CN105737877A - 温湿度传感器标定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种温湿度传感器标定装置及方法，其中装置包括：设有传感器接口以及空气入口的温湿度标定箱、待标定温湿度传感器、数据采集处理系统、用于将外部空气通过所述空气入口导入温湿度标定箱的气泵；温湿度标定箱通过传感器接口与待标定温湿度传感器连接，温湿度标定箱通过空气入口与气泵连接，待标定温湿度传感器与数据采集处理系统连接；温湿度标定箱内分别容纳有无水氯化钙、纯水，无水氯化钙、纯水分别与气泵导入的空气形成具有预设湿度的混合气体，从而实现在气体钻井现场对温湿度传感器的标定，该标定装置结构简单、操作方便，标定方法方便快捷，标定精度满足气体钻井行业的精度要求，具有很大的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术，尤其涉及一种温湿度传感器标定装置及方法。
背景技术
气体钻井过程中，可能出现的井下安全风险主要包括地层出气、井壁垮塌、地层出水、钻柱失效、井下燃爆及地层产出有毒有害气体。这些安全风险的发生会对钻井施工、人员安全及经济造成一定损失。其中地层出水会引起井眼净化、钻头泥包、井壁失稳等井下复杂情况的发生，因此，气体钻井出水监测尤为重要。
气体钻井现场通常采用温湿度一体式传感器监测地层出水，温湿度传感器能够通过监测排砂管线返出气体的相对湿度来判断地层是否出水，同时还能够监测温度以便于排除环境温度变化对湿度的影响。然而温湿度传感器现场工作环境恶劣，在工作一段时间后输出电压与相对温湿度值会偏离原有的线性关系，造成较大测量误差。故温湿度传感器的现场快速简易标定对于准确监测显得尤为重要。
目前，温湿度传感器的标定方法是在室内采用标准湿度发生器进行标定，虽然其标定精度高，然而标准湿度发生器价格昂贵，维护费用高，标定条件要求严格，施工现场很难达到标定条件，故采用标准湿度发生器对温湿度传感器进行标定的方法不适合现场应用。
发明内容
本发明提供一种温湿度传感器标定装置及方法，可实现气体钻井现场对温湿度传感器的标定，该标定装置结构简单、操作方便，标定方法方便快捷，标定精度满足气体钻井行业的精度要求，具有很大的实用价值。
本发明提供一种温湿度传感器标定装置，包括：
设有传感器接口以及空气入口的温湿度标定箱、待标定温湿度传感器、数据采集处理系统、用于将外部空气通过所述空气入口导入所述温湿度标定箱的气泵；
所述温湿度标定箱通过所述传感器接口与所述待标定温湿度传感器连接，所述温湿度标定箱通过所述空气入口与所述气泵连接，所述待标定温湿度传感器与所述数据采集处理系统连接；
所述温湿度标定箱内分别容纳有无水氯化钙、纯水，所述无水氯化钙、纯水分别与所述气泵导入的空气形成具有预设湿度的混合气体。
本发明还提供一种温湿度传感器标定方法，包括：
气泵通过温湿度标定箱上的空气入口将外部空气导入所述温湿度标定箱，并将导入的空气分别与所述温湿度标定箱内的无水氯化钙、纯水混合，形成具有预设湿度值的混合气体；
待标定温湿度传感器通过所述温湿度标定箱上的传感器接口从所述温湿度标定箱中获取所述混合气体，并输出所述混合气体的湿度测量值；
数据采集处理系统接收所述湿度测量值，根据所述预设湿度值与所述湿度测量值，处理得到标定结果。
本发明的温湿度传感器标定装置及方法，通过气泵将外部空气通过温湿度标定箱上的空气入口导入温湿度标定箱，使得导入的空气分别与温湿度标定箱内的无水氯化钙、纯水混合出具有预设湿度的混合气体，再由待标定温湿度传感器通过温湿度标定箱上的传感器接口测量该混合气体的湿度值，进而数据采集处理系统对测量得到的湿度值和预设的湿度值进行处理，得到标定结果，从而实现在气体钻井现场对温湿度传感器的标定，该标定装置结构简单、操作方便，标定方法方便快捷，标定精度满足气体钻井行业的精度要求，具有很大的实用价值。
附图说明
图1为本发明温湿度传感器标定装置的实施例一的结构示意图；
图2为本发明温湿度传感器标定装置的实施例二的结构示意图；
图3为本发明温湿度传感器标定方法的实施例一的流程图；
图4为本发明温湿度传感器标定方法的实施例二的流程图；
图5为本发明温湿度传感器标定方法的实施例三的流程图；
图6为图5所示温湿度传感器标定方法的实施例三中的待标定温湿度传感器的电压-温度拟合曲线。
图7为本发明温湿度传感器标定方法的实施例四的流程图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。
