温湿度记录器的原理及应用

一、前言

温湿度测量是现代测量新发展出来的一个领域，尤其湿度的测量更是不断前进。经历了长度法、干湿法直至今天的电测量的历程，使湿度测量技术日渐成熟。时至今日，由于我们不再满足于湿度的测量，尤其是一些场所的监控直接要求实时记录其全过程温湿度变化，并依据这些变化认定储运过程的安全性，导致了新的温湿度测量仪器——温湿度记录器的诞生。

温湿度记录器是将温湿度参数进行测量并按照预定的时间间隔将其储存在内部存储器中，在完成记录功能后将其联接到PC机，利用适配软件将存储的数据提出并按其数值、时间进行分析的仪器。利用该仪器可确定储运过程、实验过程等相关过程没有任何危及产品安全的事件发生。

下面以瑞士ROTRONIC公司生产的Hygrolog 温湿度记录器为例介绍温湿度记录器的原理及应用。

二、温湿度记录器的原理

温湿度记录器由三大部分组成：测量部分、仪器本体、PC界面。

图1记录器的结构框图

下面分别介绍这三部分：

（一）测量部分

由完全互换的Hygroclip 系列探头组成，不同的探头完成不同功能：

Hygroclip s通用探头，应用于通用测量，包括厂房、实验室、货柜空间等空间测量。
Hygroclip sc04/sc05狭小空间用探头，应用于要求狭小空间使用、对产品破坏小的场所。例如：博物馆保存雕塑、雕刻等艺术品；一些化石；工程建筑、桥梁建筑监测混凝土干燥等应用。
Hygroclip sp05小空间插入探头，应用于颗粒状堆积材料的插入测量
Hygroclip HK25/40 高温探头，最高可达200℃。用于高温环境。
Hygroclip HS28 剑式探头，应用于造纸、印刷、卷状堆积物等场所。

以上探头为完全互换探头，均可以和Hygrolog进行联接。并完成不同功能。

（二）仪器本体

Hygrolog 记录器，通过探头进行测量，将数据存储并传输至PC，其存储容量为10000个数据点（温度、湿度各5000点），记录间隔为15S至2h可调：由PC调整，根据其设定值确定记录时间最长可达416天。记录器工作温度受电池限制，即锂电池：-20至70℃；碱性电池：-10至50℃。量程及精度由探头决定，量程：可达-50至200℃，0至100%RH；精度：±1.5%RH，±0.3℃；防护等级：IP65。

图2 在电脑上生成的记录曲线及分析图表 [p] （三） PC界面

HW3软件。软件支持是记录器不可或缺的一部分，其主要功能为：设定单位，设定存储周期，设定采样周期，读取数据并显示测量数据、历史曲线等，这是数据记录器不可分割的一部分。一个好的上位机软件能够提供记录器最广泛的支持，通过上位机的支持，键盘等不必要的零件解放了，同时提供出更多的资源以利用。

所有的记录器均大致遵循这样一个模式，所不同的是：有些记录器将测量部分置于记录器内部，有些记录器采用单独可完全互换的探头。采用前一种方式，其特点是：可将产品体积变小，但却带来了占用存储资源、校准不便等问题，也不能同时运用标准产品完成多种功能，同时，还带来了由于电池限制而导致监测范围变窄等问题；运用后一种电路，由于传统探头采用模拟输出，这样也带来：1、需要A/D转换；2、要求对应不同量程和不同输入进行不同的电路或参数变换这两个问题。

基于以上原因，对我们提出了新的设计任务，在这方面，瑞士ROTRONIC公司走到了前列。他们的探头采用数字技术，符合一致的协议，消除了A/D转换的问题。同时由于测量和记录部分的分离，最大限度地拓宽了应用范围。由于采用单总线协议及DIO总线技术，使其资源大大节约。这样减少了耗电元件，保证了电池更长的工作时间。例如：应用750mAh的电池，5分钟为采样间隔，可连续记录6个月。

ROTRONIC的记录器应用范围很广，涵盖了几乎所有需要有温湿度数据存档的地方，并且由于采用了多种特色探头，使众多领域的应用成为可能。

三、典型应用

（一）食品储运

由于食品储运过程时间并不是一个短期问题，但食品保存中的相对平衡湿度又是保证食品安全的一项重要指标，相对平衡湿度直接影响菌落的生长。例如：在平衡相对湿度为95%RH至91%RH范围内，易于滋生的菌落为沙门氏菌、波林特菌、乳酸菌、霉菌和酵母菌。而食物保存周期也与温度、平衡相对湿度有关，平衡相对湿度值为81%RH的蛋糕，其保质期为27℃时14天、21℃时24天，如果平衡相对湿度提高到85%RH，这些指标将降低为27℃ 时8天、21℃ 时12天。吸湿物质的平衡相对湿度起到了决定性作用。平衡相对湿度定义为物质与空气中水不进行交换情况下，由周围空气获取的湿度值。这个定义很清楚，为了成功地储存和保持这些产品，环境气候的控制及包装必须仔细指明。同时，很多食品的保存在过于干燥情况下，其口感都会有些变坏。针对这种情况，要求实时记录温湿度变化，保证食品安全进入消费者口中。

