一種新型多功能溫濕度場(chǎng)巡檢儀的研究

關(guān)鍵詞：便攜，巡檢，溫濕度，參考端

0引言

計(jì)量工作關(guān)乎科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)、資源控制、環(huán)境保護(hù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、公共安全以及國(guó)內(nèi)外貿(mào)易等方方面面，要求管理規(guī)范、過(guò)程精準(zhǔn)。對(duì)具體的計(jì)量工作而言，實(shí)用的檢測(cè)設(shè)備格外重要。熱工計(jì)量部分重點(diǎn)關(guān)注溫濕度、壓力和流量等量值的準(zhǔn)確傳遞，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的許多場(chǎng)合﹐需要對(duì)多點(diǎn)且分布于不同位置的溫濕度示值進(jìn)行檢測(cè)，溫濕度場(chǎng)巡檢儀應(yīng)運(yùn)而生。而目前使用的巡檢儀多存在準(zhǔn)確度低、體積大、現(xiàn)場(chǎng)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(zhǔn)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(chǎng)巡檢儀。

1國(guó)內(nèi)外的研究概況及研究路線

1.1國(guó)外溫濕度場(chǎng)巡檢儀產(chǎn)品現(xiàn)狀

巡檢速度可設(shè)置，隨著巡檢速度的提高，其準(zhǔn)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(guò)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(huán)境要求有電源，不方便戶外操作，對(duì)電源的穩(wěn)定性要求較高，無(wú)法避免因電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)帶來(lái)不利影響，上位機(jī)軟件功能非常簡(jiǎn)單，可靠性較好，但是體積較大，不方便現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。

1.2國(guó)內(nèi)溫濕度場(chǎng)巡檢儀產(chǎn)品現(xiàn)狀

巡檢速度通常為2秒/通道或者更長(zhǎng)，不能在極短的時(shí)間內(nèi)完成巡檢，因此環(huán)境波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果將產(chǎn)生比較大的影響。測(cè)量準(zhǔn)確度低，通常只有0.05級(jí)或更低，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)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(jìn)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(shì)，對(duì)熱電偶傳感器的測(cè)量引入了較大誤差。參考端處理采用外置鉑電阻溫度計(jì)，無(wú)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(cè)量方式大多采用濕度變送器，高濕環(huán)境下不準(zhǔn)確且易壞，通常僅能進(jìn)行一些最基礎(chǔ)的人機(jī)交互，界面非常簡(jiǎn)單，大部分同類產(chǎn)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(shè)計(jì)，體積較大，現(xiàn)場(chǎng)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(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法

2.1提高巡檢速度，確保測(cè)量準(zhǔn)確度

能否在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)每個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集，是溫濕度場(chǎng)巡檢儀的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。巡檢所消耗的時(shí)間越短，被檢設(shè)備的溫度波動(dòng)所帶來(lái)的測(cè)量誤差就越小。本文在確保產(chǎn)品準(zhǔn)確度等級(jí)的前提下，設(shè)計(jì)專用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，根據(jù)工作需要可同時(shí)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(guò)智能化、數(shù)字化數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)巡檢速度的大幅度提升，巡檢速度也可根據(jù)實(shí)際工作要求進(jìn)行設(shè)定。最優(yōu)可實(shí)現(xiàn)熱電偶通道巡檢以0.1秒/通道的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，熱電阻通道巡檢以0.5秒/通道的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2.2專業(yè)的熱電偶參考端處理

熱電偶傳感器測(cè)量過(guò)程中對(duì)參考端要求比較高，冷端溫度直接影響著測(cè)量的準(zhǔn)確度[2]。考慮到實(shí)際使用巡檢儀檢測(cè)環(huán)境的不穩(wěn)定性以及標(biāo)準(zhǔn)裝置攜帶的便攜性，本文研究設(shè)計(jì)快速接插件與設(shè)備主機(jī)連接口為一種特殊定制的均溫塊，該均溫塊內(nèi)置高精度溫度傳感器。使用時(shí)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(shí)能夠獲得最優(yōu)的參考端補(bǔ)償值，經(jīng)測(cè)試所有通道參考端誤差均優(yōu)于0.2℃。該方式能夠確保參考端傳感器測(cè)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(cè)量濕度

