專利名稱：智能空氣溫濕度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及空氣物理量測(cè)量裝置，特別是涉及一種測(cè)量空氣溫度和相對(duì)濕度的裝置。
背景技術(shù)：
空氣溫濕度觀測(cè)與人們的日常生活密切相關(guān)。在氣象觀測(cè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航天探空、能源開發(fā)、交通旅游、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行測(cè)量及控制；同時(shí)溫濕度觀測(cè)也是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站的常規(guī)觀測(cè)項(xiàng)目。溫濕度測(cè)量在這些領(lǐng)域起著非常重要的作用?？諝鉁貪穸葴y(cè)量?jī)x器得到不斷更新和發(fā)展，從早期的玻璃水銀溫度計(jì)和干濕球濕度計(jì)發(fā)展到現(xiàn)在的自動(dòng)化空氣溫濕度測(cè)量傳感器?，F(xiàn)有的自動(dòng)化空氣溫濕度測(cè)量傳感器， 采用的測(cè)量原理不同，使用過程中存在以下問題1、沒有采用一體化設(shè)計(jì)，安裝時(shí)需要購(gòu)置專業(yè)的百葉箱或防輻射罩，用戶安裝較復(fù)雜，增加了使用成本；2、溫濕度敏感元件采用分立的小信號(hào)模擬輸出半導(dǎo)體器件，調(diào)理測(cè)量電路復(fù)雜，而且不能直接利用總線方式組網(wǎng)測(cè)量，用戶不能自行校準(zhǔn)傳感器；3、實(shí)際使用中，空氣中的灰塵、鹽霧常常會(huì)積聚在傳感器上，由于不能浸入水中清洗，導(dǎo)致長(zhǎng)期使用后測(cè)量精度下降和工作穩(wěn)定性變差；4、使用鉬電阻做干濕球感溫元件的，通過電路把電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，以適應(yīng)氣溫發(fā)生變化時(shí)鉬電阻阻值的改變，并經(jīng)計(jì)算后獲得對(duì)應(yīng)的大氣溫度，這種方法得電路調(diào)制比較復(fù)雜，測(cè)量精度容易受到模擬器件溫漂的影響，而且需要人工定期更換紗布、添水，北方冬天水結(jié)冰時(shí)就不能使用；5、冷鏡式露點(diǎn)儀的測(cè)濕原理接近濕度的定義，測(cè)量準(zhǔn)確度高，一直作為濕度標(biāo)準(zhǔn)儀器，但由于價(jià)格昂貴一直沒有能夠在氣象觀測(cè)中推廣使用。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)空氣溫濕度測(cè)量設(shè)備所存在的問題，本實(shí)用新型推出一種能夠長(zhǎng)期、連續(xù)、自動(dòng)測(cè)量空氣溫濕度的裝置，采用溫濕傳感器探頭和防輻射罩相配合的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕傳感器敏感元件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空氣溫度、濕度的自動(dòng)測(cè)量。本實(shí)用新型所涉及的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置包括溫濕度傳感器探頭、防輻射罩、安裝支架。溫濕度傳感器探頭安裝在防輻射罩中，溫濕傳感器探頭外殼與防輻射罩連結(jié)成一體，安裝支架將防輻射罩固定支撐。防輻射罩主體由圓形盤片疊加組成，中間設(shè)置傳感器安裝孔。防輻射罩使溫濕度傳感器探頭免受太陽(yáng)直接照射，免受降水和強(qiáng)風(fēng)的影響，還可以減少來自地面或者海面上垂直氣流的影響，同時(shí)保持空氣在防輻射罩內(nèi)自由流通。溫濕度傳感器探頭為柱狀結(jié)構(gòu)，包括套管、溫濕度敏感元件、過濾膜骨架、PTFE過濾膜、保護(hù)罩、數(shù)據(jù)采集電路板、信號(hào)電纜。套管呈圓筒狀，兩端分別由上端蓋和下端蓋封堵。溫濕度敏感元件固定在套管上端蓋的外側(cè)，通過導(dǎo)線與套管內(nèi)的數(shù)據(jù)采集電路板連接。數(shù)據(jù)采集電路板安裝在套管中心，由螺絲固定在套管下端蓋的內(nèi)側(cè)。溫濕度敏感元件置于過濾膜骨架內(nèi)，過濾膜骨架上纏繞PTFE過濾膜，過濾膜骨架外側(cè)設(shè)置保護(hù)罩，保護(hù)罩螺紋連接到套管的上端蓋上，過濾膜骨架通過螺紋旋接在保護(hù)罩頂部。保護(hù)罩上分布圓形通氣孔，以便溫濕度敏感元件通過這些通氣孔與外部進(jìn)行氣流交換。數(shù)據(jù)采集電路板與一端固定在套管下端蓋上的信號(hào)電纜連接，信號(hào)電纜從溫濕度傳感器探頭的末端引出，并與外部數(shù)據(jù)采集處理的上位機(jī)連接。溫濕傳感器敏感元件包括電容性聚合體濕度敏感元件和能隙材料制成的溫度敏感元件，信號(hào)輸出方式為經(jīng)校準(zhǔn)的二線數(shù)字化輸出。數(shù)據(jù)采集電路板通過對(duì)敏感元件的溫濕度感應(yīng)值采集處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空氣溫度、濕度的自動(dòng)測(cè)量。