用于現場測試的溫濕度采集系統軟件

0引言

目前，隨著對產品適應各種環境條件要求的試驗越來越多，用于其測試的環境設備也隨之增多，其中以溫度、濕度以及交變濕熱環境試驗設備最為常見，因而對這些環境試驗設備的校準測試提出了更高的要求。

在環境試驗箱等設備的溫濕場測試方面，我所通過多年的測試工作積累了豐富的經驗，為了滿足當前發展的需要，結合以前的工作經驗和較早開發的簡單現場測試系統應用程序，重新開發并整合了當前較為綜合的溫濕度環境試驗設備現場測試系統即THXJ-20、THXJ-40系列（采集通道數不同）。該測試系統軟件融合了以前的功能，采用先進的數據庫管理技術、人性化的操作界面，從最大程度考慮用戶的使用方便。

軟件系統設計參照GB/T5170-1996系列、JJF1101-2003以及HB6783-93系列和GB9452-88，能進行各種環境試驗箱、烘箱或工業窯爐等試驗空間的溫度場、濕度場的測試。

1系統簡介

整個溫濕度采集系統主要由以下幾個組成部分：筆記本電腦，多路采集設備，鉑電阻，各種熱電偶，濕度傳感器和測試軟件。

測試系統軟件根據以往的測試經驗集合了最新的幾大特點：

（1）        采用數據庫管理，提供強大的歷史數據查詢功能；

（2）        具有記憶功能，可以直接進入最新的上一次測試，而不必重復填寫相關的參數設置；

（3）        可以兼容多種多路采集設備，如912采集模塊，吉時利2700數據采集器，安捷倫34970A數據采集器等；

（4）        可以實現自動或定時采集，實現無人值守測試；

（5）        可以顯示中心點溫度或濕度的監控曲線，便于查看升降溫變化；

（6）        采集通道數量可擴充。

（7）        具有數據回放功能，以曲線或Excel數據表的形式將歷史數據重現。

（8）        強大的打印功能，提供證書和原始數據的打印。

2軟件設計

采集軟件是整個測試系統的核心部分，在設計上盡量考慮用戶的使用方便，減小測試人員的工作量為出發點。程序采用Visual Basic語言編寫軟件前臺界面，以Access數據庫作為后臺管理，在設計主要分為五大塊：用戶管理，傳感器管理，查詢系統，采集參數設置和數據采集主界面，如下面框圖所示：

（一）        用戶管理

軟件提供了用戶管理界面，管理員可以任意添件、刪除或修改測試人員相關信息；在登錄界面中提供了用戶選擇操作，系統測試完畢后，所選用戶將會被保存至數據庫中，便于日后的數據管理和查詢。

（二）        傳感器管理

傳感器主要分為三大類：鉑電阻、熱電偶和濕度傳感器。在傳感器管理界面中三者的基本信息是相同的，主要包括編號、類型、名稱、生產廠家、出廠編號等等這些基本信息；但具體參數的填寫是不同的，主要是參考各自的檢定證書，如鉑電阻需要填寫R0值、R100值和α值，在數據采集過程當所選用的鉑電阻值轉化為溫度值需要調用其對應的R0值和R100值；熱電偶需要輸入三組經過檢定的溫度值和其對應的電勢值，這樣根據函數擬合可以計算出二次修正函數的系數Ai、Bi和Ci，在數據采集中當對熱電偶采集過來的電壓值進行修正時，就可以直接從數據中調用它們；對于濕度傳感器要求填寫斜率和截距值，一般在檢定證書上會給出標準的濕度值和其對應的電勢值，因此就要求對其進行線性擬合，求出傳感器的斜率和截距，程序采用最小二乘法提供了函數的線形擬合界面，根據輸入的幾組值可以給出擬合的直線以及濕度傳感器的斜率和截距值，這樣在數據處理中根據采集來的電壓值調用斜率和截距就可以直接求出相對濕度。

這種對傳感器采用數據庫的管理方式一方面是便于管理者對各種傳感器信息的了解，另一方面在數據采集中便于數據的快捷處理，提高了效率。

（三）        查詢系統

在數據查詢方面，軟件提供了強大的查詢功能，可以根據多種條件進行查詢，如“送檢單位”、“測試人員”、“設備名稱”、“測試日期”，等等。根據查詢的條件得到相應的測試基本信息，選中其中符合要求的一條點擊，可以查看此次測試的數據處理結果以及原始數據，對于原始數據程序提供了打印和導入到Excel表中的功能，方便用戶對原始數據進行一些特殊處理。

