溫濕度記錄器的原理及應用
溫濕度測量是現代測量新發展出來的一個領域，尤其濕度的測量更是不斷前進。經歷了長度法、干濕法直至今天的電測量的歷程，使濕度測量技術日漸成熟。時至今日，由于我們不再滿足于濕度的測量，尤其是一些場所的監控直接要求實時記錄其全過程溫濕度變化，并依據這些變化認定儲運過程的安全性，導致了新的溫濕度測量儀器——溫濕度記錄器的誕生。
溫濕度記錄器是將溫濕度參數進行測量并按照預定的時間間隔將其儲存在內部存儲器中，在完成記錄功能后將其聯接到PC機，利用適配軟件將存儲的數據提出并按其數值、時間進行分析的儀器。利用該儀器可確定儲運過程、實驗過程等相關過程沒有任何危及產品安全的事件發生。
下面以瑞士ROTRONIC公司生產的Hygrolog 溫濕度記錄器為例介紹溫濕度記錄器的原理及應用：
原理：溫濕度記錄器由三大部分組成：測量部分、儀器本體、PC界面。
下面分別介紹這三部分：
測量部分：由完全互換的Hygroclip 系列探頭組成，不同的探頭完成不同功能：
Hygroclip s通用探頭，應用于通用測量，包括廠房、實驗室、貨柜空間等空間測量。
Hygroclip sc04/sc05狹小空間用探頭，應用于要求狹小空間使用、對產品破壞小的場所。例如：博物館保存雕塑、雕刻等藝術品；一些化石；工程建筑、橋梁建筑監測混凝土干燥等應用。
Hygroclip sp05小空間插入探頭，應用于顆粒狀堆積材料的插入測量
Hygroclip HK25/40 高溫探頭，最高可達200℃。用于高溫環境。
Hygroclip HS28 劍式探頭，應用于造紙、印刷、卷狀堆積物等場所。
以上探頭為完全互換探頭，均可以和Hygrolog進行聯接。并完成不同功能。
儀器本體：Hygrolog 記錄器，通過探頭進行測量，將數據存儲并傳輸至PC，其存儲容量為10000個數據點（溫度、濕度各5000點），記錄間隔為15S至2h可調：由PC調整，根據其設定值確定記錄時間最長可達416天。記錄器工作溫度受電池限制，即鋰電池：-20至70℃；堿性電池：-10至50℃。量程及精度由探頭決定，量程：可達-50至200℃，0至100%RH；精度：±1.5%RH，±0.3℃；防護等級：IP65。
PC界面：HW3軟件。軟件支持是記錄器不可或缺的一部分，其主要功能為：設定單位，設定存儲周期，設定采樣周期，讀取數據并顯示測量數據、歷史曲線等，這是數據記錄器不可分割的一部分。一個好的上位機軟件能夠提供記錄器最廣泛的支持，通過上位機的支持，鍵盤等不必要的零件解放了，同時提供出更多的資源以利用。
所有的記錄器均大致遵循這樣一個模式，所不同的是：有些記錄器將測量部分置于記錄器內部，有些記錄器采用單獨可完全互換的探頭。采用前一種方式，其特點是：可將產品體積變小，但卻帶來了占用存儲資源、校準不便等問題，也不能同時運用標準產品完成多種功能，同時，還帶來了由于電池限制而導致監測范圍變窄等問題；運用后一種電路，由于傳統探頭采用模擬輸出，這樣也帶來：1、需要A/D轉換；2、要求對應不同量程和不同輸入進行不同的電路或參數變換這兩個問題。
基于以上原因，對我們提出了新的設計任務，在這方面，瑞士ROTRONIC公司走到了前列。他們的探頭采用數字技術，符合一致的協議，消除了A/D轉換的問題。同時由于測量和記錄部分的分離，最大限度地拓寬了應用范圍。由于采用單總線協議及DIO總線技術，使其資源大大節約。這樣減少了耗電元件，保證了電池更長的工作時間。例如：應用750mAh的電池，5分鐘為采樣間隔，可連續記錄6個月。
