在環(huán)境監(jiān)測日益重要的今天,溫濕度記錄儀主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實驗、檢驗檢測、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)測與控制,以實現(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)要求以及實驗結(jié)果準確可靠。傳統(tǒng)的機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,同時讀取歷史數(shù)據(jù)比較麻煩。
     數(shù)字信號溫濕度記錄儀是一種將模擬信號采集,顯示,存儲,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。超長的記錄時間和強大的分析軟件更是傳統(tǒng)儀表所不能及的。數(shù)字信號溫濕度記錄儀的溫度測量范圍一般為(-30~70)e,濕度測量范圍一般為(0~100)%RH。部分記錄儀還能精確計算出露點,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)字信號溫濕度記錄儀(以下簡稱記錄儀)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,其輸出信號是被測環(huán)境中相對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,再由常用的單片機技術(shù)進行后期的數(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。記錄儀的存儲單元一般采用可擦寫的EEPROM,由于存儲單元大小的不同,存儲數(shù)據(jù)的個數(shù)可從5000組到50000組不等,記錄間隔從2秒到2小時,由此存儲時間記錄間短的只有幾十天,長的可達幾年,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,時間曲線,包括后期的打印,部分還具有多種報警形式:聲光報警、短信報警、郵件報警、電話報警等。

2 記錄儀溫濕度偏差的校準
2.11 校準用計量標(biāo)準器及相關(guān)設(shè)備的選擇
    選擇高精度溫濕度校驗箱或濕度發(fā)生器作為記錄儀校準時的恒定溫度源和濕度源;采用精密露點儀作為計量標(biāo)準器,分別用來測量溫濕度校驗箱或濕度發(fā)生器的實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結(jié)果的準確、可靠,應(yīng)保證校準用計量標(biāo)準器及相關(guān)設(shè)備符合表1所示的技術(shù)要求。
2.12 校準方法
    先將記錄儀通過串行口(或USB)與上位機聯(lián)接,通過對應(yīng)軟件進行設(shè)置,記錄或刷新時間間隔應(yīng)盡量的短,例如10秒/次,然后選擇存儲方式,一般數(shù)據(jù)有先進先出,記錄滿停止,記錄滿覆蓋三種,選擇先進先出,也可以根據(jù)自身需要進行其他參數(shù)設(shè)置,重置記錄儀。然后將記錄儀和精密露點儀的傳感器共置于高精度溫濕度校驗箱或濕度發(fā)生器中,露點儀的傳感器應(yīng)盡可能接近記錄儀的溫、濕敏傳感器。
2.13 記錄儀濕度、溫度測量部分的校準
    在溫度為20e下,進行記錄儀濕度測量部分性能的校準,校準濕度點可以選擇為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箱或濕度發(fā)生器的濕度值,當(dāng)校驗箱或發(fā)生器的濕度達到校準濕度點并穩(wěn)定后,分別讀取精密露點測量儀的濕度測量值和記錄儀的濕度顯示值。

     在濕度校驗箱或發(fā)生器的濕度值為40%RH下,進行記錄儀溫度測量部分性能的校準,校準濕度點可以選擇為10e、20e、30e、40e。按/升溫0或者/降溫0的順序控制溫濕度校驗箱或發(fā)生器的溫度值,當(dāng)校驗箱或發(fā)生器的濕度達到校準溫度點并穩(wěn)定后,分別讀取精密露點測量儀的溫度測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)計算:$X=Xi-(X0+Xe)(1)式中:$X)在每一個校準點上,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校準點上的顯示值,e或%RH;X0)在每一個校準點上標(biāo)準儀器的顯示值,e或%RH;Xe)在每一個校準點上,標(biāo)準儀器顯示值的修正值,e或%RH。取各校準點上基本誤差絕對值最大的那個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行比較,判定。
3 記錄儀溫濕度偏差的修正
     因為濕度傳感器是無法被密封保護的,它的測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,儀器的電氣部分會因為時間推移,溫度變化,機械振動而產(chǎn)生變化,所以通常存在這樣的現(xiàn)象,記錄儀使用一個周期以后測量數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)有偏差,所以對于大部分溫濕度記錄儀的工作狀態(tài)都必須定期校驗,對溫濕度偏差進行修正,以確保儀器的性能和準確度符合要求。
     目前,各個廠家的溫濕度記錄儀傳感器輸出有各種信號;電壓、電容、電阻、頻率等,但通過各種輸出信號對應(yīng)一組的AD值。實際上我們就是通過修正這個AD值來獲得更準確的測量值。對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)過實驗,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、GMP醫(yī)藥標(biāo)準的實施,溫濕度顯示、記錄、管理、控制越來越顯現(xiàn)出其重要的現(xiàn)實意義。在集成電路的生產(chǎn),測試,SMT加工,物料保存上,電子廠房對溫度濕度的要求都比較高,因為這些參數(shù)會嚴重影響到元件品質(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),對這類企業(yè)來說是最好的質(zhì)控方法和事件分析機制。

     在數(shù)據(jù)迅猛增長的時代,各種服務(wù)器機房、數(shù)據(jù)機房,移動基站等數(shù)量與日劇增。同時,此類機房在運行中對環(huán)境的要求很高,不正常的溫度、濕度會造成機器當(dāng)機等故障,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。對于以上這些被監(jiān)測對象數(shù)量多,分布廣,則可以采用用多機工業(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),理論上接入點個數(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)境不能及時被監(jiān)控,往往因環(huán)境因素造成服務(wù)器當(dāng)機或故障。溫濕度記錄儀高超的聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以通過交換機/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。
     另一些行業(yè)因為分布在環(huán)境惡劣,或者在移動過程中有溫濕度記錄,監(jiān)測的需要,比如醫(yī)療行業(yè)中的藥品存儲、血樣血清運輸、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,或者即時的采集數(shù)據(jù)發(fā)送,而這些數(shù)據(jù)對最終的使用以及醫(yī)療事故鑒定或者氣象預(yù)報都是必備的事實依據(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,快速的接入到中心機房,當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常時還可以及時發(fā)送信息到網(wǎng)管手機,非常便于被監(jiān)控對象的突發(fā)事件發(fā)生時快速響應(yīng)。

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