一种气密包装箱相对湿度检测设备及方法与流程

1.本发明就一种气密包装箱相对湿度检测设备及方法，涉及一种相对湿度检测方法及设备，特别是一种气密包装箱相对湿度检测方法及设备。


背景技术：

2.采用密封措施的气密包装箱，在箱体内部形成一个相对稳定的温度、湿度、压力微环境，避免与包装箱外空气的交换。通常在气密包装箱内充入一定压力高浓度的氮气，为精密仪器、珍贵文物等贵重物品存储提供可靠环境，减小物品受氧化、电化学腐蚀的概率，对存储物品进行有效的防护。通常，包装箱内湿度指标是普遍关注的重要参数，湿度过高会导致箱内电子元器件受潮，易发生短路、腐蚀等情况；湿度过低会增加电子元器件的静电附着，对于集成电路存在电击穿、内存擦除的风险。随着微电子技术的发展，包装箱内气体湿度采集由传统的色卡及机械湿度计的读取方式向多参数、集成化、数字式传感器方向发展。芯片式传感器通过集成不同功能的器件可以有效采集包装箱内当前环境下的温度、相对湿度、绝对压力等指标。然而，包装箱内的微环境受外部环境变化的影响，比如环境温度升高会导致箱内温度的升高，由于包装箱内已经建立了相对稳定的气密微环境，温度的变化同样引起相对湿度、绝对压力的变化，使得包装箱内湿度参数采集处于不断变化的范围，不利于氮气湿度的长周期检测及超阈值报警。因此，需要一种气密包装箱相对湿度检测方法及设备，通过在处理器内嵌入温湿压转换模型，将传感器采集相对湿度转换至同一温度值对应相对湿度并在设备上显示输出，便于对包装箱内相对湿度的长周期检测和状态掌控。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种气密包装箱相对湿度检测设备及方法，以获得气密包装箱内的相对湿度。
4.一种气密包装箱相对湿度检测设备，包括传感器1、处理器2、显示器3和设备壳体4，其中，传感器1与处理器2连接，处理器2又与显示器3连接，传感器1和显示器3与设备壳体4连接，其特征在于，
5.传感器1包括温湿度传感器5、绝对压力传感器6、馈通滤波器7、固定支架8，馈通滤波器7还包括电源引脚9和通信引脚10；温湿度传感器5、绝对压力传感器6、馈通滤波器7分别固定连接在固定支架8上；温湿度传感器5、绝对压力传感器6的i2c通信引脚与馈通滤波器7通信引脚10的输入端电气连接，温湿度传感器5、绝对压力传感器6的供电引脚与馈通滤波器7的电源引脚9的输出端电气连接；各传感器经馈通滤波器7的电源引脚9供电后，将采集数据经馈通滤波器7的通信引脚10气密输出到处理器2中；
6.处理器2包括i2c接口11、参数暂存区12、模型转换区13、数据存储区14和交互接口15，i2c接口11、参数暂存区12、模型转换区13、数据存储区14和交互接口15通过电信号电气连接，i2c接口11输出端与参数暂存区12输入端电气连接，将环境温度、相对湿度、绝对压力形成暂存参数；参数暂存区12输出端经模型转换区13与数据存储区14输入端电气连接，暂
存参数进行转换后在数据存储区14中形成存储参数，数据存储区14输出端与交互接口15输入端电气连接；交互接口15又与显示器3连接；
7.显示器3包括接收器17、存储器18和交互屏19，接收器17输出端经存储器18与交互屏19电气连接，存储器18将接收到的数据进行存储，同时接收交互屏19的用户调用信息并将数据在交互屏19中显示；
8.设备壳体4包括结构外壳20、密封槽21、安装螺纹22。密封槽21通过机械加工凹槽的形式嵌入在结构壳体20上，用于装配o型密封圈；安装螺纹22在结构壳体20上进行螺纹机械加工，用于与包装箱螺母的紧固连接；
