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温湿度记录仪的校准和组网工程简介

来源：　类别：技术文章　更新时间：2013-12-31　阅读次

     在环境监测日益重要的今天,温湿度记录仪主要应用于工业生产、科学实验、检验检测、医疗卫生、仓贮、农业栽培、育种育苗、器件仓库等作业环境的温度、湿度的监测与控制,以实现相关作业环境条件能够满足相关要求,保证生产工艺及流程、产品质量符合有关要求以及实验结果准确可靠。传统的机械温湿度记录仪精度较低,灵敏度也低,此外采用走纸记录仪又需要损耗大量的记录纸张,同时读取历史数据比较麻烦。
     数字信号温湿度记录仪是一种将模拟信号采集,显示,存储,分析集一体的新型低功耗数字化仪表。它显示直观,灵敏度高,不需要记录纸张等耗材,无须人工读数,即可以当表又可以当记录仪。存储数据可以方便地导出图表、EXCEL文件、文本文件,方便存档处理。超长的记录时间和强大的分析软件更是传统仪表所不能及的。数字信号温湿度记录仪的温度测量范围一般为(-30~70)e,湿度测量范围一般为(0~100)%RH。部分记录仪还能精确计算出露点,可以满足某些高端用户的需求。
1 主要结构及基本工作原理
     数字信号温湿度记录仪(以下简称记录仪)主要由温敏传感器,湿敏传感器,指示仪表,数字电路,存储单元和串行口通讯所组成。温敏传感器主要采用铂热电阻或半导体热敏电阻,湿敏元件主要采用高聚物膜和各种无机化合物晶体制作的电阻式湿敏元件,电容式湿敏元件或者湿敏谐振器元件,用于制造湿度传感器的吸湿物质还必须满足湿度电容(或电阻)特性可逆这一基本条件,并具有良好的重复性。同时,其输出信号是被测环境中相对温湿度的单值线形函数。
     记录仪的基本工作原理如下:由外围传感器提供的模拟电路经AD转换得到数字电路,再由常用的单片机技术进行后期的数据处理和调整,一般的温湿度记录仪都有指示仪表,用于显示当前的温湿度值,但少部分记录仪无显示部分,只能通过与电脑串行口通讯读取。记录仪的存储单元一般采用可擦写的EEPROM,由于存储单元大小的不同,存储数据的个数可从5000组到50000组不等,记录间隔从2秒到2小时,由此存储时间记录间短的只有几十天,长的可达几年,甚至十几年,当然,这些还受电池使用寿命长短的影响。每款记录仪都有相应的软件支持读取数值,时间曲线,包括后期的打印,部分还具有多种报警形式:声光报警、短信报警、邮件报警、电话报警等。

表1 记录仪输出值校准时使用的计量标准器及相关设备
2 记录仪温湿度偏差的校准
2.11 校准用计量标准器及相关设备的选择
    选择高精度温湿度校验箱或湿度发生器作为记录仪校准时的恒定温度源和湿度源;采用精密露点仪作为计量标准器,分别用来测量温湿度校验箱或湿度发生器的实际温湿度值和记录仪的显示值。为了确保温湿度记录仪校准结果的准确、可靠,应保证校准用计量标准器及相关设备符合表1所示的技术要求。
2.12 校准方法
    先将记录仪通过串行口(或USB)与上位机联接,通过对应软件进行设置,记录或刷新时间间隔应尽量的短,例如10秒/次,然后选择存储方式,一般数据有先进先出,记录满停止,记录满覆盖三种,选择先进先出,也可以根据自身需要进行其他参数设置,重置记录仪。然后将记录仪和精密露点仪的传感器共置于高精度温湿度校验箱或湿度发生器中,露点仪的传感器应尽可能接近记录仪的温、湿敏传感器。
2.13 记录仪湿度、温度测量部分的校准
    在温度为20e下,进行记录仪湿度测量部分性能的校准,校准湿度点可以选择为20%RH、40%RH、60%RH、80%RH或30%RH、50%RH、70%RH、90%RH。按/升湿0或者/降湿0的顺序控制温湿度校验箱或湿度发生器的湿度值,当校验箱或发生器的湿度达到校准湿度点并稳定后,分别读取精密露点测量仪的湿度测量值和记录仪的湿度显示值。