濕度測(cè)量方法眾多，根據(jù)測(cè)量環(huán)境的變化可選擇不同測(cè)量方法，如常見的動(dòng)態(tài)法、靜態(tài)法、露點(diǎn)法、干濕球法和各類電子式濕度傳感器測(cè)量法等[3]。各種方法測(cè)量原理和使用環(huán)境存在差異，如想適配各種環(huán)境要求的測(cè)量范圍和精度等級(jí)，一套標(biāo)準(zhǔn)器往往比較難實(shí)現(xiàn)多種方法的共同使用。本文研究設(shè)計(jì)的溫濕度場(chǎng)巡檢儀濕度參數(shù)采集方法，可依據(jù)使用檢測(cè)環(huán)境的需要選擇濕度變送器或干濕球法測(cè)量濕度。通常條件下，可使用濕度傳感器采集濕度參數(shù)。當(dāng)測(cè)量環(huán)境為高濕環(huán)境，可選用干濕球法測(cè)量濕度參數(shù)，可有效避免高濕環(huán)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(jié)合低功耗設(shè)計(jì)，保障溫濕度場(chǎng)巡檢儀在正常使用情況下，可連續(xù)工作24小時(shí)以上。目前常見的連接交流電的供電方式，設(shè)備容易因電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)帶來(lái)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(cè)量擾動(dòng)，進(jìn)一步保證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性[4]。

2.5便捷的接線方式

研究設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，快速接插件的側(cè)邊有旋緊螺釘，使用配置工具逆時(shí)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(shí)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(shì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并且使用方便。同時(shí)通過(guò)這種方法擴(kuò)展測(cè)量通道，可盡可能地滿足一些特種設(shè)備的數(shù)據(jù)檢測(cè)和采集。本文研究設(shè)計(jì)的溫濕度場(chǎng)巡檢儀主機(jī)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(guò)擴(kuò)展，最大可實(shí)現(xiàn)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(shí)完成數(shù)據(jù)檢測(cè)和采集。

2.6豐富的人機(jī)交互功能

隨著數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的加快融合，催生了新業(yè)態(tài)、新模式的加速涌現(xiàn)。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等交叉融合形成的新技術(shù)群落廣泛運(yùn)用，多領(lǐng)域融合滲透，促使經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)生深刻變革。本文研究課題引入“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，設(shè)計(jì)專業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)熱處理爐、溫（濕）度環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備的控溫偏差、溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、均勻性、波動(dòng)度等參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和分析。檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、方法與規(guī)程規(guī)范涵蓋了國(guó)標(biāo)、軍標(biāo)及各種現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范。同時(shí)配合智慧計(jì)量APP，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)等多項(xiàng)智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能計(jì)量設(shè)備的遠(yuǎn)程操作、記錄、報(bào)警、數(shù)據(jù)輸出等功能。通過(guò)改進(jìn)提升軟件技術(shù)，可有效改變傳統(tǒng)計(jì)量檢測(cè)過(guò)程需專業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間駐守現(xiàn)場(chǎng)的問題，進(jìn)一步提高檢測(cè)效率和智能化水平。同時(shí)配置智慧計(jì)量APP溫濕度場(chǎng)巡檢模塊可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）遠(yuǎn)程查看巡檢儀狀態(tài)及數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)監(jiān)控。通過(guò)手機(jī)APP可遠(yuǎn)程查看巡檢任務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫濕度場(chǎng)巡檢儀巡檢數(shù)據(jù)、曲線、波動(dòng)度等信息，并在數(shù)據(jù)異常時(shí)進(jìn)行及時(shí)報(bào)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(guò)文件導(dǎo)入或手動(dòng)輸入方式配置傳感器、巡檢儀修正數(shù)據(jù)，多種修正算法可選，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)修正。

（3）支持自定義配置測(cè)試任務(wù)。通過(guò)配置測(cè)試項(xiàng)目、恒溫考核條件、數(shù)據(jù)采樣策略、數(shù)據(jù)修正方式、測(cè)試報(bào)告輸出內(nèi)容等，可配置出符合多種規(guī)程規(guī)范的測(cè)試方案，適合更多應(yīng)用場(chǎng)景。

（4）支持測(cè)試任務(wù)結(jié)果查看及導(dǎo)出。APP結(jié)合云數(shù)據(jù)中心，支持持久化存儲(chǔ)測(cè)試任務(wù)結(jié)果及數(shù)據(jù)，方便快速檢索、查看及導(dǎo)出。

3結(jié)語(yǔ)

本文研究的新型多功能溫濕度場(chǎng)巡檢儀在確保準(zhǔn)確度的前提下提高了巡檢速度，同時(shí)利用專用均溫塊作為快速接插件與設(shè)備主機(jī)連接的熱電偶參考端處理方法，提高了通道間測(cè)試一致性。研究產(chǎn)品具有通道間傳感器的修正功能，其豐富的人機(jī)交互功能，可方便提取每個(gè)被測(cè)通道的電量值和溫度值。連接上位機(jī)后可進(jìn)行溫濕度環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示值偏差、均勻性及波動(dòng)度的自動(dòng)測(cè)量與分析。綜上所述，本項(xiàng)研究可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能、可靠性和擴(kuò)展性等多方面的大幅提升，使用靈活方便，應(yīng)用前景廣闊。