用于现场测试的温湿度采集系统软件

0引言

目前，随着对产品适应各种环境条件要求的试验越来越多，用于其测试的环境设备也随之增多，其中以温度、湿度以及交变湿热环境试验设备最为常见，因而对这些环境试验设备的校准测试提出了更高的要求。

在环境试验箱等设备的温湿场测试方面，我所通过多年的测试工作积累了丰富的经验，为了满足当前发展的需要，结合以前的工作经验和较早开发的简单现场测试系统应用程序，重新开发并整合了当前较为综合的温湿度环境试验设备现场测试系统即THXJ-20、THXJ-40系列（采集通道数不同）。该测试系统软件融合了以前的功能，采用先进的数据库管理技术、人性化的操作界面，从最大程度考虑用户的使用方便。

软件系统设计参照GB/T5170-1996系列、JJF1101-2003以及HB6783-93系列和GB9452-88，能进行各种环境试验箱、烘箱或工业窑炉等试验空间的温度场、湿度场的测试。

1系统简介

整个温湿度采集系统主要由以下几个组成部分：笔记本电脑，多路采集设备，铂电阻，各种热电偶，湿度传感器和测试软件。

测试系统软件根据以往的测试经验集合了最新的几大特点：

（1）        采用数据库管理，提供强大的历史数据查询功能；

（2）        具有记忆功能，可以直接进入最新的上一次测试，而不必重复填写相关的参数设置；

（3）        可以兼容多种多路采集设备，如912采集模块，吉时利2700数据采集器，安捷伦34970A数据采集器等；

（4）        可以实现自动或定时采集，实现无人值守测试；

（5）        可以显示中心点温度或湿度的监控曲线，便于查看升降温变化；

（6）        采集通道数量可扩充。

（7）        具有数据回放功能，以曲线或Excel数据表的形式将历史数据重现。

（8）        强大的打印功能，提供证书和原始数据的打印。

2软件设计

采集软件是整个测试系统的核心部分，在设计上尽量考虑用户的使用方便，减小测试人员的工作量为出发点。程序采用Visual Basic语言编写软件前台界面，以Access数据库作为后台管理，在设计主要分为五大块：用户管理，传感器管理，查询系统，采集参数设置和数据采集主界面，如下面框图所示：

（一）        用户管理

软件提供了用户管理界面，管理员可以任意添件、删除或修改测试人员相关信息；在登录界面中提供了用户选择操作，系统测试完毕后，所选用户将会被保存至数据库中，便于日后的数据管理和查询。

（二）        传感器管理

传感器主要分为三大类：铂电阻、热电偶和湿度传感器。在传感器管理界面中三者的基本信息是相同的，主要包括编号、类型、名称、生产厂家、出厂编号等等这些基本信息；但具体参数的填写是不同的，主要是参考各自的检定证书，如铂电阻需要填写R0值、R100值和α值，在数据采集过程当所选用的铂电阻值转化为温度值需要调用其对应的R0值和R100值；热电偶需要输入三组经过检定的温度值和其对应的电势值，这样根据函数拟合可以计算出二次修正函数的系数Ai、Bi和Ci，在数据采集中当对热电偶采集过来的电压值进行修正时，就可以直接从数据中调用它们；对于湿度传感器要求填写斜率和截距值，一般在检定证书上会给出标准的湿度值和其对应的电势值，因此就要求对其进行线性拟合，求出传感器的斜率和截距，程序采用最小二乘法提供了函数的线形拟合界面，根据输入的几组值可以给出拟合的直线以及湿度传感器的斜率和截距值，这样在数据处理中根据采集来的电压值调用斜率和截距就可以直接求出相对湿度。

这种对传感器采用数据库的管理方式一方面是便于管理者对各种传感器信息的了解，另一方面在数据采集中便于数据的快捷处理，提高了效率。

（三）        查询系统

在数据查询方面，软件提供了强大的查询功能，可以根据多种条件进行查询，如“送检单位”、“测试人员”、“设备名称”、“测试日期”，等等。根据查询的条件得到相应的测试基本信息，选中其中符合要求的一条点击，可以查看此次测试的数据处理结果以及原始数据，对于原始数据程序提供了打印和导入到Excel表中的功能，方便用户对原始数据进行一些特殊处理。