9.传感器1中固定支架8与设备壳体4中的结构外壳20通过螺纹紧固的方式机械连接，固定支架8固定在结构外壳20内部；显示器3中交互屏19与设备壳体4中的结构外壳20通过嵌入的方式机械连接，交互屏19嵌入在结构外壳20外部；传感器1中馈通滤波器7电源引脚9输入端和通信引脚10输出端分别与处理器2中i2c接口11输入端电气连接，接收传感器1采集的温度、相对湿度、绝对压力数据同时为传感器1供电；处理器2中交互接口15的输出端与显示器3中接收器17的输入端电气连接，将存储参数向显示器3输出。
10.一种气密包装箱相对湿度检测方法，其特征在于，
11.步骤一、用权利要求1所述气密包装箱相对湿度检测设备与气密包装箱接口通过o型密封圈和安装螺母气密连接，采集包装箱内环境温度t0、采集包装箱内当前相对湿度rh0、采集包装箱内绝对压力p0；设在标准温度为t
b
下的相对湿度为rh
b
、标准温度t
b
下的绝对压力为p
b
；气密状态下包装箱内氮气相对稳定，满足克拉伯龙理想状态环境，因此，包装箱内氮气状态满足：
[0012][0013]
步骤二，建立焓湿量状态模型，建立包装箱内氮气焓湿量d的状态模型，满足方程：
[0014][0015]
式中，p
s
为当前温度下箱内氮气的饱和蒸气压，m
q
为箱内氮气的摩尔质量，m
p
为水蒸气的摩尔质量；
[0016]
步骤三，建立焓湿量恒定模型。建立包装箱内氮气状态焓湿量恒定模型，即当前温度氮气焓湿量d0与标准温度氮气焓湿量d
b
相等；可以知道：
[0017]
(273.15+t0)
·
rh
b
·
p
sb
＝(273.15+t
b
)
·
rh0·
p
s0
式中，p
sb
为标准温度t
b
下箱内氮气的饱和水气压，p
s0
为t0温度下箱内氮气的饱和水气压；
[0018]
步骤四，拟合温度与饱和水气压的关系方程，在标准大气压环境下，将温度在
‑
10℃～+40℃下的饱和水气压与温度的关系用matlab进行了数据分析与关系拟合，得到了温度t下对应饱和水气压p
st
表示为一个二阶方程：
[0019]
p
st
＝3.3
·
t2+30
·
t+490
[0020]
步骤五，计算得到相对湿度表达值：进行公式整合，输出气密包装箱在任一温度t0下的相对湿度rh0转换成标准温度t
b
下的相对湿度rh
b
可以表示为：
[0021][0022]
式中，rh0、t0为处理器接收到的传感器采集包装箱内环境温度t0和当前相对湿度rh0，t
b
为需要转换的标准温度；将相关参数代入以上公式，即可求得rh
b
的数值。
[0023]
本发明的优点在于：一种气密包装箱相对湿度检测方法及设备，经过与气密包装箱结构和密封匹配，可以将箱内湿度转换成标准温度对应的相对湿度表达值并进行永久存储，便于对包装箱内相对湿度的长周期检测。
附图说明
[0024]
图1、为本发明结构示意图；
[0025]
图2、为本发明与气密包装箱连接状态示意图；
[0026]
图3、为本发明设备壳体与气密包装箱连接局部剖示意图；
[0027]
图4、为本发明电气原理框图；
[0028]
图5、为本发明方法流程图。
[0029]
其中，1.传感器 2.处理器 3.显示器 4.设备壳体 5.温湿度传感器 6.绝对压力传感器 7.馈通滤波器 8.固定支架 9.电源引脚 10.通信引脚 11.i2c接口 12.参数暂存区 13.模型转换区 14.数据存储区 15.交互接口 16.转换方法 17.接收器 18.存储器 19.交互屏 20.结构外壳 21.密封槽 22.安装螺纹，23.气密包装箱外壁，24.气密包装箱内壁。
具体实施方式
[0030]
