在環境監測日益重要的今天,溫濕度記錄儀主要應用于工業生產、科學實驗、檢驗檢測、醫療衛生、倉貯、農業栽培、育種育苗、器件倉庫等作業環境的溫度、濕度的監測與控制,以實現相關作業環境條件能夠滿足相關要求,保證生產工藝及流程、產品質量符合有關要求以及實驗結果準確可靠。傳統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,同時讀取歷史數據比較麻煩。
     數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,即可以當表又可以當記錄儀。存儲數據可以方便地導出圖表、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儀表所不能及的。數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 主要結構及基本工作原理
     數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,并具有良好的重復性。同時,其輸出信號是被測環境中相對溫濕度的單值線形函數。
     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AD轉換得到數字電路,再由常用的單片機技術進行后期的數據處理和調整,一般的溫濕度記錄儀都有指示儀表,用于顯示當前的溫濕度值,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,存儲數據的個數可從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的軟件支持讀取數值,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 校準用計量標準器及相關設備的選擇
    選擇高精度溫濕度校驗箱或濕度發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準器,分別用來測量溫濕度校驗箱或濕度發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果的準確、可靠,應保證校準用計量標準器及相關設備符合表1所示的技術要求。
2.12 校準方法
    先將記錄儀通過串行口(或USB)與上位機聯接,通過對應軟件進行設置,記錄或刷新時間間隔應盡量的短,例如10秒/次,然后選擇存儲方式,一般數據有先進先出,記錄滿停止,記錄滿覆蓋三種,選擇先進先出,也可以根據自身需要進行其他參數設置,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生器中,露點儀的傳感器應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生器的濕度值,當校驗箱或發生器的濕度達到校準濕度點并穩定后,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生器的溫度值,當校驗箱或發生器的濕度達到校準溫度點并穩定后,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準儀器的顯示值,e或%RH;Xe)在每一個校準點上,標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物質接觸,從而使傳感器在某些環境下產生漂移。同時,儀器的電氣部分會因為時間推移,溫度變化,機械振動而產生變化,所以通常存在這樣的現象,記錄儀使用一個周期以后測量數據與實際數據有偏差,所以對于大部分溫濕度記錄儀的工作狀態都必須定期校驗,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,但經過實驗,情況并不如此。如圖1,2所示。
4 現代工程組網應用
     隨著現代企業在生產制造、庫房管理、過程控制等方面不斷完善和ISO標準、GMP醫藥標準的實施,溫濕度顯示、記錄、管理、控制越來越顯現出其重要的現實意義。在集成電路的生產,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,因為這些參數會嚴重影響到元件品質,生產質量。而確保溫濕度環境穩定和獲得歷史數據,對這類企業來說是最好的質控方法和事件分析機制。

     在數據迅猛增長的時代,各種服務器機房、數據機房,移動基站等數量與日劇增。同時,此類機房在運行中對環境的要求很高,不正常的溫度、濕度會造成機器當機等故障,給企業帶來不必要的損失。于是,有一套完備的溫濕度監控裝置是非常重要且必要的。對于以上這些被監測對象數量多,分布廣,則可以采用用多機工業總線組網監控的方式。有線組網可以分為RS485/RS232,無線通過WIFI組網,理論上接入點個數是沒有限制的,但有距離的限制,網絡監控參數可以并入網管系統,也可以同時通過大屏幕顯示。隨著寬帶接入的普及以及VOD等多媒體數據業務的發展,城域小機房、無線基站在城市中的分布越來越多。由于數量多,分布廣,作業環境不能及時被監控,往往因環境因素造成服務器當機或故障。溫濕度記錄儀高超的聯網技術,可以通過交換機/路由器連入主干網或者VPN;非常方便地接入到電信業務網中,使集群監控成為現實。
     另一些行業因為分布在環境惡劣,或者在移動過程中有溫濕度記錄,監測的需要,比如醫療行業中的藥品存儲、血樣血清運輸、化學試劑保存,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,或者即時的采集數據發送,而這些數據對最終的使用以及醫療事故鑒定或者氣象預報都是必備的事實依據。必須采用無線的方式聯接,那可以通過GPRS網絡與主機,快速的接入到中心機房,當環境出現異常時還可以及時發送信息到網管手機,非常便于被監控對象的突發事件發生時快速響應。

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