探討無線射頻溫度測量系統(tǒng)在溫度計(jì)量中的應(yīng)用

呂玲 崔超 陳奕豪 熊玉亭

摘 要：無線溫度傳感器將溫度參數(shù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號，并對接收終端發(fā)送無線信號，對系統(tǒng)實(shí)行檢測、調(diào)節(jié)和控制。無線溫度傳感器已廣泛應(yīng)用于各個(gè)自動化行業(yè)。目前設(shè)備的多樣性，傳統(tǒng)的有線溫度測溫儀在溫度計(jì)量、環(huán)境監(jiān)測時(shí)已無法滿足使用需求。該文主要簡單地談?wù)劅o線射頻溫度測量系統(tǒng)的組成，在遇到一些特殊環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度計(jì)量時(shí)的應(yīng)用。討論了無線射頻溫度測量系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，在計(jì)量院里的溯源建標(biāo)情況，最后做總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：無線溫度測量系統(tǒng) 溫度計(jì)量 環(huán)境監(jiān)測 應(yīng)用

中圖分類號：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0088-01

溫度是實(shí)際應(yīng)用中使用最多的一個(gè)物理量，溫度監(jiān)控被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)檢測、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生、物料倉貯、農(nóng)業(yè)栽培、育種育苗等行業(yè)中，對實(shí)現(xiàn)保證生產(chǎn)工藝及流程、產(chǎn)品質(zhì)量符合有關(guān)要求以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠起著重要作用。隨著電子信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了很多功能完善，使用方便的無線溫度測量系統(tǒng)。并且可以在PC機(jī)上顯示、保存、統(tǒng)計(jì)，可以遠(yuǎn)程控制和報(bào)警。它大大降低布線成本，解決有線傳感器存在的一些弊端。

1 無線射頻溫度測量系統(tǒng)的組成

[1]無線測控系統(tǒng)按功能可分為兩部分：一是無線測控終端，包括溫度采集模塊、溫度數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，二是具有程序運(yùn)行功能的移動設(shè)備，包括數(shù)據(jù)接收部分、數(shù)據(jù)處理模塊、串口通訊模塊和PC機(jī)。兩者通過無線數(shù)據(jù)通訊聯(lián)系，可以實(shí)時(shí)接收、存儲以及管理數(shù)據(jù)，并可以綜合計(jì)算分析。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，見圖1所示。

系統(tǒng)的具體工作過程：在無線測控終端，由溫度傳感器負(fù)責(zé)環(huán)境溫度的信號采集，然后直接輸送給數(shù)據(jù)處理部分；數(shù)據(jù)處理部分將接受的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，按一定的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)打包處理，寫入無線通訊模塊的發(fā)送緩沖區(qū)；在無線主機(jī)部分，由無線收發(fā)模塊完成數(shù)據(jù)的接收，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理，通過串口傳輸給PC機(jī)。該系統(tǒng)具有如下功能：（1）基于移動設(shè)備可現(xiàn)場檢測、現(xiàn)場分析；（2）無線傳輸檢測信號，可以同時(shí)連接多個(gè)檢測終端；（3）探頭與移動設(shè)備之間無線連接，操作人員可以遠(yuǎn)離檢測現(xiàn)場，避免因活動和呼吸對測試結(jié)果的影響，同時(shí)可以適當(dāng)?shù)乇ＷC操作人員的安全。

2 無線射頻溫度測量系統(tǒng)的特殊應(yīng)用

國內(nèi)中國安防提供了Smart Node WTS01無線溫度傳感器，測溫范圍：-50～+150℃，主要應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、溫度采集以及食品、醫(yī)藥行業(yè)溫度監(jiān)測等；上海搜博實(shí)業(yè)有限公司 SLWT1-1系列ZIGBEE無線溫度傳感器，測溫范圍：-25～+125℃，實(shí)現(xiàn)低成本溫度狀態(tài)在線監(jiān)測方案的實(shí)用型無線組網(wǎng)傳感器模塊，可廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)采集監(jiān)測的各種場合。

