一种工业温湿度仪及其测定方法与流程

本发明属于用于传递传感构件的输出的机械装置；将传感构件的输出变换成不同变量的装置，其中传感构件的形式和特性不限制变换装置的技术领域，特别涉及一种能够快速、准确输出温湿度数值的工业温湿度仪及其测定方法。

背景技术：

温湿度仪，又名温湿度测量仪，是通过固定连接温湿度探头或无线电温湿度探头来测量瞬时湿度、温度和平均温度、平均湿度的精密型测量仪器，一般情况下，被应用于食品储运、博物馆文物、档案管理、建材实验、农业、林业及畜牧业的应用、建筑验收、重要医卫场所、管路维护等领域。

工业温湿度仪的适用环境较普通的温湿度仪更为复杂，更多被使用在高温、高湿的环境中，如用于烟气在线连续监测系统cems中，对脱硫、voc、垃圾焚烧等烟气温度的测量，当然也可以被用于木材、建材、造纸、化工、制药、纤维、纺织、烟草、蔬果食品加工等行业。

而对此，现有技术中的工业温湿度仪是无法较好完成工作的，一般情况下，在长期的高温、高湿环境中，仪器测量精度不高，响应速度慢、性能不稳定、寿命短已经成为了行业通病。

技术实现要素：

本发明解决了现有技术中，工业温湿度仪无法较好完成工作，而导致的在长期的高温、高湿环境中，仪器测量精度不高，响应速度慢、性能不稳定、寿命短的问题，提供了一种优化的工业温湿度仪及其测定方法。

本发明所采用的技术方案是，一种工业温湿度仪，包括主机壳，所述主机壳内设有电路板，所述电路板上设有控制器，所述控制器连接有传感单元和显示单元，所述显示单元与主机壳上的显示屏配合设置；所述主机壳底部配合设有探测杆，所述探测杆中设有两级粉尘过滤机构，所述传感单元朝向探测杆设置。

优选地，所述探测杆包括顶杆、长度调节杆和底杆，所述顶杆、长度调节杆和底杆同轴设置且均为中空杆体，所述顶杆与主机壳配合设置，所述顶杆和长度调节杆间通过适配件连接，所述长度调节杆和底杆配合设置。

优选地，所述顶杆上设有定位部，所述定位部外侧设有外螺纹，所述主机壳底部设有定位孔，所述定位孔内设有内螺纹，所述外螺纹和内螺纹间螺纹连接；所述定位部外侧的外螺纹底部设有第一限位片，所述主机壳底部的定位孔外侧设有第二限位片，所述第一限位片和第二限位片配合设置。

优选地，所述适配件包括设于顶杆底部的第一安装块和设于长度调节杆顶部的第二安装块，所述第一安装块的底面边缘设有若干插片，所述第二安装块的顶面边缘对应若干插片竖直设有若干插孔，对应的任一所述插片和插孔间设有紧固件。

优选地，所述第一安装块和第二安装块对应设有若干通孔，对应的第一安装块和第二安装块的通孔间设有连接件。

优选地，两级粉尘过滤机构包括设于所述底杆内的第一过滤网，所述顶杆与长度调节杆的对接端设有第二过滤网；所述第一过滤网、第二过滤网分别与水平面平行。

优选地，所述长度调节杆底部设有外螺纹，所述底杆顶部设有内螺纹，所述底杆的杆体上均匀分布设有若干气孔。

优选地，所述传感单元包括顺次设置的高纯铝片、氧化铝层和金层，所述金层为网状，所述金层朝向探测杆设置；所述控制器分别与高纯铝片和金层配合连接；所述传感单元还包括设于探测杆内的温度传感器。

优选地，所述控制器与设于电路板上的通讯端子连接，所述通讯端子中配合设有通讯卡。

一种采用所述的工业温湿度仪的测定方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：控制器控制传感单元读取传感单元中经校准后的电容比例数据cratio，计算原始相对湿度rh，

其中，cap_ref为预设的参考电容值，cap_rh30为相对湿度值为30％时对应的电容值，cap_senstivityb为相对湿度值每上升或下降1％所对应的电容变化值，hcp_ref为相对湿度参考值；

步骤2：控制器控制传感单元读取传感单元中温度传感器测得的温度值t，计算受温度影响后的相对湿度变化值δrh，δrh＝(b1*rh+b2)*t+(b3*rh+b4)，其中，b1、b2、b3和b4为预设的传感单元受温度变化的线性模拟值；