一种气密包装箱相对湿度检测方法及设备包括传感器1、处理器2、显示器3、设备壳体4。
[0031]
传感器包括：温湿度传感器5、绝对压力传感器6、馈通滤波器7、固定支架8，馈通滤波器还包括电源引脚9和通信引脚10。温湿度传感器5、绝对压力传感器6、馈通滤波器7与固定支架8通过螺纹紧固的方式机械连接。温湿度传感器5、绝对压力传感器6的i2c通信引脚与馈通滤波器7通信引脚10的输入端电气连接，温湿度传感器5、绝对压力传感器6的供电引脚与馈通滤波器7的电源引脚9的输出端电气连接。各传感器经馈通滤波器7的电源引脚9供电后，将采集数据经馈通滤波器7的通信引脚10气密输出。
[0032]
处理器2包括：i2c接口11、参数暂存区12、模型转换区13、数据存储区14、交互接口15，模型转换区13还包括转换方法16。各部分通过电信号电气连接。i2c接口11输出端与参数暂存区12输入端电气连接，将环境温度、相对湿度、绝对压力形成暂存参数。参数暂存区12输出端经模型转换区13与数据存储区14输入端电气连接，暂存参数按照转换方法16进行转换后在数据存储区14中形成存储参数。数据存储区14输出端与交互接口15输入端电气连接，用于存储参数的输出。
[0033]
所述的转换方法16，对环境温度t、相对湿度rh、绝对压力p进行转换，得到标准温度值下的相对湿度，共包括五个步骤：
[0034]
步骤一s101，获取环境参数。采集包装箱内环境温度t0、采集包装箱内当前相对湿
度rh0、采集包装箱内绝对压力p0；设标准温度为t
b
、标准温度下相对湿度为rh
b
、标准温度下绝对压力为p
b
。气密状态下包装箱内氮气相对稳定，满足克拉伯龙理想状态环境，包装箱内氮气状态满足：
[0035]
步骤二s102，建立焓湿量状态模型。建立包装箱内氮气焓湿量d的状态模型，满足方程：
[0036][0037]
式中，p
s
为当前温度下箱内氮气的饱和蒸气压，m
q
为箱内氮气的摩尔质量，m
p
为水蒸气的摩尔质量。
[0038]
步骤三s103，建立焓湿量恒定模型。建立包装箱内氮气状态焓湿量恒定模型，即当前温度氮气焓湿量d0与标准温度氮气焓湿量d
b
相等。可以知道：
[0039]
(273.15+t0)
·
rh
b
·
p
sb
＝(273.15+t
b
)
·
rh0·
p
s0
式中，p
sb
为标准温度t
b
下箱内氮气的饱和水气压，p
s0
为t0温度下箱内氮气的饱和水气压。
[0040]
步骤四s104，拟合温度与饱和水气压的关系方程。在标准大气压环境下，将温度在
‑
10℃～+40℃下的饱和水气压与温度的关系用matlab进行了数据分析与关系拟合，得到了温度t下对应饱和水气压p
st
表示为一个二阶方程：
[0041]
p
st
＝3.3
·
t2+30
·
t+490
[0042]
步骤五s105，得到相对湿度表达值。进行公式整合，输出气密包装箱在任一温度t0下的相对湿度rh0转换成标准温度t
b
下的相对湿度rh
b
可以表示为：
[0043][0044]
式中，rh0、t0为处理器接收到的传感器采集包装箱内环境温度t0和当前相对湿度rh0，t
b
为需要转换的标准温度。将相关参数代入以上公式，即可求得rh
b
的数值。
[0045]
显示器3包括：接收器17、存储器18和交互屏19。接收器17输出端经存储器18与交互屏19电气连接，将接收到的数据进行存储，同时接收交互屏19的用户调用信息并将数据在交互屏19中显示。
[0046]
设备壳体4包括：结构外壳20、密封槽21、安装螺纹22。密封槽21通过机械加工凹槽的形式嵌入在结构壳体20上，用于装配o型密封圈。安装螺纹22在结构壳体20上进行螺纹机械加工，用于与包装箱螺母的紧固连接。
