在環(huán)境監(jiān)測(cè)日益重要的今天,溫濕度記錄儀主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)檢測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、倉貯、農(nóng)業(yè)栽培、育種育苗、器件倉庫等作業(yè)環(huán)境的溫度、濕度的監(jiān)測(cè)與控制,以實(shí)現(xiàn)相關(guān)作業(yè)環(huán)境條件能夠滿足相關(guān)要求,保證生產(chǎn)工藝及流程、產(chǎn)品質(zhì)量符合有關(guān)要求以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。傳統(tǒng)的機(jī)械溫濕度記錄儀精度較低,靈敏度也低,此外采用走紙記錄儀又需要損耗大量的記錄紙張,同時(shí)讀取歷史數(shù)據(jù)比較麻煩。
     數(shù)字信號(hào)溫濕度記錄儀是一種將模擬信號(hào)采集,顯示,存儲(chǔ),分析集一體的新型低功耗數(shù)字化儀表。它顯示直觀,靈敏度高,不需要記錄紙張等耗材,無須人工讀數(shù),即可以當(dāng)表又可以當(dāng)記錄儀。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以方便地導(dǎo)出圖表、EXCEL文件、文本文件,方便存檔處理。超長的記錄時(shí)間和強(qiáng)大的分析軟件更是傳統(tǒng)儀表所不能及的。數(shù)字信號(hào)溫濕度記錄儀的溫度測(cè)量范圍一般為(-30~70)e,濕度測(cè)量范圍一般為(0~100)%RH。部分記錄儀還能精確計(jì)算出露點(diǎn),可以滿足某些高端用戶的需求。
1 主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理
     數(shù)字信號(hào)溫濕度記錄儀(以下簡(jiǎn)稱記錄儀)主要由溫敏傳感器,濕敏傳感器,指示儀表,數(shù)字電路,存儲(chǔ)單元和串行口通訊所組成。溫敏傳感器主要采用鉑熱電阻或半導(dǎo)體熱敏電阻,濕敏元件主要采用高聚物膜和各種無機(jī)化合物晶體制作的電阻式濕敏元件,電容式濕敏元件或者濕敏諧振器元件,用于制造濕度傳感器的吸濕物質(zhì)還必須滿足濕度電容(或電阻)特性可逆這一基本條件,并具有良好的重復(fù)性。同時(shí),其輸出信號(hào)是被測(cè)環(huán)境中相對(duì)溫濕度的單值線形函數(shù)。
     記錄儀的基本工作原理如下:由外圍傳感器提供的模擬電路經(jīng)AD轉(zhuǎn)換得到數(shù)字電路,再由常用的單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)處理和調(diào)整,一般的溫濕度記錄儀都有指示儀表,用于顯示當(dāng)前的溫濕度值,但少部分記錄儀無顯示部分,只能通過與電腦串行口通訊讀取。記錄儀的存儲(chǔ)單元一般采用可擦寫的EEPROM,由于存儲(chǔ)單元大小的不同,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)可從5000組到50000組不等,記錄間隔從2秒到2小時(shí),由此存儲(chǔ)時(shí)間記錄間短的只有幾十天,長的可達(dá)幾年,甚至十幾年,當(dāng)然,這些還受電池使用壽命長短的影響。每款記錄儀都有相應(yīng)的軟件支持讀取數(shù)值,時(shí)間曲線,包括后期的打印,部分還具有多種報(bào)警形式:聲光報(bào)警、短信報(bào)警、郵件報(bào)警、電話報(bào)警等。

2 記錄儀溫濕度偏差的校準(zhǔn)
2.11 校準(zhǔn)用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及相關(guān)設(shè)備的選擇
    選擇高精度溫濕度校驗(yàn)箱或濕度發(fā)生器作為記錄儀校準(zhǔn)時(shí)的恒定溫度源和濕度源;采用精密露點(diǎn)儀作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器,分別用來測(cè)量溫濕度校驗(yàn)箱或濕度發(fā)生器的實(shí)際溫濕度值和記錄儀的顯示值。為了確保溫濕度記錄儀校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠,應(yīng)保證校準(zhǔn)用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及相關(guān)設(shè)備符合表1所示的技術(shù)要求。