图1为本发明温湿度传感器标定装置的实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的装置包括：设有传感器接口11以及空气入口12的温湿度标定箱1、待标定温湿度传感器2、数据采集处理系统3、用于将外部空气通过空气入口12导入温湿度标定箱1的气泵4；温湿度标定箱1通过传感器接口11与待标定温湿度传感器2连接，温湿度标定箱1通过空气入口12与气泵4连接，待标定温湿度传感器2与数据采集处理系统3连接；温湿度标定箱1内分别容纳有无水氯化钙、纯水，无水氯化钙、纯水分别与气泵4导入的空气形成具有预设湿度的混合气体。
具体的，温湿度标定箱1内放入无水氯化钙，将气泵4连接在温湿度标定箱1上的空气入口12处，将待标定温湿度传感器2连接在温湿度标定箱1上的传感器接口11处，并将待标定温湿度传感器2与数据采集处理系统3连接。开启气泵4，让空气进入温湿度标定箱1内，并从无水氯化钙底部通过，得到具有预设湿度的混合气体。温湿度标定箱1预留一定的空间，以便待标定温湿度传感器2取气、测量混合气体的湿度值。数据采集处理系统3对测量值进行采集和记录。同理，若要得到另一种预设湿度的混合气体，只需要将温湿度标定箱1内的无水氯化钙换为纯水，再通过开启气泵4，让空气进入温湿度标定箱1内，并从纯水底部通过，得到另一种具有预设湿度的混合气体，待标定温湿度传感器2从该温湿度标定箱1内取气、测量混合气体的湿度值，并通过数据采集处理系统3采集、记录，将空气分别通过无水氯化钙及纯水后的湿度测量值进行处理后，得到待标定温湿度传感器2的湿度标定结果。
本实施例的温湿度传感器标定装置，通过气泵将外部空气通过温湿度标定箱上的空气入口导入温湿度标定箱，使得导入的空气分别与温湿度标定箱内的无水氯化钙、纯水混合出具有预设湿度的混合气体，再由待标定温湿度传感器通过温湿度标定箱上的传感器接口测量该混合气体的湿度值，进而数据采集处理系统对测量得到的湿度值和预设的湿度值进行处理，得到标定结果，从而实现在气体钻井现场对温湿度传感器的标定，该标定装置结构简单、操作方便，标定方法方便快捷，标定精度满足气体钻井行业的精度要求，具有很大的实用价值。
图2为本发明温湿度传感器标定装置的实施例二的结构示意图，如图2所示，本实施例的装置在上述实施例一的基础上，温湿度标定箱1还设有恒温控制装置13，恒温控制装置13用于将温湿度标定箱1内的空气保持预设的温度。进一步的，恒温控制装置13与数据采集处理系统3连接，恒温控制装置13用于接收数据采集处理系统3的温控指令，并根据温控指令将温湿度标定箱内的空气保持预设的温度。
具体的，待标定温湿度传感器2在气体钻井现场具备能够通过监测排砂管线返出气体的相对湿度来判断地层是否出水，同时还具备能够监测温度以便于排除环境温度变化对湿度的影响。因此，该温湿度传感器标定装置还需要对待标定温湿度传感器2进行温度的标定。其中，温湿度标定箱1设有恒温控制装置13，该恒温控制装置13能够在待标定温湿度传感器2的测量范围内快速改变温湿度标定箱1内温度并使其保持恒定。进一步地，该恒温控制装置13的预设温度可以通过接收与之连接的数据采集处理系统3的温控指令获得，从而使该恒温控制装置13根据温控指令将温湿度标定箱1内的空气保持在预设的温度。
进一步的，在上述实施例的基础上，数据采集处理系统3包括：采集模块31、处理器32、显示屏33；采集模块31与待标定温湿度传感器2连接，处理器32分别与采集模块31、显示屏33、恒温控制装置13连接；处理器32用于将预设的湿度值与采集模块31采集到的待标定温湿度传感器2的湿度测量值进行处理，并将处理后的结果显示在显示屏33上；将预设的温度值，与采集模块31采集到的待标定温湿度传感器2的温度测量值进行处理，并将处理后的结果显示在显示屏33上；发送温控指令，以使恒温控制装置13根据温控指令将温湿度标定箱1内的空气保持预设的温度。从而使得该标定装置功能更加灵活、智能，并且方便使用者对于标定结果的读取。
进一步地，气泵4可以采用小型气泵，工作介质主要为气体，体积小巧的一种仪器。温湿度标定箱1可以采用耐腐蚀箱，防止无水氯化钙或其他空气湿度制备材料对温湿度标定箱1的破坏。数据采集处理系统3可以包括：ZigBee无线传输模块或者红外无线传输模块(图中未示出)，使得该数据采集处理系统3采用无线传输的模式与待标定温湿度传感器2进行数据交互，将温湿度数据从气体钻井现场传递给外部控制中心，以便控制中心实时监控井下温湿度情况，提高井下作业安全系数。
