溫濕度記錄儀的工作原理和應用

一、前言

溫濕度測量是現代測量新發(fā)展出來(lái)的一個(gè)領(lǐng)域，尤其濕度的測量更是不斷前進(jìn)。經(jīng)歷了長(cháng)度法、干濕法直至今天的電測量的歷程，使濕度測量技術(shù)日漸成熟。時(shí)至今日，由于我們不再滿(mǎn)足于濕度的測量，尤其是一些場(chǎng)所的監控直接要求實(shí)時(shí)記錄其全過(guò)程溫濕度變化，并依據這些變化認定儲運過(guò)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(jìn)行測量并按照預定的時(shí)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(lián)接到PC機，利用適配軟件將存儲的數據提出并按其數值、時(shí)間進(jìn)行分析的儀器。利用該儀器可確定儲運過(guò)程、實(shí)驗過(guò)程等相關(guān)過(guò)程沒(méi)有任何危及產(chǎn)品安全的事件發(fā)生。

下面以瑞士ROTRONIC公司生產(chǎn)的Hygrolog 溫濕度記錄器為例介紹溫濕度記錄器的原理及應用。

二、溫濕度記錄器的原理

溫濕度記錄器由三大部分組成：測量部分、儀器本體、PC界面。

圖1記錄器的結構框圖

下面分別介紹這三部分：

（一）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(chǎng)房、實(shí)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(chǎn)品破壞小的場(chǎng)所。例如：博物館保存雕塑、雕刻等藝術(shù)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(huán)境。
Hygroclip HS28 劍式探頭，應用于造紙、印刷、卷狀堆積物等場(chǎng)所。

以上探頭為完全互換探頭，均可以和Hygrolog進(jìn)行聯(lián)接。并完成不同功能。

（二）儀器本體

Hygrolog 記錄器，通過(guò)探頭進(jìn)行測量，將數據存儲并傳輸至PC，其存儲容量為10000個(gè)數據點(diǎn)（溫度、濕度各5000點(diǎn)），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(shí)間最長(cháng)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。

圖2 在電腦上生成的記錄曲線(xiàn)及分析圖表

（三） 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(xiàn)等，這是數據記錄器不可分割的一部分。一個(gè)好的上位機軟件能夠提供記錄器最廣泛的支持，通過(guò)上位機的支持，鍵盤(pán)等不必要的零件解放了，同時(shí)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(gè)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(diǎn)是：可將產(chǎn)品體積變小，但卻帶來(lái)了占用存儲資源、校準不便等問(wèn)題，也不能同時(shí)運用標準產(chǎn)品完成多種功能，同時(shí)，還帶來(lái)了由于電池限制而導致監測范圍變窄等問(wèn)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(lái)：1、需要A/D轉換；2、要求對應不同量程和不同輸入進(jìn)行不同的電路或參數變換這兩個(gè)問(wèn)題。

基于以上原因，對我們提出了新的設計任務(wù)，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(shù)，符合一致的協(xié)議，消除了A/D轉換的問(wèn)題。同時(shí)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(xiàn)協(xié)議及DIO總線(xiàn)技術(shù)，使其資源大大節約。這樣減少了耗電元件，保證了電池更長(cháng)的工作時(shí)間。例如：應用750mAh的電池，5分鐘為采樣間隔，可連續記錄6個(gè)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(lǐng)域的應用成為可能。

三、典型應用

（一）食品儲運

由于食品儲運過(guò)程時(shí)間并不是一個(gè)短期問(wèn)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(cháng)。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(mén)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(guān)，平衡相對濕度值為81%RH的蛋糕，其保質(zhì)期為27℃時(shí)14天、21℃時(shí)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(shí)8天、21℃ 時(shí)12天。吸濕物質(zhì)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(zhì)與空氣中水不進(jìn)行交換情況下，由周?chē)�空氣獲取的濕度值。這個(gè)定義很清楚，為了成功地儲存和保持這些產(chǎn)品，環(huán)境氣候的控制及包裝必須仔細指明。同時(shí)，很多食品的保存在過(guò)于干燥情況下，其口感都會(huì )有些變壞。針對這種情況，要求實(shí)時(shí)記錄溫濕度變化，保證食品安全進(jìn)入消費者口中。

當長(cháng)途運輸或者海運冷凍冷藏食品時(shí)，如何在接收時(shí)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(fā)貨的時(shí)候放入貨艙中一個(gè)記錄器，并啟動(dòng)它，溫濕度記錄器有一個(gè)精密的內部時(shí)鐘，忠實(shí)地記錄指定時(shí)間間隔的溫濕度數據，在取出時(shí)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(guò)容許值,什么時(shí)候及持續時(shí)間都能輕松獲得，承運方是否有責任也會(huì )立即知曉。