該文歸納認(rèn)為，無線測溫儀可以普遍應(yīng)用于房間倉庫醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室及運(yùn)輸過程的溫濕度監(jiān)控，現(xiàn)在主要討論在日常計(jì)量檢測工作中用有線傳感器解決不了的一些問題，如以下一些特殊的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備。

（1）高壓密封設(shè)備。例如：壓力蒸汽滅菌器等，用有線傳感器檢測時(shí)，當(dāng)溫度升高，漏氣嚴(yán)重，壓力達(dá)不到，計(jì)量部門面對種類較多的滅菌設(shè)備做相應(yīng)的法蘭密封不太現(xiàn)實(shí)。

（2）真空設(shè)備。例如：真空干燥箱、熱壓真空罐、空間模擬試驗(yàn)箱等，這些設(shè)備在使用時(shí)都需要抽真空，用有線傳感器真空度達(dá)不到。

（3）低溫設(shè)備及大空間。例如：大冷庫，大養(yǎng)護(hù)池。如果用有線溫度傳感器時(shí)布線很長，通常已經(jīng)超出了普通溫度記錄采集儀的使用環(huán)境溫度范圍，長期處于低溫或高溫環(huán)境中會導(dǎo)致采集儀不工作的現(xiàn)象，而且會遇到儀器供電電源難解決等一系列的問題。

（4）環(huán)境惡劣的情況下，比如潮濕，粉塵污染，噪聲污染嚴(yán)重的，普通溫度計(jì)量設(shè)備及操作人員不宜長久停留的地方，使用無線的溫度測量儀就很好的解決了問題。

（5）自動化設(shè)備，如烘干隧道，帶式輸送機(jī)等，其持續(xù)可靠的運(yùn)行關(guān)系到生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，計(jì)量檢測時(shí)無法進(jìn)行有線傳感器布線的。密封性比較好的且沒有測試孔的設(shè)備，容易損壞有線的傳感器，也最好使用無線的傳感器測量。

3 無線射頻溫度測量系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足

在日常溫度校準(zhǔn)過程中，“布線”工作非常繁重，一般布線時(shí)間長，破壞了原本穩(wěn)定的環(huán)境條件，需要再等穩(wěn)定后才能進(jìn)行其溫濕度性能檢測，使得工作效率極其低下，而且傳感器在檢測過程中很容易遭到損壞。以上所有問題用無線溫度測量儀均可以解決。無線溫度傳感器的其它優(yōu)勢也比較明顯：無線溫度測量儀的傳感器及記錄存儲部分已經(jīng)一體化；傳輸不受距離的限制；內(nèi)置電池不受電源的限制；有線溫度測量儀能測量的儀器設(shè)備無線溫度測量儀一般都能測量；與上位機(jī)的通訊具有數(shù)據(jù)自動采集、計(jì)算處理、結(jié)果判定、數(shù)據(jù)庫管理等功能。

但也存在一些不足：目前的技術(shù)水平溫度記錄范圍比較低。因要求性能穩(wěn)定且準(zhǔn)確度等級高就需要購買一些進(jìn)口的無線溫度測量系統(tǒng)但價(jià)格昂貴。內(nèi)置電池壽命有限需經(jīng)常更換。不能用于紅外輻射，紫外，氙燈加熱的設(shè)備。特別要注意不能用于微波加熱的設(shè)備，金屬外殼不易散熱容易發(fā)生爆炸。

4 結(jié)語

目前，無線溫度測量儀還存在一些不足，比較常見的溫度記錄范圍在-40℃～+135℃，高溫段的技術(shù)問題難以解決，需要進(jìn)一步的研究探索，以便推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李余慶，張華，劉繼忠.基于DS1820的無線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)信息，2009（26）：187-189.

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