ROTRONIC的記錄器應用范圍很廣，涵蓋了幾乎所有需要有溫濕度數據存檔的地方，并且由于采用了多種特色探頭，使眾多領域的應用成為可能。
典型應用：
食品儲運，由于食品儲運過程時間并不是一個短期問題，但食品保存中的相對平衡濕度又是保證食品安全的一項重要指標，相對平衡濕度直接影響菌落的生長。例如：在平衡相對濕度為95%RH至91%RH范圍內，易于滋生的菌落為沙門氏菌、波林特菌、乳酸菌、霉菌和酵母菌。而食物保存周期也與溫度、平衡相對濕度有關，平衡相對濕度值為81%RH的蛋糕，其保質期為27℃時14天、21℃時24天，如果平衡相對濕度提高到85%RH，這些指標將降低為27℃ 時8天、21℃ 時12天。吸濕物質的平衡相對濕度起到了決定性作用。平衡相對濕度定義為物質與空氣中水不進行交換情況下，由周圍空氣獲取的濕度值。這個定義很清楚，為了成功地儲存和保持這些產品，環境氣候的控制及包裝必須仔細指明。同時，很多食品的保存在過于干燥情況下，其口感都會有些變壞。針對這種情況，要求實時記錄溫濕度變化，保證食品安全進入消費者口中。
當長途運輸或者海運冷凍冷藏食品時，如何在接收時證明貨物一直處于規定的溫濕度條件是件非常重要的事。解決爭議的做法就是在發貨的時候放入貨艙中一個記錄器，并啟動它，溫濕度記錄器有一個精密的內部時鐘，忠實地記錄指定時間間隔的溫濕度數據，在取出時可以容易地利用電腦察看圖形文件及報警值，判斷是否超過容許值,什么時候及持續時間都能輕松獲得，承運方是否有責任也會立即知曉。
博物館文物、檔案管理：這是溫濕度產品應用的另一個大的領域，而記錄器在其中又是很有特色的產品。檔案的紙張在溫濕度適宜的條件可以多存放一些時間，而一旦溫濕度條件遭到破壞紙張將要變脆，重要資料也將隨之蕩然無存，對檔案館進行溫濕度記錄是必要的，可以預防惡性事故的發生。使用溫濕度記錄器將使溫濕度記錄的工作得以簡化，也將節約文物保管的成本，使這一工作得以科學化，不受到過多的人為因素的干擾。同時由于采用Hygroclip sc04這樣的微小探頭，保證了對藝術品的最小破壞的前提下，文物，包括其色彩、形狀不受損毀。
建材實驗：在建材尤其是混凝土干燥過程中，我們應注意其干燥趨勢，這是評價產品的指標之一，也為建筑施工方提供了可靠的數據。應用溫濕度記錄器可以將此數據記錄并提供給建材研究方，將為施工提供有益的幫助。尤其是在軍事建筑中，時間就是生命，準確把握混凝土干燥時間為先發致敵，為有效地將有生力量提供到戰場上提供了保證，這一功能由Hygrolog+HygroClip sc04完成。
農業及畜牧業的應用：農業及畜牧業生產，尤其一些經濟作物的生產，在其幼苗期要詳細記錄溫濕度值。而在農業應用中，由于惡劣環境——肥料、糞便等造成的酸堿性環境使濕度產品漂移超出其他環境，這樣就要求濕敏電容漂移較孝整機校準方便。
氣候記錄：Hygrolog溫溫度記錄儀對農業及氣象分析具有很突出的意義。
建筑驗收：主要體現在智能樓宇的驗收。由于建筑行業的驗收項目多，除暖通空調指標外，其他諸如射線強度、甲醛濃度等建筑部要求符合人體健康指標也要監測，這些指標是直接關系到人體健康的。如果在這些指標不明了的情況下，測試人員貿然進入這些場所并長期在其間進行記錄，是對測試人員的人身健康的不負責任，而應用記錄器就會保證在取得可靠數據的同時對測試人員的人身安全進行最大保護