數(shù)據(jù)采集電路板采集溫濕度敏感元件輸出的原始溫濕度輸出值，經(jīng)過運(yùn)算處理后，再通過信號(hào)電纜向上位機(jī)輸出實(shí)時(shí)的、校正的溫濕度測(cè)量值。數(shù)據(jù)采集電路板上的測(cè)量控制電路按照功能分為信號(hào)調(diào)理單元、微處理器單元、RS-485隔離通信接口單元、時(shí)鐘源電源單元五個(gè)部分。溫濕度敏感元件可通過數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字化的濕度值稱為“相對(duì)濕度”，經(jīng)線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后得到更為準(zhǔn)確的濕度值。補(bǔ)償依照實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行，首先對(duì)敏感元件進(jìn)行全范圍的測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，研究其線性程度和離散性分布，通過使用最小二乘法計(jì)算得到一條修正曲線，將其輸入傳感器的微處理器單元，編入程序中。在傳感器的測(cè)量過程中利用這條曲線將獲得的數(shù)據(jù)作相應(yīng)的修正，最終獲得穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。溫度敏感元件是采用PTAT能隙材料制成的，具有很好的線性輸出。溫度值(Temperature)由下式得出Temperature=dl+d2 X SOT式中S0T是原始采樣值，dl和d2為特定系數(shù)，dl的取值與傳感器的工作電壓有關(guān)，d2的取值與傳感器內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率有關(guān)。溫度補(bǔ)償算法同樣采用最小二乘法。本實(shí)用新型所涉及的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置采用防輻射罩和溫濕度傳感器探頭一體化設(shè)計(jì)的思路。選用高度集成、高精度和小尺寸、低成本的敏感元件，使用穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并采用最小二乘法校正數(shù)據(jù)測(cè)量誤差。測(cè)量裝置與上位機(jī)采用RS-485通信，可以方便組網(wǎng)，進(jìn)行多點(diǎn)的溫濕度測(cè)量，還可以通過接受上位機(jī)的命令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出、自校準(zhǔn)、自動(dòng)標(biāo)定、故障報(bào)警等功能。該測(cè)量裝置不受地域限制，可以在任何氣候條件下使用，具有成本低、精度高、響應(yīng)速度快、可靠性高、輸出數(shù)字化、可網(wǎng)絡(luò)化集成和智能化的特點(diǎn)。另外，數(shù)據(jù)采集電路板全部采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)，沒有模擬器件，克服了傳統(tǒng)模擬調(diào)理電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，精度易受器件溫度漂移影響的缺陷。傳感器探頭使用透氣不透水的PTFE過濾膜阻擋灰塵和鹽霧，可浸沒在水里清洗，在不損失任何精度的情況下顯著提高使用壽命。

圖I為本實(shí)用新型的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的溫濕度傳感器探頭組裝示意圖；附圖中標(biāo)記說明I、信號(hào)電纜2、溫濕度傳感器探頭3、自鎖緊插頭4、底托5、防福射罩6、黃銅支柱7、頂蓋8、圓形盤片[0021]9、蝶形螺母10、固定塊11、連接板12、安裝支架[0023]13、安裝卡環(huán)14、自鎖緊螺母15、下端蓋16、數(shù)據(jù)采集電路板17、套管18、上端蓋19、溫濕度敏感元件20、PTFE過濾膜21、過濾膜骨架22、保護(hù)罩23、通氣孔。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所涉及的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置包括溫濕度傳感器探頭2、防輻射罩5、安裝支架12。溫濕度傳感器探頭2安裝在防輻射罩5中，溫濕傳感器探頭2外殼與防輻射罩5連結(jié)成一體。安裝支架12通過連接板11將防輻射罩5固定，連接板11通過安裝卡環(huán)13和固定塊10固定在安裝支架12上。連接板11穿過防輻射罩5的黃銅支柱后，通過蝶形螺母9與防輻射罩5的底托4固定，以支撐防輻射罩5和溫濕度傳感器探頭2。防輻射罩5采用工程塑料加工而成，包括底托4、11片圓形盤片8和頂蓋7。底托4、圓形盤片8和頂蓋7由3根直徑5_、長(zhǎng)145_的黃銅支柱6連接在一起，圓形盤片8分層固定在兩根直立的黃銅支柱6上。頂蓋7為圓盤狀，設(shè)置在防輻射罩5的頂面。黃銅支柱6的一端旋進(jìn)頂蓋7的內(nèi)螺紋中，另一端由蝶形螺母9與底托4固定。防輻射罩圓形盤片8和底托4中央開有溫濕傳感器探頭2安裝孔，底托4中央安裝的自鎖緊螺母14將溫濕傳感器探頭2與防福射罩5的底托4固定。溫濕度傳感器探頭2為柱狀結(jié)構(gòu)，包括套管17、溫濕度敏感元件19、PTFE過濾膜20、過濾膜骨架21、保護(hù)罩22、數(shù)據(jù)采集電路板16、信號(hào)電纜I。