当长途运输或者海运冷冻冷藏食品时，如何在接收时证明货物一直处于规定的温湿度条件是件非常重要的事。解决争议的做法就是在发货的时候放入货舱中一个记录器，并启动它，温湿度记录器有一个精密的内部时钟，忠实地记录指定时间间隔的温湿度数据，在取出时可以容易地利用电脑察看图形文件及报警值，判断是否超过容许值,什么时候及持续时间都能轻松获得，承运方是否有责任也会立即知晓。

（二）博物馆文物和档案的管理

这是温湿度产品应用的另一个大的领域，而记录器在其中又是很有特色的产品。档案的纸张在温湿度适宜的条件可以多存放一些时间，而一旦温湿度条件遭到破坏纸张将要变脆，重要资料也将随之荡然无存，对档案馆进行温湿度记录是必要的，可以预防恶性事故的发生。使用温湿度记录器将使温湿度记录的工作得以简化，也将节约文物保管的成本，使这一工作得以科学化，不受到过多的人为因素的干扰。同时由于采用Hygroclip sc04这样的微小探头，保证了对艺术品的最小破坏的前提下，文物，包括其色彩、形状不受损毁。

（三）建材实验

在建材尤其是混凝土干燥过程中，我们应注意其干燥趋势，这是评价产品的指标之一，也为建筑施工方提供了可靠的数据。应用温湿度记录器可以将此数据记录并提供给建材研究方，将为施工提供有益的帮助。尤其是在军事建筑中，时间就是生命，准确把握混凝土干燥时间为先发致敌，为有效地将有生力量提供到战场上提供了保证，这一功能由Hygrolog+HygroClip sc04完成。

（四）农业及畜牧业

农业及畜牧业生产，尤其一些经济作物的生产，在其幼苗期要详细记录温湿度值。而在农业应用中，由于恶劣环境——肥料、粪便等造成的酸碱性环境使湿度产品漂移超出其他环境，这样就要求湿敏电容漂移较小、整机校准方便。

气候记录：Hygrolog温温度记录仪对农业及气象分析具有很突出的意义。

（五）建筑验收

主要体现在智能楼宇的验收。由于建筑行业的验收项目多，除暖通空调指标外，其他诸如射线强度、甲醛浓度等建筑部要求符合人体健康指标也要监测，这些指标是直接关系到人体健康的。如果在这些指标不明了的情况下，测试人员贸然进入这些场所并长期在其间进行记录，是对测试人员的人身健康的不负责任，而应用记录器就会保证在取得可靠数据的同时对测试人员的人身安全进行最大保护

（六）重要医卫场所

按照《医院洁净手术部建筑技术规范征求意见稿》的要求手术室的温湿度必须控制在一定的范围内：即温度在22…25℃；相对湿度45％RH…60％RH。 适宜的环境温湿度对操作者和病人都是非常重要的。当室温超过28℃，湿度大于70%RH时，易有闷热、出汗、烦燥、疲劳等反应，容易影响安定的情绪和敏捷的思维，使操作者的技术水平不能得到很好的发挥。同时病人也会出现心率快、出汗多等症状而增加手术难度；当室温低于20度时，只穿手术衣的操作者会感到冷，易影响操作动作的灵敏性和准确性，尤其是手指的细微动作。裸露的病人由于创伤机体抵抗力处于低下水平，更易发生感冒等并发症。室内湿度低，物体表面浮尘随某些动作，如铺单、开关门等造成气流改变而悬浮在空气中。手术间内外温差大，开门后部分区域的空气形成蜗流，风速增大到约手术间原风速的4倍，此时物体表面附着物迅速飘浮于空气中。根据美国CDC的调查表明手术室空气中浮游菌数在700-800cfu/m3时就有经空气感染的危险。从结果可见，手术时铺单至铺单后2小时空气污染最严重，此时正是手术阶段。由于受重力作用，室内飘尘可直接沉降到手术创面，或操作者的手或手术器械上，因此加强控制此期的空气污染对预防术后切口感染是致关重要的。这些要求卫生防疫部门通过自己的监测确认各医院手术室的达标情况，记录器是一种很好的方法，减少了人员浪费，并使执法的公正性得到保证。

（七）管路维护

管路里的湿气会促进微生物生长，管道上发霉就是这样形成的。这不但影响空气流动，还会滋生大量细菌。这些遭到污染的区域对健康构成威胁，并最终导致室内空气质量（IAQ,Indoor Air Quality）恶化。芬兰欧立法（Oy Lifa）公司利用罗卓尼克(ROTRONIC)温湿度记录器和一辆微型卡车找到了非常好的办法来研究管道状况、远程视频设备及检查管路。

五、小结

无人值守的温湿度记录器为操作人员节省时间，可以在人不便参与的场合工作，提供了准确的数据，也为事后分析提供了便捷的途径。由于笔者能力有限，未能对其典型应用进行详尽的说明，谨请业内同行多加指正。(end)