一種新型多功能溫濕度場巡檢儀的研究

關鍵詞：便攜，巡檢，溫濕度，參考端

0引言

計量工作關乎科學研究、國防建設、資源控制、環境保護、工農業生產、公共安全以及國內外貿易等方方面面，要求管理規范、過程精準。對具體的計量工作而言，實用的檢測設備格外重要。熱工計量部分重點關注溫濕度、壓力和流量等量值的準確傳遞，在工農業生產和科學研究的許多場合﹐需要對多點且分布于不同位置的溫濕度示值進行檢測，溫濕度場巡檢儀應運而生。而目前使用的巡檢儀多存在準確度低、體積大、現場連線工作可靠性欠佳等問題。本文討論研究一種具有便攜、準確度高、巡檢速度快、人工智能程度高的新型多功能溫濕度場巡檢儀。

1國內外的研究概況及研究路線

1.1國外溫濕度場巡檢儀產品現狀

巡檢速度可設置，隨著巡檢速度的提高，其準確度及分辨率均有下降。傳感器連接只能使用接線盒，可將傳感器固定好后整體插拔。接線過程比較繁瑣，不方便傳感器的更換。供電方式為交流電，使用環境要求有電源，不方便戶外操作，對電源的穩定性要求較高，無法避免因電網電壓的擾動帶來不利影響，上位機軟件功能非常簡單，可靠性較好，但是體積較大，不方便現場校準。

1.2國內溫濕度場巡檢儀產品現狀

巡檢速度通常為2秒/通道或者更長，不能在極短的時間內完成巡檢，因此環境波動對測量結果將產生比較大的影響。測量準確度低，通常只有0.05級或更低，不能滿足現代工業對測量準確度的要求。傳感器接線采用航空插頭的方式，需將傳感器一端進行焊接，具有很大的局限性，不方便裸線連接，且航空插頭引入較大的寄生電勢，對熱電偶傳感器的測量引入了較大誤差。參考端處理采用外置鉑電阻溫度計，無法保證參考端傳感器與所有熱電偶的接線端足夠接近，因此將引入較大的參考端誤差，造成通道的一致性差。濕度測量方式大多采用濕度變送器，高濕環境下不準確且易壞，通常僅能進行一些最基礎的人機交互，界面非常簡單，大部分同類產品使用交流電供電，少部分采用電池供電，軟件功能也較少，通常采用手提箱式設計，體積較大，現場連線工作可靠性欠佳。

1.3研究路線

巡檢儀研究路線圖如圖1所示。

2關鍵技術及實現方法

2.1提高巡檢速度，確保測量準確度

能否在盡可能短的時間內完成對每個通道的數據采集，是溫濕度場巡檢儀的一個關鍵技術參數。巡檢所消耗的時間越短，被檢設備的溫度波動所帶來的測量誤差就越小。本文在確保產品準確度等級的前提下，設計專用多路轉換開關，根據工作需要可同時連接溫度傳感器、濕度傳感器等傳感器探頭[1]，如圖2所示，通過智能化、數字化數據采集，實現巡檢速度的大幅度提升，巡檢速度也可根據實際工作要求進行設定。最優可實現熱電偶通道巡檢以0.1秒/通道的速度進行數據采集，熱電阻通道巡檢以0.5秒/通道的速度進行數據采集。

2.2專業的熱電偶參考端處理

熱電偶傳感器測量過程中對參考端要求比較高，冷端溫度直接影響著測量的準確度[2]?？紤]到實際使用巡檢儀檢測環境的不穩定性以及標準裝置攜帶的便攜性，本文研究設計快速接插件與設備主機連接口為一種特殊定制的均溫塊，該均溫塊內置高精度溫度傳感器。使用時快速連接端子深埋入均溫塊，不僅保證傳感器的快速連接，同時能夠獲得最優的參考端補償值，經測試所有通道參考端誤差均優于0.2℃。該方式能夠確保參考端傳感器測量溫度與熱電偶接線端溫度一致，還能夠有效確保各通道間的一致性。