2.12 校準(zhǔn)方法
    先將記錄儀通過串行口(或USB)與上位機(jī)聯(lián)接,通過對(duì)應(yīng)軟件進(jìn)行設(shè)置,記錄或刷新時(shí)間間隔應(yīng)盡量的短,例如10秒/次,然后選擇存儲(chǔ)方式,一般數(shù)據(jù)有先進(jìn)先出,記錄滿停止,記錄滿覆蓋三種,選擇先進(jìn)先出,也可以根據(jù)自身需要進(jìn)行其他參數(shù)設(shè)置,重置記錄儀。然后將記錄儀和精密露點(diǎn)儀的傳感器共置于高精度溫濕度校驗(yàn)箱或濕度發(fā)生器中,露點(diǎn)儀的傳感器應(yīng)盡可能接近記錄儀的溫、濕敏傳感器。
2.13 記錄儀濕度、溫度測(cè)量部分的校準(zhǔn)
    在溫度為20e下,進(jìn)行記錄儀濕度測(cè)量部分性能的校準(zhǔn),校準(zhǔn)濕度點(diǎn)可以選擇為20%RH、40%RH、60%RH、80%RH或30%RH、50%RH、70%RH、90%RH。按/升濕0或者/降濕0的順序控制溫濕度校驗(yàn)箱或濕度發(fā)生器的濕度值,當(dāng)校驗(yàn)箱或發(fā)生器的濕度達(dá)到校準(zhǔn)濕度點(diǎn)并穩(wěn)定后,分別讀取精密露點(diǎn)測(cè)量?jī)x的濕度測(cè)量值和記錄儀的濕度顯示值。

     在濕度校驗(yàn)箱或發(fā)生器的濕度值為40%RH下,進(jìn)行記錄儀溫度測(cè)量部分性能的校準(zhǔn),校準(zhǔn)濕度點(diǎn)可以選擇為10e、20e、30e、40e。按/升溫0或者/降溫0的順序控制溫濕度校驗(yàn)箱或發(fā)生器的溫度值,當(dāng)校驗(yàn)箱或發(fā)生器的濕度達(dá)到校準(zhǔn)溫度點(diǎn)并穩(wěn)定后,分別讀取精密露點(diǎn)測(cè)量?jī)x的溫度測(cè)量值和記錄儀的溫度顯示值。溫濕度記錄儀的基本誤差按照公式(1)計(jì)算:$X=Xi-(X0+Xe)(1)式中:$X)在每一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上,溫濕度記錄儀顯示值的基本誤差,e或%RH;Xi)溫濕度記錄儀在每一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上的顯示值,e或%RH;X0)在每一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上標(biāo)準(zhǔn)儀器的顯示值,e或%RH;Xe)在每一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上,標(biāo)準(zhǔn)儀器顯示值的修正值,e或%RH。取各校準(zhǔn)點(diǎn)上基本誤差絕對(duì)值最大的那個(gè)值作為溫濕度記錄儀上的最大基本誤差值,與溫濕度記錄儀的允許基本誤差值進(jìn)行比較,判定。
3 記錄儀溫濕度偏差的修正
     因?yàn)闈穸葌鞲衅魇菬o法被密封保護(hù)的,它的測(cè)量部分總是要和空氣中的灰塵和化學(xué)物質(zhì)接觸,從而使傳感器在某些環(huán)境下產(chǎn)生漂移。同時(shí),儀器的電氣部分會(huì)因?yàn)闀r(shí)間推移,溫度變化,機(jī)械振動(dòng)而產(chǎn)生變化,所以通常存在這樣的現(xiàn)象,記錄儀使用一個(gè)周期以后測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)有偏差,所以對(duì)于大部分溫濕度記錄儀的工作狀態(tài)都必須定期校驗(yàn),對(duì)溫濕度偏差進(jìn)行修正,以確保儀器的性能和準(zhǔn)確度符合要求。