套管17由UPVC材料加工而成，溫濕度敏感元件19置于過濾膜骨架21的內(nèi)部。過濾膜骨架21上纏繞PTFE過濾膜20，過濾膜骨架21外側(cè)設(shè)置保護(hù)罩22，保護(hù)罩22螺紋連接到套管17的上端蓋上，過濾膜骨架21通過螺紋旋接在保護(hù)罩22頂部。保護(hù)罩22通過螺紋連接到上端蓋18上。保護(hù)罩22上等距分布了 32個(gè)圓形通氣孔23，以便溫濕度敏感元件19通過這些通氣孔與外部交換氣流。數(shù)據(jù)采集電路板16安裝在套管17內(nèi)，由螺絲固定在套管17的下端蓋15上。數(shù)據(jù)采集電路板16與一端固定在套管17下端蓋上的信號(hào)電纜I連接，信號(hào)電纜I從溫濕度傳感器探頭2的末端引出，穿過安裝在下端蓋15中心的自鎖緊螺母14后與外部數(shù)據(jù)采集處理的上位機(jī)連接。溫濕傳感器敏感元件19采用DHT95，它包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。DHT95將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A / D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，溫度的最大誤差是±0.3°C，濕度的最大誤差是±1.8，采用數(shù)字化輸出，傳輸可靠性高。溫濕度敏感元件19位于裝有PTFE過濾膜20的過濾膜骨架21的中間，通過2. 54mm的雙排針與上端蓋18上的雙排孔相接插，并由保護(hù)罩22來保護(hù)。
權(quán)利要求1.ー種智能空氣溫濕度測(cè)量裝置，其特征在干包括溫濕度傳感器探頭(2)、防輻射罩(5)、安裝支架(12)，溫濕度傳感器探頭⑵安裝在防輻射罩(5)中，防輻射罩(5)主體由圓形盤片疊加組成，溫濕傳感器探頭(2)外殼與防輻射罩(5)連結(jié)成一體，安裝支架(12)將防輻射罩(5)固定支撐；溫濕度傳感器探頭(2)包括套管(17)、溫濕度敏感元件(19)、過濾膜骨架(21)、保護(hù)罩(22)、數(shù)據(jù)采集電路板(16)，溫濕度敏感元件(19)固定在套管上端蓋(18)的外側(cè)，通過導(dǎo)線與套管(17)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集電路板(16)連接，溫濕度敏感元件(19)置于過濾膜骨架(21)內(nèi)，過濾膜骨架(21)上纏繞繞PTFE過濾膜(20)，過濾膜骨架(21)外側(cè)設(shè)置保護(hù)罩(22)，保護(hù)罩(22)螺紋連接到套管(17)的上端蓋上，過濾膜骨架(21)通過螺紋旋接在保護(hù)罩(22)頂部，數(shù)據(jù)采集電路板(16)與一端固定在套管(17)下端蓋上的信號(hào)電纜(I)連接，信號(hào)電纜(I)從溫濕度傳感器探頭(2)的末端引出并與外部數(shù)據(jù)采集處理的上位機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置，其特征在干所述防輻射罩(5)和溫濕度傳感器探頭(2)通過連接板(11)與安裝支架(12)固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置，其特征在于所述防輻射罩(5)由底托(4)、11片圓形盤片(8)和頂蓋(7)組成，由3根黃銅支柱(6)連接在一起，圓形盤片(8)和底托(4)中央開有溫濕度傳感器探頭(2)安裝孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置，其特征在于所述保護(hù)罩(22)上開有32個(gè)通氣孔(23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能空氣溫濕度測(cè)量裝置，其特征在于所述溫濕度敏感元件(19)位于過濾膜骨架(21)的中間，通過2. 54mm的雙排針與上端蓋(18)上的雙排孔相接插。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種智能空氣溫濕度測(cè)量裝置，包括溫濕度傳感器探頭、防輻射罩、安裝支架，溫濕度傳感器探頭安裝在防輻射罩中，溫濕傳感器探頭外殼與防輻射罩連結(jié)成一體。溫濕度傳感器的溫濕度敏感元件固定在套管上端蓋的外側(cè)，通過導(dǎo)線與套管內(nèi)的數(shù)據(jù)采集電路板連接，溫濕度敏感元件置于過濾膜骨架內(nèi)，過濾膜骨架上纏繞PTFE過濾膜，過濾膜骨架外側(cè)設(shè)置保護(hù)罩，數(shù)據(jù)采集電路板與一端固定在套管下端蓋上的信號(hào)電纜連接，信號(hào)電纜從溫濕度傳感器探頭的末端引出并與外部數(shù)據(jù)采集處理的上位機(jī)連接。該裝置測(cè)量精度高，維護(hù)和使用方便，可用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站、船舶氣象站和氣象觀測(cè)站等需要測(cè)量空氣溫濕度的場(chǎng)所。
文檔編號(hào)G01K1/02GK202404057SQ20112044473
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者劉佳佳, 劉春麗, 張翼飛, 張齊, 成方林, 李暉, 門雅彬 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋技術(shù)中心