2.3可使用濕度變送器或者干濕球法測量濕度

濕度測量方法眾多，根據測量環境的變化可選擇不同測量方法，如常見的動態法、靜態法、露點法、干濕球法和各類電子式濕度傳感器測量法等[3]。各種方法測量原理和使用環境存在差異，如想適配各種環境要求的測量范圍和精度等級，一套標準器往往比較難實現多種方法的共同使用。本文研究設計的溫濕度場巡檢儀濕度參數采集方法，可依據使用檢測環境的需要選擇濕度變送器或干濕球法測量濕度。通常條件下，可使用濕度傳感器采集濕度參數。當測量環境為高濕環境，可選用干濕球法測量濕度參數，可有效避免高濕環境下濕度傳感器的損壞。

2.4可拆卸式大容量鋰電池

使用可拆卸的大容量鋰電池供電，并結合低功耗設計，保障溫濕度場巡檢儀在正常使用情況下，可連續工作24小時以上。目前常見的連接交流電的供電方式，設備容易因電網電壓的擾動帶來不利影響，而鋰電池供電可避免因電源使用交流電而造成的測量擾動，進一步保證了檢測的準確性[4]。

2.5便捷的接線方式

研究設計專用快速接插件，用于連接溫濕度傳感器。通常一組接插件為2支，可同時連接24支熱電偶傳感器或12支熱電阻傳感器，如圖3所示；工作時，快速接插件的側邊有旋緊螺釘，使用配置工具逆時針擰開后彈片彈開，可輕松插入裸線或針式連接器，插入后再順時針擰緊螺釘即完成接線，如圖4所示。該接插件可與傳感器組裝為一體后整體插拔，能很大程度地解決寄生電勢對測量結果的影響，并且使用方便。同時通過這種方法擴展測量通道，可盡可能地滿足一些特種設備的數據檢測和采集。本文研究設計的溫濕度場巡檢儀主機本身配置為24通道熱電偶通道或12路熱電阻通道+3路濕度傳感器通道，通過擴展，最大可實現64路熱電偶通道或者20路熱電阻通道+6路濕度傳感器通道同時完成數據檢測和采集。

2.6豐富的人機交互功能

隨著數字技術與實體經濟的加快融合，催生了新業態、新模式的加速涌現。大數據、云計算、人工智能、物聯網等交叉融合形成的新技術群落廣泛運用，多領域融合滲透，促使經濟社會發生深刻變革。本文研究課題引入“互聯網+”技術，設計專業軟件，實現熱處理爐、溫（濕）度環境實驗設備的控溫偏差、溫度場、濕度場、均勻性、波動度等參數的自動檢測和分析。檢測依據的標準、方法與規程規范涵蓋了國標、軍標及各種現行規程規范。同時配合智慧計量APP，通過物聯網、云服務等多項智能技術，實現智能計量設備的遠程操作、記錄、報警、數據輸出等功能。通過改進提升軟件技術，可有效改變傳統計量檢測過程需專業人員長時間駐守現場的問題，進一步提高檢測效率和智能化水平。同時配置智慧計量APP溫濕度場巡檢模塊可實現以下功能：

（1）遠程查看巡檢儀狀態及數據、數據監控。通過手機APP可遠程查看巡檢任務，實時監控溫濕度場巡檢儀巡檢數據、曲線、波動度等信息，并在數據異常時進行及時報警提醒。

（2）支持配置巡檢儀修正值及傳感器修正值。APP支持通過文件導入或手動輸入方式配置傳感器、巡檢儀修正數據，多種修正算法可選，實現測試數據自動修正。

（3）支持自定義配置測試任務。通過配置測試項目、恒溫考核條件、數據采樣策略、數據修正方式、測試報告輸出內容等，可配置出符合多種規程規范的測試方案，適合更多應用場景。

（4）支持測試任務結果查看及導出。APP結合云數據中心，支持持久化存儲測試任務結果及數據，方便快速檢索、查看及導出。

3結語

本文研究的新型多功能溫濕度場巡檢儀在確保準確度的前提下提高了巡檢速度，同時利用專用均溫塊作為快速接插件與設備主機連接的熱電偶參考端處理方法，提高了通道間測試一致性。研究產品具有通道間傳感器的修正功能，其豐富的人機交互功能，可方便提取每個被測通道的電量值和溫度值。連接上位機后可進行溫濕度環境實驗設備的示值偏差、均勻性及波動度的自動測量與分析。綜上所述，本項研究可實現產品性能、可靠性和擴展性等多方面的大幅提升，使用靈活方便，應用前景廣闊。