步骤3：得到相对湿度rh′＝rh+δrh；

步骤4：得到气体体积百分比其中，pw为当前温度t下对应的饱和水蒸气压力与rh的乘积，ptot为当前气体压力值。

本发明提供了一种优化的工业温湿度仪及其测定方法，通过在主机壳内设置带有控制器的电路板，由控制器获得传感单元的传感数据、进行处理后，由显示单元通过主机壳上的显示屏进行显示；通过将探测的部件直接设置为主机壳底部的探测杆，并在其内设置两级粉尘过滤机构，可以有效过滤粉尘和酸性液体；传感单元朝向探测杆设置，此具有一定长度的探测杆可以迅速探入待测位置获得温湿度测量值，而传感单元和控制器作为主要工作部件，与待测位置具有一定的距离，非常适宜被应用在高温、高湿环境中，测量精度亦不易受到高温影响，响应速度快，性能稳定，使用寿命大大延长。本发明的方法通过控制器控制传感单元读取传感单元中温度传感器测得的温度值，计算受温度影响后的相对湿度变化值，进而得到相对湿度和气体体积百分比，计算结果更为精确，更适用于高温烟气测定环境中。

附图说明

图1为本发明的立体图结构示意图；

图2为本发明的俯视图结构示意图；

图3为本发明的主机壳的结构示意图；

图4为本发明的顶杆的结构示意图；

图5为本发明的长度调节杆的结构示意图；

图6为本发明的第一安装块和第二安装块配合的剖视图结构示意图；

图7为本发明的底杆的结构示意图；

图8为本发明的电路板与传感单元和通讯端子配合的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的实施范围并不限于此。

本发明涉及一种工业温湿度仪，包括主机壳1，所述主机壳1内设有电路板2，所述电路板2上设有控制器，所述控制器连接有传感单元和显示单元，所述显示单元与主机壳1上的显示屏3配合设置；所述主机壳1底部配合设有探测杆，所述探测杆中设有两级粉尘过滤机构，所述传感单元朝向探测杆设置。

本发明中，主机壳1和探测杆整体呈锤型，其中，探测杆用于探入待测位置进行温湿度测量，主机壳1主要用于处理测量数据并展示或上传；具体来说，探测杆整体采用特种钢316材质，防腐蚀，防氧化；主机壳1的壳体防护等级ip65，操作简单、使用寿命长、易维护。

本发明中，电路板2上设有控制器，控制器可以为测量电路，也可以是单片机等，其需要能获得传感单元传递的数据或信号，并在处理后进行显示，在需要的时候进行上报。此为本领域技术人员容易理解的内容，本领域技术人员可以依据需求自行设置。

本发明中，显示单元通过主机壳1上的显示屏3进行显示，一般情况下显示屏3为液晶显示屏3，在必要时也可以增设触摸屏，用于对控制器的控制输入。

本发明中，传感单元为包括温度传感单元和湿度传感单元，分别用于传递温度及湿度的信号或数据。

本发明中，以探测杆设置在主机壳1底部作为探测的部件，并在探测杆内设置两级粉尘过滤机构，可以有效过滤粉尘和酸性液体。

本发明中，传感单元朝向探测杆设置，此时具有一定长度的探测杆可以迅速探入待测位置获得温湿度测量值，而传感单元和控制器作为主要工作部件，与待测位置具有一定的距离，非常适宜被应用在高温、高湿环境中。

本发明的测量精度不易受到高温影响，响应速度快，性能稳定，使用寿命大大延长。

所述探测杆包括顶杆4、长度调节杆5和底杆6，所述顶杆4、长度调节杆5和底杆6同轴设置且均为中空杆体，所述顶杆4与主机壳1配合设置，所述顶杆4和长度调节杆5间通过适配件连接，所述长度调节杆5和底杆6配合设置。

所述顶杆4上设有定位部，所述定位部外侧设有外螺纹7，所述主机壳1底部设有定位孔8，所述定位孔8内设有内螺纹，所述外螺纹7和内螺纹间螺纹连接；所述定位部外侧的外螺纹7底部设有第一限位片9，所述主机壳1底部的定位孔8外侧设有第二限位片10，所述第一限位片9和第二限位片10配合设置。

所述适配件包括设于顶杆4底部的第一安装块11和设于长度调节杆5顶部的第二安装块12，所述第一安装块11的底面边缘设有若干插片13，所述第二安装块12的顶面边缘对应若干插片13竖直设有若干插孔14，对应的任一所述插片13和插孔14间设有紧固件。

