數(shù)字式溫濕度計(jì)基本組成與**元件
數(shù)字式溫濕度計(jì)通常包含以下模塊:
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溫濕度傳感器:
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溫度傳感器:熱敏電阻(NTC/PTC)、半導(dǎo)體數(shù)字傳感器(如DS18B20)、熱電偶(高溫場(chǎng)景)。
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濕度傳感器:電容式高分子薄膜傳感器(如Honeywell HIH系列)、電阻式濕敏電阻(較少使用)。
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信號(hào)調(diào)理電路:放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)。
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微控制器(MCU):數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、計(jì)算、邏輯控制。
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顯示屏:LCD/LED顯示溫濕度數(shù)值(如0.1℃/1%RH分辨率)。
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電源管理:紐扣電池或鋰電池供電,支持低功耗模式。
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附加功能:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、藍(lán)牙/Wi-Fi傳輸、超限報(bào)警等。
水浴鍋校準(zhǔn)步驟
1.校準(zhǔn)前準(zhǔn)備
1.確認(rèn)環(huán)境條件:溫度(15~35)℃,相對(duì)濕度≤85%,無(wú)振動(dòng)及強(qiáng)氣流干擾。
2.檢查水浴鍋外觀及功能:確保無(wú)漏水、溫控器正常、注水液面覆蓋加熱器20mm以上。
3.準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)器:選擇擴(kuò)展不確定度U≤0.1℃的溫度傳感器(如PT100),時(shí)間常數(shù)<15s。
2.傳感器布點(diǎn)
1.有孔結(jié)構(gòu):將溫度傳感器置于每個(gè)孔的幾何中心(單孔/多孔對(duì)應(yīng)不同布點(diǎn))。
2.無(wú)孔結(jié)構(gòu):在工作區(qū)幾何中心及距內(nèi)壁1/10邊長(zhǎng)的左上、右上、右下、左下四點(diǎn)布設(shè)。
3.溫度校準(zhǔn)實(shí)施
1.選擇校準(zhǔn)點(diǎn):使用范圍的上限(如100℃)、下限(如0℃)及中間點(diǎn)(如50℃)。
2.設(shè)定目標(biāo)溫度后穩(wěn)定運(yùn)行,待溫度波動(dòng)≤±0.02℃/10min開(kāi)始記錄。
3.空載狀態(tài)下每2分鐘采集數(shù)據(jù),30分鐘內(nèi)至少記錄15組(多通道同步采集)。
4.數(shù)據(jù)處理與判定
1.溫度偏差:ΔT=實(shí)測(cè)均值-設(shè)定值,允差±1℃(典型工業(yè)級(jí)要求)。
2.溫度波動(dòng)度:(tmax-tmin)/2,要求≤±0.5℃。
3.溫度均勻度:各點(diǎn)比較大溫差均值,要求≤1℃。
5.校準(zhǔn)后處理
1.調(diào)整PID參數(shù)修正偏差,重新驗(yàn)證關(guān)鍵校準(zhǔn)點(diǎn)。
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廉金屬熱電偶校準(zhǔn)步驟
1.設(shè)備準(zhǔn)備與退火處理
1.將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校廉金屬熱電偶(如K型)捆扎置于管式爐均溫區(qū),測(cè)量端間距≤10mm。
2.進(jìn)行退火處理:在最高使用溫度(如600℃)恒溫2小時(shí)后,以≤100℃/h速率冷卻至室溫。
2.校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)試
1.選取校準(zhǔn)點(diǎn):量程下限(0℃)、中間點(diǎn)(300℃)、上限(600℃)。
2.從低溫至高溫逐點(diǎn)升溫,每個(gè)溫度點(diǎn)穩(wěn)定后(波動(dòng)≤±1℃),同步讀取標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校熱電偶電勢(shì)值。
3.按分度表?yè)Q算溫度值,計(jì)算誤差ΔT=被校值-標(biāo)準(zhǔn)值(允許誤差參考IEC 60584,如±2.5℃或±0.75%t)。
3.回程誤差測(cè)試
1.從上限溫度以≤50℃/h速率降溫,在相同校準(zhǔn)點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)。
2.計(jì)算升/降溫過(guò)程中同一溫度點(diǎn)的比較大偏差(應(yīng)≤允許誤差的50%)。
4.穩(wěn)定性驗(yàn)證
1.在中間校準(zhǔn)點(diǎn)(300℃)連續(xù)恒溫4小時(shí),每小時(shí)記錄1次電勢(shì)值。
2.比較大漂移量應(yīng)≤±1℃(工業(yè)級(jí)熱電偶典型指標(biāo))。
5.冷端補(bǔ)償校準(zhǔn)
1.斷開(kāi)爐體,將熱電偶參考端置于0℃冰點(diǎn)器內(nèi)。
2.測(cè)量常溫端補(bǔ)償誤差,修正采集系統(tǒng)冷端補(bǔ)償參數(shù)(誤差≤±0.5℃)。
雙金屬片式溫度開(kāi)關(guān)
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結(jié)構(gòu):由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬層壓成片狀。
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工作流程:
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溫度升高→雙金屬片因膨脹差異彎曲→推動(dòng)觸點(diǎn)分離(切斷電路)。
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溫度降低→雙金屬片恢復(fù)平直→觸點(diǎn)閉合(導(dǎo)通電路)。
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特點(diǎn):
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優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)需外部電源。
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缺點(diǎn):精度較低(±5℃),響應(yīng)速度慢(秒級(jí)),機(jī)械壽命有限(約10萬(wàn)次)。
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應(yīng)用:電熱水壺、電熨斗、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)。
液體膨脹式溫度開(kāi)關(guān)
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結(jié)構(gòu):感溫包內(nèi)充注液體(如硅油),通過(guò)毛細(xì)管連接波紋管或膜片。
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工作流程:
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溫度升高→液體膨脹→壓力推動(dòng)波紋管形變→觸發(fā)微動(dòng)開(kāi)關(guān)。
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溫度降低→液體收縮→波紋管復(fù)位→開(kāi)關(guān)恢復(fù)初始狀態(tài)。