重要醫衛場所：按照《醫院潔凈手術部建筑技術規范征求意見稿》的要求手術室的溫濕度必須控制在一定的范圍內：即溫度在22…25℃；相對濕度45％RH…60％RH。 適宜的環境溫濕度對操作者和病人都是非常重要的。當室溫超過28℃，濕度大于70%RH時，易有悶熱、出汗、煩燥、疲勞等反應，容易影響安定的情緒和敏捷的思維，使操作者的技術水平不能得到很好的發揮。同時病人也會出現心率快、出汗多等癥狀而增加手術難度；當室溫低于20度時，只穿手術衣的操作者會感到冷，易影響操作動作的靈敏性和準確性，尤其是手指的細微動作。裸露的病人由于創傷機體抵抗力處于低下水平，更易發生感冒等并發癥。室內濕度低，物體表面浮塵隨某些動作，如鋪單、開關門等造成氣流改變而懸浮在空氣中。手術間內外溫差大，開門后部分區域的空氣形成蝸流，風速增大到約手術間原風速的4倍，此時物體表面附著物迅速飄浮于空氣中。根據美國CDC的調查表明手術室空氣中浮游菌數在700-800cfu/m3時就有經空氣感染的危險。從結果可見，手術時鋪單至鋪單后2小時空氣污染最嚴重，此時正是手術階段。由于受重力作用，室內飄塵可直接沉降到手術創面，或操作者的手或手術器械上，因此加強控制此期的空氣污染對預防術后切口感染是致關重要的。這些要求衛生防疫部門通過自己的監測確認各醫院手術室的達標情況，記錄器是一種很好的方法，減少了人員浪費，并使執法的公正性得到保證。
管路維護：管路里的濕氣會促進微生物生長，管道上發霉就是這樣形成的。這不但影響空氣流動，還會滋生大量細菌。這些遭到污染的區域對健康構成威脅，并最終導致室內空氣質量（IAQ,Indoor Air Quality）惡化。芬蘭歐立法（Oy Lifa）公司利用羅卓尼克(ROTRONIC)溫濕度記錄器和一輛微型卡車找到了非常好的辦法來研究管道狀況、遠程視頻設備及檢查管路。
溫濕度記錄器是將溫濕度參數進行測量并按照預定的時間間隔將其儲存在內部存儲器中，在完成記錄功能后將其聯接到PC機，利用適配軟件將存儲的數據提出并按其數值、時間進行分析的儀器。利用該儀器可確定儲運過程、實驗過程等相關過程沒有任何危及產品安全的事件發生。
下面以瑞士ROTRONIC公司生產的Hygrolog 溫濕度記錄器為例介紹溫濕度記錄器的原理及應用：
原理：溫濕度記錄器由三大部分組成：測量部分、儀器本體、PC界面。
下面分別介紹這三部分：
測量部分：由完全互換的Hygroclip 系列探頭組成，不同的探頭完成不同功能：
Hygroclip s通用探頭，應用于通用測量，包括廠房、實驗室、貨柜空間等空間測量。
Hygroclip sc04/sc05狹小空間用探頭，應用于要求狹小空間使用、對產品破壞小的場所。例如：博物館保存雕塑、雕刻等藝術品；一些化石；工程建筑、橋梁建筑監測混凝土干燥等應用。
Hygroclip sp05小空間插入探頭，應用于顆粒狀堆積材料的插入測量
Hygroclip HK25/40 高溫探頭，最高可達200℃。用于高溫環境。
Hygroclip HS28 劍式探頭，應用于造紙、印刷、卷狀堆積物等場所。
以上探頭為完全互換探頭，均可以和Hygrolog進行聯接。并完成不同功能。
儀器本體：Hygrolog 記錄器，通過探頭進行測量，將數據存儲并傳輸至PC，其存儲容量為10000個數據點（溫度、濕度各5000點），記錄間隔為15S至2h可調：由PC調整，根據其設定值確定記錄時間最長可達416天。記錄器工作溫度受電池限制，即鋰電池：-20至70℃；堿性電池：-10至50℃。量程及精度由探頭決定，量程：可達-50至200℃，0至100%RH；精度：±1.5%RH，±0.3℃；防護等級：IP65。