所述第一安装块11和第二安装块12对应设有若干通孔15，对应的第一安装块11和第二安装块12的通孔15间设有连接件。

所述长度调节杆5底部设有外螺纹7，所述底杆6顶部设有内螺纹，所述底杆6的杆体上均匀分布设有若干气孔16。

两级粉尘过滤机构包括设于所述底杆6内的第一过滤网17，所述顶杆4与长度调节杆5的对接端设有第二过滤网18；所述第一过滤网17、第二过滤网18分别与水平面平行。

本发明中，探测杆为三段式结构，易拼装，易拆卸，易维护；探测杆自上而下为顶杆4、长度调节杆5和底杆6，显而易见地，顶杆4、长度调节杆5和底杆6同轴设置且均为中空杆体。一般情况下，为了避免频繁拆装对主机壳1造成的磨损，故顶杆4直接与主机壳1进行固定，长度调节杆5可以设置为标准件的形式，当需要对不同的位置进行温湿度测量时，选择相应规格的长度调节杆5与顶杆4配合即可。

本发明中，顶杆4和主机壳1底部螺纹连接，保证其牢固度；同时，为了防止安装过程中的过旋，在顶杆4和主机壳1配合的极限位置分别对应设置第一限位片9和第二限位片10，即旋转到一定程度时，第一限位片9和第二限位片10贴合在一起，无法继续旋进。

本发明中，在顶杆4底部设置第一安装块11，在长度调节杆5顶部设置第二安装块12，以第一安装块11和第二安装块12作为适配件；具体来说，在第一安装块11的底面边缘设置若干插片13，在第二安装块12的顶面边缘对应若干插片13竖直设置若干插孔14，由于相邻的插片13间、相邻的插孔14间均存在空隙，即将第一安装块11和第二安装块12贴合后，插片13朝向插孔14方向旋转，第一安装块11和第二安装块12的位置固定；而由于采用了插片13的结构，插片13厚度较小，也就是说第一安装块11和第二安装块12几乎贴合在一起，又避免了磨损。

本发明中，可以在对应的插片13和插孔14间设置紧固件，如设置在插片13和插孔14对应侧的磁铁层19，在第一安装块11和第二安装块12旋合后，对应的磁铁层19吸附，直至外力将其分开。

本发明中，由于长度调节杆5较长，为了进一步保证其稳定，在第一安装块11和第二安装块12对应设置若干通孔15，有必要时，可以通过螺栓穿过对应的通孔15并加以固定。

本发明中，在长度调节杆5底部通过外螺纹7连接底杆6，保证旋紧效果，同时在底杆6的杆体上均匀分布设置若干气孔16，即作为探头的底杆6周围360°布满圆孔的气孔16，使得气体可以在不用任何动力的情况下进入探测杆中。

本发明中，两级粉尘过滤机构包括2层过滤网，在实际处理过程中，过滤网的数量为至少2层。

本发明中，第一过滤网17设于底杆6内，保证隔离部分粉尘，同时对酸性液体进行阻隔，第二过滤网18设置在顶杆4与长度调节杆5的对接端，对剩余部分的粉尘进行隔离。本领域技术人员可以依据需求将第二过滤网18设置在探测杆的其他位置，亦可以设置多于2层过滤网。

所述传感单元包括顺次设置的高纯铝片20、氧化铝层21和金层22，所述金层22为网状，所述金层22朝向探测杆设置；所述控制器分别与高纯铝片20和金层22配合连接；所述传感单元还包括设于探测杆内的温度传感器23。

本发明中，传感单元可以采用电容式测试原理，利用一高纯铝片20，通过氧化的方式，在其表面形成一层超薄的氧化铝薄膜作为氧化铝层21，然后再在氧化铝薄膜外镀一层多孔的网状金膜作为金层22，即金膜与高纯铝片20之间形成电容器；在实际测试过程中，由于氧化铝薄膜的吸水特性，其可以透过网状金膜对水汽进行吸附，导致氧化铝薄膜的电导率发生变化，从而改变电容器的电容值，通过测试电容值的方式即可得到样气的温湿度。

本发明中，在探测杆内设置温度传感器23，同时还可以在室内设置与控制器连接的室温传感器，获得待测气体的温度的同时，可以在不同的室内外温差下，对测试电容值得到的样气温度进行精确化处理；传感单元整体可以在-100℃～300℃的环境中进行温度自动补偿检测。