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特點(diǎn):
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優(yōu)點(diǎn):驅(qū)動(dòng)力大、精度較高(±2℃)、適合高壓/高功率場(chǎng)景。
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缺點(diǎn):體積較大,存在液體泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
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應(yīng)用:工業(yè)加熱設(shè)備、壓縮機(jī)過(guò)熱保護(hù)。
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熱敏電阻測(cè)溫儀的校準(zhǔn)前準(zhǔn)備
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標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備選擇
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選用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器,其具有高精度和穩(wěn)定性,不確定度通常優(yōu)于 ±0.05℃,可滿足對(duì)熱敏電阻測(cè)溫儀校準(zhǔn)的精度要求。
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配備高精度的恒溫槽,如油恒溫槽或水恒溫槽,溫度范圍應(yīng)覆蓋熱敏電阻測(cè)溫儀的常用測(cè)量范圍,溫度波動(dòng)度應(yīng)在 ±0.01℃以內(nèi),均勻度在 ±0.02℃以內(nèi),確保提供穩(wěn)定且均勻的溫度場(chǎng)。
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準(zhǔn)備高精度的數(shù)字多用表或直流電橋,用于測(cè)量電阻值,其分辨率應(yīng)達(dá)到 0.01Ω,測(cè)量誤差不超過(guò) ±0.05%。
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環(huán)境條件檢查
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校準(zhǔn)環(huán)境溫度應(yīng)保持在(20±2)℃,以減少環(huán)境溫度對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響,確保校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。
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相對(duì)濕度應(yīng)控制在 40% - 60%,避免濕度過(guò)高導(dǎo)致儀器受潮,影響測(cè)量精度。
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環(huán)境應(yīng)無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、無(wú)振動(dòng),防止對(duì)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生干擾和影響儀器的穩(wěn)定性。
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被校儀器檢查
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檢查熱敏電阻測(cè)溫儀的外觀,確保外殼無(wú)破損、變形,顯示屏清晰完整,無(wú)缺劃、漏顯等問(wèn)題。
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檢查各按鍵、旋鈕操作是否靈活,功能是否正常,連接導(dǎo)線是否破損、接觸良好。
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查看熱敏電阻探頭是否有損壞、氧化等現(xiàn)象,如有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)更換或處理。
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熱敏電阻測(cè)溫儀校準(zhǔn)步驟
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連接與預(yù)熱
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將二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和被校準(zhǔn)的熱敏電阻測(cè)溫儀的探頭同時(shí)放入恒溫槽中,確保兩者與恒溫槽內(nèi)的介質(zhì)充分接觸,且位置相對(duì)靠近,以保證測(cè)量的是相同溫度環(huán)境。
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零點(diǎn)校準(zhǔn)
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將恒溫槽溫度設(shè)置為 0℃(或熱敏電阻測(cè)溫儀測(cè)量范圍的下限值),待溫度穩(wěn)定后,觀察熱敏電阻測(cè)溫儀的顯示值是否為 0℃(或下限值)。
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多點(diǎn)校準(zhǔn)
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在熱敏電阻測(cè)溫儀的測(cè)量范圍內(nèi),均勻選取至少 5 個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)
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依次將恒溫槽溫度設(shè)置為各校準(zhǔn)點(diǎn)溫度值,待溫度穩(wěn)定后,記錄標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)溫度值和熱敏電阻測(cè)溫儀的顯示值。
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示值誤差計(jì)算
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根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),計(jì)算熱敏電阻測(cè)溫儀在各校準(zhǔn)點(diǎn)的示值誤差,示值誤差 = 熱敏電阻測(cè)溫儀顯示值 - 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量值。
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將示值誤差與熱敏電阻測(cè)溫儀的允許誤差進(jìn)行比較,判斷是否符合精度要求。一般工業(yè)用熱敏電阻測(cè)溫儀的允許誤差為 ±0.5℃ - ±2℃,具體根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格確定。
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重復(fù)性測(cè)試
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在同一校準(zhǔn)點(diǎn)下,多次(一般不少于 3 次)測(cè)量熱敏電阻測(cè)溫儀的顯示值,計(jì)算其重復(fù)性誤差。重復(fù)性誤差 = (比較大顯示值 - **小顯示值)/ 測(cè)量次數(shù)的平均值。
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重復(fù)性誤差應(yīng)不大于允許誤差的 1/3,以確保測(cè)溫儀的測(cè)量重復(fù)性良好。
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