用于現(xiàn)場測試的溫濕度采集系統(tǒng)軟件

0引言

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

在環(huán)境試驗箱等設(shè)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(jīng)驗，為了滿足當(dāng)前發(fā)展的需要，結(jié)合以前的工作經(jīng)驗和較早開發(fā)的簡單現(xiàn)場測試系統(tǒng)應(yīng)用程序，重新開發(fā)并整合了當(dāng)前較為綜合的溫濕度環(huán)境試驗設(shè)備現(xiàn)場測試系統(tǒng)即THXJ-20、THXJ-40系列（采集通道數(shù)不同）。該測試系統(tǒng)軟件融合了以前的功能，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、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(tǒng)設(shè)計參照GB/T5170-1996系列、JJF1101-2003以及HB6783-93系列和GB9452-88，能進(jìn)行各種環(huán)境試驗箱、烘箱或工業(yè)窯爐等試驗空間的溫度場、濕度場的測試。

1系統(tǒng)簡介

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

測試系統(tǒng)軟件根據(jù)以往的測試經(jīng)驗集合了最新的幾大特點：

（1）        采用數(shù)據(jù)庫管理，提供強大的歷史數(shù)據(jù)查詢功能；

（2）        具有記憶功能，可以直接進(jìn)入最新的上一次測試，而不必重復(fù)填寫相關(guān)的參數(shù)設(shè)置；

（3）        可以兼容多種多路采集設(shè)備，如912采集模塊，吉時利2700數(shù)據(jù)采集器，安捷倫34970A數(shù)據(jù)采集器等；

（4）        可以實現(xiàn)自動或定時采集，實現(xiàn)無人值守測試；

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

（6）        采集通道數(shù)量可擴充。

（7）        具有數(shù)據(jù)回放功能，以曲線或Excel數(shù)據(jù)表的形式將歷史數(shù)據(jù)重現(xiàn)。

（8）        強大的打印功能，提供證書和原始數(shù)據(jù)的打印。

2軟件設(shè)計

采集軟件是整個測試系統(tǒng)的核心部分，在設(shè)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(fā)點。程序采用Visual Basic語言編寫軟件前臺界面，以Access數(shù)據(jù)庫作為后臺管理，在設(shè)計主要分為五大塊：用戶管理，傳感器管理，查詢系統(tǒng)，采集參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)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(guān)信息；在登錄界面中提供了用戶選擇操作，系統(tǒng)測試完畢后，所選用戶將會被保存至數(shù)據(jù)庫中，便于日后的數(shù)據(jù)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(chǎn)廠家、出廠編號等等這些基本信息；但具體參數(shù)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(shù)據(jù)采集過程當(dāng)所選用的鉑電阻值轉(zhuǎn)化為溫度值需要調(diào)用其對應(yīng)的R0值和R100值；熱電偶需要輸入三組經(jīng)過檢定的溫度值和其對應(yīng)的電勢值，這樣根據(jù)函數(shù)擬合可以計算出二次修正函數(shù)的系數(shù)Ai、Bi和Ci，在數(shù)據(jù)采集中當(dāng)對熱電偶采集過來的電壓值進(jìn)行修正時，就可以直接從數(shù)據(jù)中調(diào)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(biāo)準(zhǔn)的濕度值和其對應(yīng)的電勢值，因此就要求對其進(jìn)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(shù)的線形擬合界面，根據(jù)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(shù)據(jù)處理中根據(jù)采集來的電壓值調(diào)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集中便于數(shù)據(jù)的快捷處理，提高了效率。

（三）        查詢系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)查詢方面，軟件提供了強大的查詢功能，可以根據(jù)多種條件進(jìn)行查詢，如“送檢單位”、“測試人員”、“設(shè)備名稱”、“測試日期”，等等。根據(jù)查詢的條件得到相應(yīng)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(shù)據(jù)處理結(jié)果以及原始數(shù)據(jù)，對于原始數(shù)據(jù)程序提供了打印和導(dǎo)入到Excel表中的功能，方便用戶對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一些特殊處理。

（四）        采集參數(shù)設(shè)置

采集參數(shù)設(shè)置包括了測試基本信息的填寫，通道設(shè)置，采集信息設(shè)置和檢定點及數(shù)據(jù)處理要求設(shè)置。

測試基本信息包括被測設(shè)備、檢定設(shè)備和測試環(huán)境三類信息。

通道設(shè)置是采集參數(shù)設(shè)置的核心部分，包括對溫度傳感器和濕度傳感器的設(shè)置。溫度傳感器可選用鉑電阻和熱電偶，當(dāng)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?shù)臏囟戎怠穸葌鞲衅骺蛇x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(dāng)干球，這樣才能計算出相對濕度。溫度或濕度傳感器的數(shù)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(shù)據(jù)庫順序調(diào)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(yīng)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(shè)定的方案需要經(jīng)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(jìn)入通道設(shè)置界面時直接調(diào)用相應(yīng)方案即可。

采集信息設(shè)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(shù)和采集硬件設(shè)備的選取與設(shè)置。

檢定點及數(shù)據(jù)處理要求設(shè)置界面需要用戶設(shè)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(shù)據(jù)處理結(jié)果根據(jù)此要求來判定該環(huán)境試驗設(shè)備測試的數(shù)據(jù)是否合格。

（五）        數(shù)據(jù)采集主界面

在數(shù)據(jù)采集主界面提供了“數(shù)據(jù)監(jiān)控”和“數(shù)據(jù)采樣”兩大塊，同時還附帶了通道設(shè)置和布點圖的相關(guān)信息。數(shù)據(jù)監(jiān)控主要是監(jiān)控中心點的溫度或濕度在升降溫中的變化，包括圖像和數(shù)據(jù)同步列表顯示。當(dāng)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(dāng)試驗設(shè)備到達(dá)設(shè)定溫度并穩(wěn)定后，可以根據(jù)按鈕提示進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，根據(jù)設(shè)定的通道數(shù)、采樣間隔和采集組數(shù)開始采集；如果選取“定時采樣”到達(dá)設(shè)定時間后會自動從數(shù)據(jù)監(jiān)控切換到數(shù)據(jù)采樣，采集完畢后軟件會自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)設(shè)定的要求判斷是否合格。

在數(shù)據(jù)處理上，針對不同標(biāo)準(zhǔn)軟件呈現(xiàn)不同的測試參數(shù)和計算結(jié)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(shù)：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(biāo)稱值,℃；

      Tmax----所有測量點在30min內(nèi)的實測最高溫度, ℃；

Tmin--所有測量點在30min內(nèi)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(biāo)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(shù)；

       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(jù)GB/T5170-1996測試溫濕箱時采用的數(shù)據(jù)處理方法，如果測試時選擇其他參考依據(jù)，軟件會自動根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程來處理采集數(shù)據(jù)。

3總結(jié)

整個軟件在設(shè)計過程中默認(rèn)設(shè)置基本按照GB/T 5170系列標(biāo)準(zhǔn)要求完成，如布點、采集間隔、采集組數(shù)、數(shù)據(jù)處理等，但相對單一的檢定規(guī)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(jù)自己的要求來完成設(shè)置。

綜上所述，用于現(xiàn)場測試的溫濕度采集系統(tǒng)軟件可以大大減輕測試人員的工作，提高對試驗設(shè)備測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可靠性，適合于各種溫度場、濕度場的現(xiàn)場測試。

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