本发明中，湿度传感器耐温-60℃～180℃，解决在低温时形成的凝结水蒸气进入湿度传感器后一般的湿度传感器无法有数据、饱和水的时候无法检测的问题。

本发明中，测出的湿度、湿度误差值为±5％，响应时间≤20s。

所述控制器与设于电路板2上的通讯端子24连接，所述通讯端子24中配合设有通讯卡25。

本发明中，电路板2采用免焊接通讯方式，在电路板2上设置通讯端子24，通过直接把通讯卡25设置在通讯端子24中完成通讯，避免焊接烦琐的工序。

本发明中，测出的温湿度数据通过可靠的rs485通讯接口传输给电脑，保证数据的稳定性和安全性。

本发明中，控制器还连接有报警单元，一般情况下，报警单元可以与声和/或光报警设备连接。

本发明中，对于报警的原理进行举例说明。

实施例1

设定报警值为40.0％，报警方式为高报警“h”；

当测量值高于40.0％时，报警输出有效，报警单元启动；在报警有效的情况下，当测量值低于报警值×0.98时，即测量值低于39.2％时，报警输出无效，报警单元断开。

实施例2

设定报警值为10.0％，报警方式为低报警“l”；

当测量值低于10.0％时，报警输出有效，报警单元启动；在报警有效的情况下，当测量值高于报警值×1.02时，即测量值高于10.2％时，报警输出无效，报警单元断开。

本发明还涉及一种采用所述工业温湿度仪的测定方法，方法包括以下步骤。

步骤1：控制器控制传感单元读取传感单元中经校准后的电容比例数据cratio，计算原始相对湿度rh，其中，cap_ref为预设的参考电容值，cap_rh30为相对湿度值为30％时对应的电容值，cap_senstivityb为相对湿度值每上升或下降1％所对应的电容变化值，hcp_ref为相对湿度参考值。

本发明中，cratio为传感单元中电容反馈到控制器的数值，在实际测试过程中，由于氧化铝层21的吸水特性，其可以透过网状金层22对水汽进行吸附，导致氧化铝层21的电导率发生变化，从而改变电容器的电容值，进而显示的电容比例数据。

本发明中，cap_ref一般情况下设置为330pf。

本发明中，将cap_rh30为相对湿度值为30％时对应的电容值为常规设置，本领域技术人员亦可以根据需求设置不同的百分比。

本发明中，hcp_ref一般情况下设置为30％相对湿度。

步骤2：控制器控制传感单元读取传感单元中温度传感器23测得的温度值t，计算受温度影响后的相对湿度变化值δrh，δrh＝(b4*rh+b2)*t+(b3*rh+b4)，其中，b4、b2、b3和b4为预设的传感单元受温度变化的线性模拟值。

本发明中，举例来说，当选用mk33-w传感器时，b1为0.0011、单位为1/℃，b2为0.0892、单位为％rh/℃，b3为-0.0268，b4为-2.079，单位与相对湿度一致。本领域技术人员可以依据需求、针对不同的传感器设置不同的b1、b2、b3和b4值。

步骤3：得到相对湿度rh′＝rh+δrh。

步骤4：得到气体体积百分比其中，

pw为当前温度t下对应的饱和水蒸气压力与rh的乘积，ptot为当前气体压力值。

本发明中，一般情况下，ptot为一个标准大气压。

本发明中，相对湿度和气体体积百分比的计算考虑了温度的影响，使得最后的测定结果更为精确。

本发明的方法通过控制器控制传感单元读取传感单元中温度传感器23测得的温度值，计算受温度影响后的相对湿度变化值，进而得到相对湿度和气体体积百分比，计算结果更为精确，更适用于高温烟气测定环境中。

本发明通过在主机壳1内设置带有控制器的电路板2，由控制器获得传感单元的传感数据、进行处理后，由显示单元通过主机壳1上的显示屏3进行显示；通过将探测的部件直接设置为主机壳1底部的探测杆，并在其内设置两级粉尘过滤机构，可以有效过滤粉尘和酸性液体；传感单元朝向探测杆设置，此具有一定长度的探测杆可以迅速探入待测位置获得温湿度测量值，而传感单元和控制器作为主要工作部件，与待测位置具有一定的距离，非常适宜被应用在高温、高湿环境中，测量精度亦不易受到高温影响，响应速度快，性能稳定，使用寿命大大延长。