记录仪测量示意图
     在湿度校验箱或发生器的湿度值为40%RH下,进行记录仪温度测量部分性能的校准,校准湿度点可以选择为10e、20e、30e、40e。按/升温0或者/降温0的顺序控制温湿度校验箱或发生器的温度值,当校验箱或发生器的湿度达到校准温度点并稳定后,分别读取精密露点测量仪的温度测量值和记录仪的温度显示值。温湿度记录仪的基本误差按照公式(1)计算:$X=Xi-(X0+Xe)(1)式中:$X)在每一个校准点上,温湿度记录仪显示值的基本误差,e或%RH;Xi)温湿度记录仪在每一个校准点上的显示值,e或%RH;X0)在每一个校准点上标准仪器的显示值,e或%RH;Xe)在每一个校准点上,标准仪器显示值的修正值,e或%RH。取各校准点上基本误差绝对值最大的那个值作为温湿度记录仪上的最大基本误差值,与温湿度记录仪的允许基本误差值进行比较,判定。
3 记录仪温湿度偏差的修正
     因为湿度传感器是无法被密封�；さ�,它的测量部分总是要和空气中的灰尘和化学物质接触,从而使传感器在某些环境下产生漂移。同时,仪器的电气部分会因为时间推移,温度变化,机械振动而产生变化,所以通常存在这样的现象,记录仪使用一个周期以后测量数据与实际数据有偏差,所以对于大部分温湿度记录仪的工作状态都必须定期校验,对温湿度偏差进行修正,以确保仪器的性能和准确度符合要求。
     目前,各个厂家的温湿度记录仪传感器输出有各种信号;电压、电容、电阻、频率等,但通过各种输出信号对应一组的AD值。实际上我们就是通过修正这个AD值来获得更准确的测量值。对于常见的温湿度偏差,我们可以线性修正。理论上温湿度的偏差是线性的,但经过实验,情况并不如此。如图1,2所示。
4 现代工程组网应用
     随着现代企业在生产制造、库房管理、过程控制等方面不断完善和ISO标准、GMP医药标准的实施,温湿度显示、记录、管理、控制越来越显现出其重要的现实意义。在集成电路的生产,测试,SMT加工,物料保存上,电子厂房对温度湿度的要求都比较高,因为这些参数会严重影响到元件品质,生产质量。而确保温湿度环境稳定和获得历史数据,对这类企业来说是最好的质控方法和事件分析机制。

图5 LAN信号传输方式图示
在数据迅猛增长的时代,各种服务器机房、数据机房,移动基站等数量与日剧增。同时,此类机房在运行中对环境的要求很高,不正常的温度、湿度会造成机器当机等故障,给企业带来不必要的损失。于是,有一套完备的温湿度监控装置是非常重要且必要的。对于以上这些被监测对象数量多,分布广,则可以采用用多机工业总线组网监控的方式。有线组网可以分为RS485/RS232,无线通过WIFI组网,理论上接入点个数是没有限制的,但有距离的限制,网络监控参数可以并入网管系统,也可以同时通过大屏幕显示。随着宽带接入的普及以及VOD等多媒体数据业务的发展,城域小机房、无线基站在城市中的分布越来越多。由于数量多,分布广,作业环境不能及时被监控,往往因环境因素造成服务器当机或故障。温湿度记录仪高超的联网技术,可以通过交换机/路由器连入主干网或者VPN;非常方便地接入到电信业务网中,使集群监控成为现实。
另一些行业因为分布在环境恶劣,或者在移动过程中有温湿度记录,监测的需要,比如医疗行业中的药品存储、血样血清运输、化学试剂保存,气象部门在野外的小型气象站等都需要控制在恒定的温湿度中,或者即时的采集数据发送,而这些数据对最终的使用以及医疗事故鉴定或者气象预报都是必备的事实依据。必须采用无线的方式联接,那可以通过GPRS网络与主机,快速的接入到中心机房,当环境出现异常时还可以及时发送信息到网管手机,非常便于被监控对象的突发事件发生时快速响应。