PC界面：HW3軟件。軟件支持是記錄器不可或缺的一部分，其主要功能為：設定單位，設定存儲周期，設定采樣周期，讀取數據并顯示測量數據、歷史曲線等，這是數據記錄器不可分割的一部分。一個好的上位機軟件能夠提供記錄器最廣泛的支持，通過上位機的支持，鍵盤等不必要的零件解放了，同時提供出更多的資源以利用。
所有的記錄器均大致遵循這樣一個模式，所不同的是：有些記錄器將測量部分置于記錄器內部，有些記錄器采用單獨可完全互換的探頭。采用前一種方式，其特點是：可將產品體積變小，但卻帶來了占用存儲資源、校準不便等問題，也不能同時運用標準產品完成多種功能，同時，還帶來了由于電池限制而導致監測范圍變窄等問題；運用后一種電路，由于傳統探頭采用模擬輸出，這樣也帶來：1、需要A/D轉換；2、要求對應不同量程和不同輸入進行不同的電路或參數變換這兩個問題。
基于以上原因，對我們提出了新的設計任務，在這方面，瑞士ROTRONIC公司走到了前列。他們的探頭采用數字技術，符合一致的協議，消除了A/D轉換的問題。同時由于測量和記錄部分的分離，最大限度地拓寬了應用范圍。由于采用單總線協議及DIO總線技術，使其資源大大節約。這樣減少了耗電元件，保證了電池更長的工作時間。例如：應用750mAh的電池，5分鐘為采樣間隔，可連續記錄6個月。
ROTRONIC的記錄器應用范圍很廣，涵蓋了幾乎所有需要有溫濕度數據存檔的地方，并且由于采用了多種特色探頭，使眾多領域的應用成為可能。
典型應用：
食品儲運，由于食品儲運過程時間并不是一個短期問題，但食品保存中的相對平衡濕度又是保證食品安全的一項重要指標，相對平衡濕度直接影響菌落的生長。例如：在平衡相對濕度為95%RH至91%RH范圍內，易于滋生的菌落為沙門氏菌、波林特菌、乳酸菌、霉菌和酵母菌。而食物保存周期也與溫度、平衡相對濕度有關，平衡相對濕度值為81%RH的蛋糕，其保質期為27℃時14天、21℃時24天，如果平衡相對濕度提高到85%RH，這些指標將降低為27℃ 時8天、21℃ 時12天。吸濕物質的平衡相對濕度起到了決定性作用。平衡相對濕度定義為物質與空氣中水不進行交換情況下，由周圍空氣獲取的濕度值。這個定義很清楚，為了成功地儲存和保持這些產品，環境氣候的控制及包裝必須仔細指明。同時，很多食品的保存在過于干燥情況下，其口感都會有些變壞。針對這種情況，要求實時記錄溫濕度變化，保證食品安全進入消費者口中。
當長途運輸或者海運冷凍冷藏食品時，如何在接收時證明貨物一直處于規定的溫濕度條件是件非常重要的事。解決爭議的做法就是在發貨的時候放入貨艙中一個記錄器，并啟動它，溫濕度記錄器有一個精密的內部時鐘，忠實地記錄指定時間間隔的溫濕度數據，在取出時可以容易地利用電腦察看圖形文件及報警值，判斷是否超過容許值,什么時候及持續時間都能輕松獲得，承運方是否有責任也會立即知曉。
博物館文物、檔案管理：這是溫濕度產品應用的另一個大的領域，而記錄器在其中又是很有特色的產品。檔案的紙張在溫濕度適宜的條件可以多存放一些時間，而一旦溫濕度條件遭到破壞紙張將要變脆，重要資料也將隨之蕩然無存，對檔案館進行溫濕度記錄是必要的，可以預防惡性事故的發生。使用溫濕度記錄器將使溫濕度記錄的工作得以簡化，也將節約文物保管的成本，使這一工作得以科學化，不受到過多的人為因素的干擾。同時由于采用Hygroclip sc04這樣的微小探頭，保證了對藝術品的最小破壞的前提下，文物，包括其色彩、形狀不受損毀。