（四）        采集参数设置

采集参数设置包括了测试基本信息的填写，通道设置，采集信息设置和检定点及数据处理要求设置。

测试基本信息包括被测设备、检定设备和测试环境三类信息。

通道设置是采集参数设置的核心部分，包括对温度传感器和湿度传感器的设置。温度传感器可选用铂电阻和热电偶，当选用热电偶时程序会提示是否补偿。软件提供了“自动补偿”和“人工补偿”两种方式，“自动补偿”是选取某一通道的铂电阻所测试的室温值来补偿；而“人工补偿”是直接输入补偿的温度值。湿度传感器可选用两种方式，即“干湿球”和“湿度传感器”，也可以选择无湿度测试。“干湿球”测量只有在温度选取了铂电阻时才可用，因为要用到测温的铂电阻充当干球，这样才能计算出相对湿度。温度或湿度传感器的数量可以从下拉框中选取也可填写，选择完毕并确定后程序会自动从数据库顺序调出所选传感器，对于不合适的也可以修改。对于“O”或“Oh”位置对应的传感器程序会自动记录下来作为中心点的温度或湿度传感器。如果设定的方案需要经常使用，程序提供了方案保存功能，则可以将该方案保存，下次进入通道设置界面时直接调用相应方案即可。

采集信息设置主要是提供了串口选择、采集方式选择（手动采样和定时采样）以及采样周期、采集组数和采集硬件设备的选取与设置。

检定点及数据处理要求设置界面需要用户设置检定的温度点或湿度点，同时给出温度偏差要求范围，湿度偏差要求范围（有湿度测试）以及温度均匀度和波动度的要求，最后的数据处理结果根据此要求来判定该环境试验设备测试的数据是否合格。

（五）        数据采集主界面

在数据采集主界面提供了“数据监控”和“数据采样”两大块，同时还附带了通道设置和布点图的相关信息。数据监控主要是监控中心点的温度或湿度在升降温中的变化，包括图像和数据同步列表显示。当有湿度测试时，温湿度变化曲线在同一图像中，便于测试人员的观察。当试验设备到达设定温度并稳定后，可以根据按钮提示进行数据采样，根据设定的通道数、采样间隔和采集组数开始采集；如果选取“定时采样”到达设定时间后会自动从数据监控切换到数据采样，采集完毕后软件会自动对数据进行处理，并根据设定的要求判断是否合格。

在数据处理上，针对不同标准软件呈现不同的测试参数和计算结果，下面主要以GB/T5170-1996中温湿箱测试为例做一说明。

在GB/T5170-1996温湿箱测试中主要计算以下几个参数：温度上偏差、温度下偏差、湿度上偏差、湿度下偏差、温度波动度以及温度均匀度，各自的计算方法分别如下：

1、温度上偏差与温度下偏差：

ΔTup=Tmax- TN  ；      

ΔTdown=Tmin- TN  ；

其中： ΔTup--温度上偏差,℃；

ΔTdowm--温度下偏差,℃；

      TN --温度标称值,℃；

      Tmax----所有测量点在30min内的实测最高温度, ℃；

Tmin--所有测量点在30min内的实测最低温度, ℃；

2、湿度上偏差与湿度下偏差：

ΔHup=Hmax- HN           

ΔHdown=Hmin- HN

其中： ΔHup-- 相对湿度上偏差,%RH；

      ΔHdown-- 相对湿度下偏差,%RH；

     Hmax-- 各测量点在n次测量中测得的最高相对湿度值，%RH；

     Hmin-- 各测量点在n次测量中测得的最低相对湿度值，%RH；

        HN -- 标称相对湿度值，%RH。

3、温度波动度：

其中：   ΔTf--温度波动度,℃；

Tfmax--中心点在n次测量中测得的最高温度, ℃；

Tfmin--中心点在n次测量中测得的最低温度, ℃。

4、温度均匀度：

  

其中：   ΔTu--温度均匀度,℃；

       n --测量次数；

       Tjmax--各测量点在第j次测量中测得的最高温度, ℃；

       Tjmin--各测量点在第j次测量中测得的最低温度, ℃。

上述列举了在依据GB/T5170-1996测试温湿箱时采用的数据处理方法，如果测试时选择其他参考依据，软件会自动根据相应的标准或规程来处理采集数据。

3总结

整个软件在设计过程中默认设置基本按照GB/T 5170系列标准要求完成，如布点、采集间隔、采集组数、数据处理等，但相对单一的检定规程，软件自身又具有广泛的灵活性和更大的拓展空间，测试人员可以根据自己的要求来完成设置。

综上所述，用于现场测试的温湿度采集系统软件可以大大减轻测试人员的工作，提高对试验设备测试数据的准确性，可靠性，适合于各种温度场、湿度场的现场测试。

参考文献：

[1]国防科工委科技与质量司，热学计量（计量培训教材）[M].北京：原子能出版社，2002年.

[2] GB/T 5170.1-1995，电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法 总则[S].

[3] GB/T 5170.2-1996，电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法 温度试验设备[S].

[4] GB/T 5170.5-1996，电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法 湿热试验设备[S].

[5] GB/T 9452-2003，热处理炉有效加热区测定方法[S].

[6] JJF 1101-2003，环境试验设备温度、湿度校准规范[S].