[0047]
传感器1中固定支架8与设备壳体4中的结构外壳20通过螺纹紧固的方式机械连接，固定支架8固定在结构外壳20内部。显示器3中交互屏19与设备壳体4中的结构外壳20通过嵌入的方式机械连接，交互屏19嵌入在结构外壳20外部。传感器1中馈通滤波器7电源引脚9输入端和通信引脚10输出端分别与处理器2中i2c接口11输入端电气连接，接收传感器1采集的温度、相对湿度、绝对压力数据同时为传感器1供电。处理器2中交互接口15的输出端与显示器3中接收器17的输入端电气连接，将存储参数向显示器3输出。
[0048]
当用户使用本设备时，首先将设备壳体4的密封槽21上装配o型密封圈，通过安装螺纹22与气密包装箱紧固连接，结构外壳20与气密包装箱成为整体。气密包装箱充入一定
压力的高纯度氮气后，在本设备显示器3的交互屏19中选择检测，设备中各电子模块上电。传感器1中温湿度传感器5和绝对压力传感器6经馈通滤波器7将采集到的参数通过处理器2的i2c接口11存储在参数暂存区12。暂存区参数在模型转换区13按照转换方法16进行转换：步骤一s101，调取环境参数；步骤二s102，建立焓湿量状态模型；步骤三s103，建立焓湿量恒定模型；步骤四s104，拟合温度与饱和水气压的关系方程；步骤五s105，得到相对湿度表达值。相对湿度表达值在数据存储区14进行缓存，通过交互接口15与显示器3的接收器17连接，最终进入存储器18永久存储。用户可以根据需求在显示器3的交互屏19中调取，看到包装箱内氮气相对湿度在标准温度下转换后的变化趋势。
[0049]
具体设计方案如下：
[0050]
通过o型密封圈与包装箱气密连接，传感器实时采集包装箱内温度、相对湿度、绝对压力参数并将数据经馈通滤波器气密输出，数据在处理器组合内按照预置模型进行转换，以标准温度下的相对湿度值输入给显示器用于人机交互。该设备实现了气密包装箱内相对湿度在同一标准温度下转换，便于长周期检测及问题数据追溯。
[0051]
一种气密包装箱相对湿度检测方法及设备包括传感器、处理器、显示器、设备壳体。
[0052]
传感器包括：温湿度传感器、绝对压力传感器、馈通滤波器、固定支架，馈通滤波器还包括电源引脚和通信引脚。温湿度传感器、绝对压力传感器、馈通滤波器与固定支架通过螺纹紧固的方式机械连接。温湿度传感器、绝对压力传感器的i2c通信引脚与馈通滤波器通信引脚的输入端电气连接，温湿度传感器、绝对压力传感器的供电引脚与馈通滤波器的电源引脚的输出端电气连接。各传感器经馈通滤波器的电源引脚供电后，将采集数据经馈通滤波器的通信引脚气密输出。
[0053]
处理器包括：i2c接口、参数暂存区、模型转换区、数据存储区、交互接口，模型转换区还包括转换方法。各部分通过电信号电气连接。i2c接口输出端与参数暂存区输入端电气连接，将环境温度、相对湿度、绝对压力形成暂存参数。参数暂存区输出端经模型转换区与数据存储区输入端电气连接，暂存参数按照转换方法进行转换后在数据存储区中形成存储参数。数据存储区输出端与交互接口输入端电气连接，用于存储参数的输出。
[0054]
所述的转换方法，对环境温度t、相对湿度rh、绝对压力p进行转换，得到标准温度值下的相对湿度，共包括五个步骤：
[0055]
步骤一，获取环境参数。采集包装箱内环境温度t0、采集包装箱内当前相对湿度rh0、采集包装箱内绝对压力p0；设标准温度为t
b
、标准温度下相对湿度为rh
b
、标准温度下绝对压力为p
b
。气密状态下包装箱内氮气相对稳定，满足克拉伯龙理想状态环境，包装箱内氮气状态满足：