建材實驗：在建材尤其是混凝土干燥過程中，我們應注意其干燥趨勢，這是評價產品的指標之一，也為建筑施工方提供了可靠的數據。應用溫濕度記錄器可以將此數據記錄并提供給建材研究方，將為施工提供有益的幫助。尤其是在軍事建筑中，時間就是生命，準確把握混凝土干燥時間為先發致敵，為有效地將有生力量提供到戰場上提供了保證，這一功能由Hygrolog+HygroClip sc04完成。
農業及畜牧業的應用：農業及畜牧業生產，尤其一些經濟作物的生產，在其幼苗期要詳細記錄溫濕度值。而在農業應用中，由于惡劣環境——肥料、糞便等造成的酸堿性環境使濕度產品漂移超出其他環境，這樣就要求濕敏電容漂移較孝整機校準方便。
氣候記錄：Hygrolog溫溫度記錄儀對農業及氣象分析具有很突出的意義。
建筑驗收：主要體現在智能樓宇的驗收。由于建筑行業的驗收項目多，除暖通空調指標外，其他諸如射線強度、甲醛濃度等建筑部要求符合人體健康指標也要監測，這些指標是直接關系到人體健康的。如果在這些指標不明了的情況下，測試人員貿然進入這些場所并長期在其間進行記錄，是對測試人員的人身健康的不負責任，而應用記錄器就會保證在取得可靠數據的同時對測試人員的人身安全進行最大保護
重要醫衛場所：按照《醫院潔凈手術部建筑技術規范征求意見稿》的要求手術室的溫濕度必須控制在一定的范圍內：即溫度在22…25℃；相對濕度45％RH…60％RH。 適宜的環境溫濕度對操作者和病人都是非常重要的。當室溫超過28℃，濕度大于70%RH時，易有悶熱、出汗、煩燥、疲勞等反應，容易影響安定的情緒和敏捷的思維，使操作者的技術水平不能得到很好的發揮。同時病人也會出現心率快、出汗多等癥狀而增加手術難度；當室溫低于20度時，只穿手術衣的操作者會感到冷，易影響操作動作的靈敏性和準確性，尤其是手指的細微動作。裸露的病人由于創傷機體抵抗力處于低下水平，更易發生感冒等并發癥。室內濕度低，物體表面浮塵隨某些動作，如鋪單、開關門等造成氣流改變而懸浮在空氣中。手術間內外溫差大，開門后部分區域的空氣形成蝸流，風速增大到約手術間原風速的4倍，此時物體表面附著物迅速飄浮于空氣中。根據美國CDC的調查表明手術室空氣中浮游菌數在700-800cfu/m3時就有經空氣感染的危險。從結果可見，手術時鋪單至鋪單后2小時空氣污染最嚴重，此時正是手術階段。由于受重力作用，室內飄塵可直接沉降到手術創面，或操作者的手或手術器械上，因此加強控制此期的空氣污染對預防術后切口感染是致關重要的。這些要求衛生防疫部門通過自己的監測確認各醫院手術室的達標情況，記錄器是一種很好的方法，減少了人員浪費，并使執法的公正性得到保證。
管路維護：管路里的濕氣會促進微生物生長，管道上發霉就是這樣形成的。這不但影響空氣流動，還會滋生大量細菌。這些遭到污染的區域對健康構成威脅，并最終導致室內空氣質量（IAQ,Indoor Air Quality）惡化。芬蘭歐立法（Oy Lifa）公司利用羅卓尼克(ROTRONIC)溫濕度記錄器和一輛微型卡車找到了非常好的辦法來研究管道狀況、遠程視頻設備及檢查管路。
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
上一篇：羅斯蒙特質量流量計測量原理及應用
下一篇：光纖傳感技術在安防監控領域的應用
服務咨詢