探討無線射頻溫度測量系統在溫度計量中的應用

呂玲 崔超 陳奕豪 熊玉亭

摘 要：無線溫度傳感器將溫度參數轉化成相應的電信號，并對接收終端發送無線信號，對系統實行檢測、調節和控制。無線溫度傳感器已廣泛應用于各個自動化行業。目前設備的多樣性，傳統的有線溫度測溫儀在溫度計量、環境監測時已無法滿足使用需求。該文主要簡單地談談無線射頻溫度測量系統的組成，在遇到一些特殊環境試驗設備溫度計量時的應用。討論了無線射頻溫度測量系統的優缺點，在計量院里的溯源建標情況，最后做總結和展望。

關鍵詞：無線溫度測量系統 溫度計量 環境監測 應用

中圖分類號：TH811 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0088-01

溫度是實際應用中使用最多的一個物理量，溫度監控被廣泛應用于工業生產、科學實驗、檢驗檢測、食品加工、醫療衛生、物料倉貯、農業栽培、育種育苗等行業中，對實現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起著重要作用。隨著電子信息技術、物聯網技術的迅猛發展，出現了很多功能完善，使用方便的無線溫度測量系統。并且可以在PC機上顯示、保存、統計，可以遠程控制和報警。它大大降低布線成本，解決有線傳感器存在的一些弊端。

1 無線射頻溫度測量系統的組成

[1]無線測控系統按功能可分為兩部分：一是無線測控終端，包括溫度采集模塊、溫度數據處理模塊和數據發送模塊，二是具有程序運行功能的移動設備，包括數據接收部分、數據處理模塊、串口通訊模塊和PC機。兩者通過無線數據通訊聯系，可以實時接收、存儲以及管理數據，并可以綜合計算分析。系統的結構框圖，見圖1所示。

系統的具體工作過程：在無線測控終端，由溫度傳感器負責環境溫度的信號采集，然后直接輸送給數據處理部分；數據處理部分將接受的數字信號轉換，按一定的通信協議將數據打包處理，寫入無線通訊模塊的發送緩沖區；在無線主機部分，由無線收發模塊完成數據的接收，經過數據處理模塊的數據處理，通過串口傳輸給PC機。該系統具有如下功能：（1）基于移動設備可現場檢測、現場分析；（2）無線傳輸檢測信號，可以同時連接多個檢測終端；（3）探頭與移動設備之間無線連接，操作人員可以遠離檢測現場，避免因活動和呼吸對測試結果的影響，同時可以適當地保證操作人員的安全。

2 無線射頻溫度測量系統的特殊應用

國內中國安防提供了Smart Node WTS01無線溫度傳感器，測溫范圍：-50～+150℃，主要應用于環境監測、溫度采集以及食品、醫藥行業溫度監測等；上海搜博實業有限公司 SLWT1-1系列ZIGBEE無線溫度傳感器，測溫范圍：-25～+125℃，實現低成本溫度狀態在線監測方案的實用型無線組網傳感器模塊，可廣泛應用于實時溫度數據采集監測的各種場合。

該文歸納認為，無線測溫儀可以普遍應用于房間倉庫醫院實驗室及運輸過程的溫濕度監控，現在主要討論在日常計量檢測工作中用有線傳感器解決不了的一些問題，如以下一些特殊的環境試驗設備。

（1）高壓密封設備。例如：壓力蒸汽滅菌器等，用有線傳感器檢測時，當溫度升高，漏氣嚴重，壓力達不到，計量部門面對種類較多的滅菌設備做相應的法蘭密封不太現實。

（2）真空設備。例如：真空干燥箱、熱壓真空罐、空間模擬試驗箱等，這些設備在使用時都需要抽真空，用有線傳感器真空度達不到。

（3）低溫設備及大空間。例如：大冷庫，大養護池。如果用有線溫度傳感器時布線很長，通常已經超出了普通溫度記錄采集儀的使用環境溫度范圍，長期處于低溫或高溫環境中會導致采集儀不工作的現象，而且會遇到儀器供電電源難解決等一系列的問題。

（4）環境惡劣的情況下，比如潮濕，粉塵污染，噪聲污染嚴重的，普通溫度計量設備及操作人員不宜長久停留的地方，使用無線的溫度測量儀就很好的解決了問題。

（5）自動化設備，如烘干隧道，帶式輸送機等，其持續可靠的運行關系到生產效率和經濟效益，計量檢測時無法進行有線傳感器布線的。密封性比較好的且沒有測試孔的設備，容易損壞有線的傳感器，也最好使用無線的傳感器測量。

3 無線射頻溫度測量系統的優勢與不足

在日常溫度校準過程中，“布線”工作非常繁重，一般布線時間長，破壞了原本穩定的環境條件，需要再等穩定后才能進行其溫濕度性能檢測，使得工作效率極其低下，而且傳感器在檢測過程中很容易遭到損壞。以上所有問題用無線溫度測量儀均可以解決。無線溫度傳感器的其它優勢也比較明顯：無線溫度測量儀的傳感器及記錄存儲部分已經一體化；傳輸不受距離的限制；內置電池不受電源的限制；有線溫度測量儀能測量的儀器設備無線溫度測量儀一般都能測量；與上位機的通訊具有數據自動采集、計算處理、結果判定、數據庫管理等功能。

但也存在一些不足：目前的技術水平溫度記錄范圍比較低。因要求性能穩定且準確度等級高就需要購買一些進口的無線溫度測量系統但價格昂貴。內置電池壽命有限需經常更換。不能用于紅外輻射，紫外，氙燈加熱的設備。特別要注意不能用于微波加熱的設備，金屬外殼不易散熱容易發生爆炸。

4 結語

目前，無線溫度測量儀還存在一些不足，比較常見的溫度記錄范圍在-40℃～+135℃，高溫段的技術問題難以解決，需要進一步的研究探索，以便推廣使用。

參考文獻

[1] 李余慶，張華，劉繼忠.基于DS1820的無線溫度采集系統的設計[J].計算機信息，2009（26）：187-189.

[2] JJF1366-2012.溫度數據采集儀校準規范[S].

[3] JJF 1101-2003.環境試驗設備溫度、濕度校準規范[S].

[4] JJF1308-2011.醫用熱力滅菌設備溫度計校準規范[S].