[0056]
步骤二，建立焓湿量状态模型。建立包装箱内氮气焓湿量d的状态模型，满足方程：
[0057][0058]
式中，p
s
为当前温度下箱内氮气的饱和蒸气压，m
q
为箱内氮气的摩尔质量，m
p
为水蒸气的摩尔质量。
[0059]
步骤三，建立焓湿量恒定模型。建立包装箱内氮气状态焓湿量恒定模型，即当前温度氮气焓湿量d0与标准温度氮气焓湿量d
b
相等。可以知道：
[0060]
(273.15+t0)
·
rh
b
·
p
sb
＝(273.15+t
b
)
·
rh0·
p
s0
式中，p
sb
为标准温度t
b
下箱内氮气的饱和水气压，p
s0
为t0温度下箱内氮气的饱和水气压。
[0061]
步骤四，拟合温度与饱和水气压的关系方程。在标准大气压环境下，将温度在
‑
10℃～+40℃下的饱和水气压与温度的关系用matlab进行了数据分析与关系拟合，得到了温度t下对应饱和水气压p
st
表示为一个二阶方程：
[0062]
p
st
＝3.3
·
t2+30
·
t+490
[0063]
步骤五，得到相对湿度表达值。进行公式整合，输出气密包装箱在任一温度t0下的相对湿度rh0转换成标准温度t
b
下的相对湿度rh
b
可以表示为：
[0064][0065]
式中，rh0、t0为处理器接收到的传感器采集包装箱内环境温度t0和当前相对湿度rh0，t
b
为需要转换的标准温度。将相关参数代入以上公式，即可求得rh
b
的数值。
[0066]
显示器包括：接收器、存储器和交互屏。接收器输出端经存储器与交互屏电气连接，将接收到的数据进行存储，同时接收交互屏的用户调用信息并将数据在交互屏中显示。
[0067]
设备壳体包括：结构外壳、密封槽、安装螺纹。密封槽通过机械加工凹槽的形式嵌入在结构壳体上，用于装配o型密封圈。安装螺纹在结构壳体上进行螺纹机械加工，用于与包装箱螺母的紧固连接。
[0068]
传感器中固定支架与设备壳体中的结构外壳通过螺纹紧固的方式机械连接，固定支架固定在结构外壳内部。显示器中交互屏与设备壳体中的结构外壳通过嵌入的方式机械连接，交互屏嵌入在结构外壳外部。传感器中馈通滤波器电源引脚输入端和通信引脚输出端分别与处理器中i2c接口输入端电气连接，接收传感器采集的温度、相对湿度、绝对压力数据同时为传感器供电。处理器中交互接口的输出端与显示器中接收器的输入端电气连接，将存储参数向显示器输出。
[0069]
当用户使用本设备时，首先将设备壳体的密封槽上装配o型密封圈，通过安装螺纹与气密包装箱紧固连接，结构外壳与气密包装箱成为整体。气密包装箱充入一定压力的高纯度氮气后，在本设备显示器的交互屏中选择检测，设备中各电子模块上电。传感器中温湿度传感器和绝对压力传感器经馈通滤波器将采集到的参数通过处理器的i2c接口存储在参数暂存区。暂存区参数在模型转换区按照转换方法进行转换：步骤一，调取环境参数；步骤二，建立焓湿量状态模型；步骤三，建立焓湿量恒定模型；步骤四，拟合温度与饱和水气压的关系方程；步骤五，得到相对湿度表达值。相对湿度表达值在数据存储区进行缓存，通过交互接口与显示器的接收器连接，最终进入存储器永久存储。用户可以根据需求在显示器的交互屏中调取，看到包装箱内氮气相对湿度在标准温度下转换后的变化趋势。
[0070]
本发明可以作为一种气密包装箱相对湿度检测方法及设备，提供了足够的功能模块和转换方法，应用者可以根据其特定的应用领域对检测方法和设备进行修改，而所有这些修改或者替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。