（四）        采集參數設置

采集參數設置包括了測試基本信息的填寫，通道設置，采集信息設置和檢定點及數據處理要求設置。

測試基本信息包括被測設備、檢定設備和測試環境三類信息。

通道設置是采集參數設置的核心部分，包括對溫度傳感器和濕度傳感器的設置。溫度傳感器可選用鉑電阻和熱電偶，當選用熱電偶時程序會提示是否補償。軟件提供了“自動補償”和“人工補償”兩種方式，“自動補償”是選取某一通道的鉑電阻所測試的室溫值來補償；而“人工補償”是直接輸入補償的溫度值。濕度傳感器可選用兩種方式，即“干濕球”和“濕度傳感器”，也可以選擇無濕度測試。“干濕球”測量只有在溫度選取了鉑電阻時才可用，因為要用到測溫的鉑電阻充當干球，這樣才能計算出相對濕度。溫度或濕度傳感器的數量可以從下拉框中選取也可填寫，選擇完畢并確定后程序會自動從數據庫順序調出所選傳感器，對于不合適的也可以修改。對于“O”或“Oh”位置對應的傳感器程序會自動記錄下來作為中心點的溫度或濕度傳感器。如果設定的方案需要經常使用，程序提供了方案保存功能，則可以將該方案保存，下次進入通道設置界面時直接調用相應方案即可。

采集信息設置主要是提供了串口選擇、采集方式選擇（手動采樣和定時采樣）以及采樣周期、采集組數和采集硬件設備的選取與設置。

檢定點及數據處理要求設置界面需要用戶設置檢定的溫度點或濕度點，同時給出溫度偏差要求范圍，濕度偏差要求范圍（有濕度測試）以及溫度均勻度和波動度的要求，最后的數據處理結果根據此要求來判定該環境試驗設備測試的數據是否合格。

（五）        數據采集主界面

在數據采集主界面提供了“數據監控”和“數據采樣”兩大塊，同時還附帶了通道設置和布點圖的相關信息。數據監控主要是監控中心點的溫度或濕度在升降溫中的變化，包括圖像和數據同步列表顯示。當有濕度測試時，溫濕度變化曲線在同一圖像中，便于測試人員的觀察。當試驗設備到達設定溫度并穩定后，可以根據按鈕提示進行數據采樣，根據設定的通道數、采樣間隔和采集組數開始采集；如果選取“定時采樣”到達設定時間后會自動從數據監控切換到數據采樣，采集完畢后軟件會自動對數據進行處理，并根據設定的要求判斷是否合格。

在數據處理上，針對不同標準軟件呈現不同的測試參數和計算結果，下面主要以GB/T5170-1996中溫濕箱測試為例做一說明。

在GB/T5170-1996溫濕箱測試中主要計算以下幾個參數：溫度上偏差、溫度下偏差、濕度上偏差、濕度下偏差、溫度波動度以及溫度均勻度，各自的計算方法分別如下：

1、溫度上偏差與溫度下偏差：

ΔTup=Tmax- TN  ；      

ΔTdown=Tmin- TN  ；

其中： ΔTup--溫度上偏差,℃；

ΔTdowm--溫度下偏差,℃；

      TN --溫度標稱值,℃；

      Tmax----所有測量點在30min內的實測最高溫度, ℃；

Tmin--所有測量點在30min內的實測最低溫度, ℃；

2、濕度上偏差與濕度下偏差：

ΔHup=Hmax- HN           

ΔHdown=Hmin- HN

其中： ΔHup-- 相對濕度上偏差,%RH；

      ΔHdown-- 相對濕度下偏差,%RH；

     Hmax-- 各測量點在n次測量中測得的最高相對濕度值，%RH；

     Hmin-- 各測量點在n次測量中測得的最低相對濕度值，%RH；

        HN -- 標稱相對濕度值，%RH。

3、溫度波動度：

其中：   ΔTf--溫度波動度,℃；

Tfmax--中心點在n次測量中測得的最高溫度, ℃；

Tfmin--中心點在n次測量中測得的最低溫度, ℃。

4、溫度均勻度：

  

其中：   ΔTu--溫度均勻度,℃；

       n --測量次數；

       Tjmax--各測量點在第j次測量中測得的最高溫度, ℃；

       Tjmin--各測量點在第j次測量中測得的最低溫度, ℃。

上述列舉了在依據GB/T5170-1996測試溫濕箱時采用的數據處理方法，如果測試時選擇其他參考依據，軟件會自動根據相應的標準或規程來處理采集數據。

3總結

整個軟件在設計過程中默認設置基本按照GB/T 5170系列標準要求完成，如布點、采集間隔、采集組數、數據處理等，但相對單一的檢定規程，軟件自身又具有廣泛的靈活性和更大的拓展空間，測試人員可以根據自己的要求來完成設置。

綜上所述，用于現場測試的溫濕度采集系統軟件可以大大減輕測試人員的工作，提高對試驗設備測試數據的準確性，可靠性，適合于各種溫度場、濕度場的現場測試。

參考文獻：

[1]國防科工委科技與質量司，熱學計量（計量培訓教材）[M].北京：原子能出版社，2002年.

[2] GB/T 5170.1-1995，電工電子產品環境試驗設備基本參數檢定方法 總則[S].

[3] GB/T 5170.2-1996，電工電子產品環境試驗設備基本參數檢定方法 溫度試驗設備[S].

[4] GB/T 5170.5-1996，電工電子產品環境試驗設備基本參數檢定方法 濕熱試驗設備[S].

[5] GB/T 9452-2003，熱處理爐有效加熱區測定方法[S].

[6] JJF 1101-2003，環境試驗設備溫度、濕度校準規范[S].