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便携式试验箱温湿度测量仪研制及应用

2014/9/10 16:25:55  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  摘要:介绍一种便携式多路温湿度测量仪工作原理及研制过程。详细阐述了试验箱温湿度测量仪模型建立、温湿度传感器选择、软硬件构成,通过精密温湿度测量、多路信号输入、单片机控制等功能,实现温湿度多点自动校准。通过试验验证,证明了该装置工作准确可靠。

  关键词:试验箱;温度;湿度;测量

  0 引言

  各类试验箱、烘箱、生化培养箱等环境实验设备是工农业生产试验中常用的实验工具,其为生产试验活动提供所需要的温湿度环境。

  箱体内温度或湿度的准确度、波动度、均匀度等技术指标对生产试验有效进行起到重要作用,这些技术指标均须定期检定和校准,以确定其在正常工作范围之内。

  该测量仪的研制主要是满足在木材加工、化学试验分析、制药、石化、农牧等生产中大量使用的小容积温湿度试验箱的快速自动校准。同时还可作为通用多路温湿度测量仪对被测环境温湿度进行便捷的精密测量。

  1 温湿度测量仪方案设计

  通过研究试验箱的工作原理[3][4]及一些相关和相近的国家已颁布的标准、规程、规范[1][9],结合当前传感器技术、精密测量技术及校准结果自动数据处理等方法,其中主要参照木材加工、人造板生产行业中对检测专用恒温恒湿箱的具体规范和技术要求,确定温湿度测量仪采用五路温度和一路湿度测量的设计方案。其设计方案框图如图1所示。

  

  图1 温湿度测量仪设计方案框图

  2 温湿度测量仪硬件设计

  2.1 温湿度传感器选型

  2.1.1 温度传感器

  利用金属、合金或半导体的电阻随温度变化而变化来测量温度的传感器叫做电阻温度计,铂电阻温度计是以高纯铂丝作为感温组件[6][8]。其特点是质地柔软、容易加工成型、耐腐蚀、不易氧化、具有较好的化学、物理性能。制成的标准铂电阻温度计,年变化率优于1mK。它与其它温度计相比,优点是测温准确,在合理操作时,其测量不确定度为0.5mK,

  研制过程中对所选用的Pt100进行了筛选,保证温度计在零摄氏度下的电阻值R0为(100±0.02)Ω。即满足温度计在零摄氏度点的最大极差为0.1℃。并预先在厂家进行了热处理,并按四线制点焊加工为3m长高温镀银铜线,在陶瓷骨架之外按设计尺寸封装了不锈钢保护套。虽然对铂电阻温度计在R0进行了初步筛选,为了全量程的准确度要求,后续还需从软硬件上对其进行全量程线性化处理。

  2.1.2 湿度传感器

  近年来微处理机得到飞速发展和应用,它在传感器中的应用,促使传感技术产生一个飞跃[2][7]。最近几年国内外已经出现了商品化的智能传感器。所谓智能式传感器就是一种带有微处理机的、兼有检测与信息处理功能的传感器,简单地说就是传感器加微处理机。

  研制过程中选用瑞士SENSIRION公司生产的系列高精度智能型数字电容式温湿度传感器。该传感器有如下特性:一个传感器包括了两个测量,温度和湿度;精确露点测量;满量程校验,互换时不用重新校验;通过简单的系统集成实现数字测量值输出两线制接口;长期稳定性;具有湿度传感器组件的自测试能力。其技术指标在测量范围0~100%R.H.内,最大误差不大于±2.0%R.H.,重复性优于±0.1%R.H.。

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