     目前,各個(gè)廠家的溫濕度記錄儀傳感器輸出有各種信號(hào);電壓、電容、電阻、頻率等,但通過各種輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)一組的AD值。實(shí)際上我們就是通過修正這個(gè)AD值來獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量值。對(duì)于常見的溫濕度偏差,我們可以線性修正。理論上溫濕度的偏差是線性的,但經(jīng)過實(shí)驗(yàn),情況并不如此。如圖1,2所示。
4 現(xiàn)代工程組網(wǎng)應(yīng)用
     隨著現(xiàn)代企業(yè)在生產(chǎn)制造、庫房管理、過程控制等方面不斷完善和ISO標(biāo)準(zhǔn)、GMP醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,溫濕度顯示、記錄、管理、控制越來越顯現(xiàn)出其重要的現(xiàn)實(shí)意義。在集成電路的生產(chǎn),測(cè)試,SMT加工,物料保存上,電子廠房對(duì)溫度濕度的要求都比較高,因?yàn)檫@些參數(shù)會(huì)嚴(yán)重影響到元件品質(zhì),生產(chǎn)質(zhì)量。而確保溫濕度環(huán)境穩(wěn)定和獲得歷史數(shù)據(jù),對(duì)這類企業(yè)來說是最好的質(zhì)控方法和事件分析機(jī)制。

     在數(shù)據(jù)迅猛增長的時(shí)代,各種服務(wù)器機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房,移動(dòng)基站等數(shù)量與日劇增。同時(shí),此類機(jī)房在運(yùn)行中對(duì)環(huán)境的要求很高,不正常的溫度、濕度會(huì)造成機(jī)器當(dāng)機(jī)等故障,給企業(yè)帶來不必要的損失。于是,有一套完備的溫濕度監(jiān)控裝置是非常重要且必要的。對(duì)于以上這些被監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)量多,分布廣,則可以采用用多機(jī)工業(yè)總線組網(wǎng)監(jiān)控的方式。有線組網(wǎng)可以分為RS485/RS232,無線通過WIFI組網(wǎng),理論上接入點(diǎn)個(gè)數(shù)是沒有限制的,但有距離的限制,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控參數(shù)可以并入網(wǎng)管系統(tǒng),也可以同時(shí)通過大屏幕顯示。隨著寬帶接入的普及以及VOD等多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展,城域小機(jī)房、無線基站在城市中的分布越來越多。由于數(shù)量多,分布廣,作業(yè)環(huán)境不能及時(shí)被監(jiān)控,往往因環(huán)境因素造成服務(wù)器當(dāng)機(jī)或故障。溫濕度記錄儀高超的聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以通過交換機(jī)/路由器連入主干網(wǎng)或者VPN;非常方便地接入到電信業(yè)務(wù)網(wǎng)中,使集群監(jiān)控成為現(xiàn)實(shí)。
     另一些行業(yè)因?yàn)榉植荚诃h(huán)境惡劣,或者在移動(dòng)過程中有溫濕度記錄,監(jiān)測(cè)的需要,比如醫(yī)療行業(yè)中的藥品存儲(chǔ)、血樣血清運(yùn)輸、化學(xué)試劑保存,氣象部門在野外的小型氣象站等都需要控制在恒定的溫濕度中,或者即時(shí)的采集數(shù)據(jù)發(fā)送,而這些數(shù)據(jù)對(duì)最終的使用以及醫(yī)療事故鑒定或者氣象預(yù)報(bào)都是必備的事實(shí)依據(jù)。必須采用無線的方式聯(lián)接,那可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與主機(jī),快速的接入到中心機(jī)房,當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常時(shí)還可以及時(shí)發(fā)送信息到網(wǎng)管手機(jī),非常便于被監(jiān)控對(duì)象的突發(fā)事件發(fā)生時(shí)快速響應(yīng)。

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