之比。
線形升降溫速度指在任意的每5min時間段內，能夠保證的變溫速率。而實際上對于高低溫試驗箱來說，保證線形升降溫速度的難度大、關鍵的一段是，在降溫段Z后的一個5min的時間段內，試驗箱可以達到的降溫速率。
因此高低溫試驗箱具有全程平均升降溫速度和線形升降溫速度（每5min平均速度）這兩個參數，一般來說，線形升降溫速度（每5min平均速度）是全程平均升降溫速度的1／2。
各種規格、速度的快速溫度變化高低溫試驗箱的溫度范圍通常即－60～＋130℃，但降溫速度的變溫范圍卻不同，根據不同的試驗要求，高低溫試驗箱變溫范圍有的是－55～＋80℃，而有的是－40～＋80℃。
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