（二）博物館文物和檔案的管理

這是溫濕度產(chǎn)品應用的另一個(gè)大的領(lǐng)域，而記錄器在其中又是很有特色的產(chǎn)品。檔案的紙張在溫濕度適宜的條件可以多存放一些時(shí)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(wú)存，對檔案館進(jìn)行溫濕度記錄是必要的，可以預防惡性事故的發(fā)生。使用溫濕度記錄器將使溫濕度記錄的工作得以簡(jiǎn)化，也將節約文物保管的成本，使這一工作得以科學(xué)化，不受到過(guò)多的人為因素的干擾。同時(shí)由于采用Hygroclip sc04這樣的微小探頭，保證了對藝術(shù)品的最小破壞的前提下，文物，包括其色彩、形狀不受損毀。

（三）建材實(shí)驗

在建材尤其是混凝土干燥過(guò)程中，我們應注意其干燥趨勢，這是評價(jià)產(chǎn)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(shí)間就是生命，準確把握混凝土干燥時(shí)間為先發(fā)致敵，為有效地將有生力量提供到戰場(chǎng)上提供了保證，這一功能由Hygrolog+HygroClip sc04完成。

（四）農業(yè)及畜牧業(yè)

農業(yè)及畜牧業(yè)生產(chǎn)，尤其一些經(jīng)濟作物的生產(chǎn)，在其幼苗期要詳細記錄溫濕度值。而在農業(yè)應用中，由于惡劣環(huán)境——肥料、糞便等造成的酸堿性環(huán)境使濕度產(chǎn)品漂移超出其他環(huán)境，這樣就要求濕敏電容漂移較小、整機校準方便。

氣候記錄：Hygrolog溫溫度記錄儀對農業(yè)及氣象分析具有很突出的意義。

（五）建筑驗收

主要體現在智能樓宇的驗收。由于建筑行業(yè)的驗收項目多，除暖通空調指標外，其他諸如射線(xiàn)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(guān)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(jìn)入這些場(chǎng)所并長(cháng)期在其間進(jìn)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(huì )保證在取得可靠數據的同時(shí)對測試人員的人身安全進(jìn)行最大保護

（六）重要醫衛場(chǎng)所

按照《醫院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規范征求意見(jiàn)稿》的要求手術(shù)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(huán)境溫濕度對操作者和病人都是非常重要的。當室溫超過(guò)28℃，濕度大于70%RH時(shí)，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(shù)水平不能得到很好的發(fā)揮。同時(shí)病人也會(huì )出現心率快、出汗多等癥狀而增加手術(shù)難度；當室溫低于20度時(shí)，只穿手術(shù)衣的操作者會(huì )感到冷，易影響操作動(dòng)作的靈敏性和準確性，尤其是手指的細微動(dòng)作。裸露的病人由于創(chuàng )傷機體抵抗力處于低下水平，更易發(fā)生感冒等并發(fā)癥。室內濕度低，物體表面浮塵隨某些動(dòng)作，如鋪單、開(kāi)關(guān)門(mén)等造成氣流改變而懸浮在空氣中。手術(shù)間內外溫差大，開(kāi)門(mén)后部分區域的空氣形成蝸流，風(fēng)速增大到約手術(shù)間原風(fēng)速的4倍，此時(shí)物體表面附著(zhù)物迅速飄浮于空氣中。根據美國CDC的調查表明手術(shù)室空氣中浮游菌數在700-800cfu/m3時(shí)就有經(jīng)空氣感染的危險。從結果可見(jiàn)，手術(shù)時(shí)鋪單至鋪單后2小時(shí)空氣污染最嚴重，此時(shí)正是手術(shù)階段。由于受重力作用，室內飄塵可直接沉降到手術(shù)創(chuàng )面，或操作者的手或手術(shù)器械上，因此加強控制此期的空氣污染對預防術(shù)后切口感染是致關(guān)重要的。這些要求衛生防疫部門(mén)通過(guò)自己的監測確認各醫院手術(shù)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。

（七）管路維護

管路里的濕氣會(huì )促進(jìn)微生物生長(cháng)，管道上發(fā)霉就是這樣形成的。這不但影響空氣流動(dòng)，還會(huì )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(zhì)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(chē)找到了非常好的辦法來(lái)研究管道狀況、遠程視頻設備及檢查管路。

五、小結

無(wú)人值守的溫濕度記錄器為操作人員節省時(shí)間，可以在人不便參與的場(chǎng)合工作，提供了準確的數據，也為事后分析提供了便捷的途徑。由于筆者能力有限，未能對其典型應用進(jìn)行詳盡的說(shuō)明，謹請業(yè)內同行多加指正。