本实施例的温湿度传感器标定装置，通过气泵将外部空气通过温湿度标定箱上的空气入口导入温湿度标定箱，使得导入的空气分别与温湿度标定箱内的无水氯化钙、纯水混合出具有预设湿度的混合气体，再由待标定温湿度传感器通过温湿度标定箱上的传感器接口测量该混合气体的湿度值，进而数据采集处理系统对测量得到的湿度值和预设的湿度值进行处理，得到标定结果，从而实现在气体钻井现场对温湿度传感器的标定，该标定装置结构简单、操作方便，标定方法方便快捷，标定精度满足气体钻井行业的精度要求，具有很大的实用价值。
图3为本发明温湿度传感器标定方法的实施例一的流程图，如图3所示，本实施例的方法包括：
步骤101、气泵通过温湿度标定箱上的空气入口将外部空气导入温湿度标定箱，并将导入的空气分别与温湿度标定箱内的无水氯化钙、纯水混合，形成具有预设湿度值的混合气体。
步骤102、待标定温湿度传感器通过温湿度标定箱上的传感器接口从温湿度标定箱中获取混合气体，并输出混合气体的湿度测量值。
步骤103、数据采集处理系统接收湿度测量值，根据预设湿度值与湿度测量值，处理得到标定结果。
进一步地，在方法实施例一的基础上，如图4本发明温湿度传感器标定方法的实施例二的流程图所示，数据采集处理系统可以包括：采集模块、处理器、显示屏。步骤103、数据采集处理系统接收湿度测量值，根据预设湿度值与湿度测量值，处理得到标定结果中，具体可以包括：
步骤1031、采集模块接收湿度测量值，当湿度测量值保持稳定后，记录稳定后的湿度测量值，并发送稳定后的湿度测量值到处理器。
步骤1032、处理器接收稳定后的湿度测量值，将预设湿度值与稳定后的湿度测量值进行拟合。
步骤1033、将拟合后的预设湿度值与稳定后的湿度测量值的关系曲线显示在显示屏上。
具体的，预设湿度值包括常温常压下空气通过无水氯化钙后的空气含水量为30％的湿度值、常温常压下空气通过纯水后的空气含水量为95％的湿度值。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，图5为本发明温湿度传感器标定方法的实施例三的流程图，如图5所示，本实施例的方法还包括：
步骤104、温湿度标定箱上的恒温控制装置接收数据采集处理系统的温控指令，并根据温控指令将温湿度标定箱内的空气保持预设的温度。
具体的，步骤104和上述实施例中的步骤101～步骤103为分别对温度和湿度的检测、标定步骤，不具有必然的时序关系。其中，温控指令包括至少五个均匀分布在待标定温湿度传感器量程范围内的预设的温度值，以提高温度标定的准确性。例如：表1待标定温湿度传感器的标定数据表，根据各个预设温度的实测电压值和各个预设温度值，通过拟合及线性回归相关系数R2＝0.9999得到待标定温湿度传感器的电压-温度关系为：y＝0.1939x-0.3306。拟合出的待标定温湿度传感器的电压-温度拟合曲线如图6所示。
表1待标定温湿度传感器的标定数据表
| 序号 | 电压/mV | 温度/℃ |
| 1 | 105.2 | 20 |
| 2 | 130.1 | 25 |
| 3 | 156.8 | 30 |
| 4 | 182.1 | 35 |
| 5 | 208.05 | 40 |
此外，可以对待标定温湿度传感器进行二次反向标定，即温度从低到高标定一次，再调节预设温度从高到低标定一次，从而进一步保证待标定温湿度传感器的标定曲线的准确性。
进一步地，在上述步骤104“根据温控指令将温湿度标定箱内的空气保持预设的温度”之后，如图7本发明温湿度传感器标定方法的实施例四的流程图所示，还包括：
步骤1041、采集模块接收温湿度传感器的温度测量值，当温度测量值保持稳定后，记录稳定后的温度测量值，并发送稳定后的温度测量值到处理器。
步骤1042、处理器接收稳定后的温度测量值，将预设的温度与稳定后的温度测量值进行拟合。
步骤1043、将拟合后的预设的温度与稳定后的温度测量值的关系曲线显示在显示屏上。
本实施例的温湿度传感器标定装置，通过气泵将外部空气通过温湿度标定箱上的空气入口导入温湿度标定箱，使得导入的空气分别与温湿度标定箱内的无水氯化钙、纯水混合出具有预设湿度的混合气体，再由待标定温湿度传感器通过温湿度标定箱上的传感器接口测量该混合气体的湿度值，进而数据采集处理系统对测量得到的湿度值和预设的湿度值进行处理，得到标定结果，从而实现在气体钻井现场对温湿度传感器的标定，该标定装置结构简单、操作方便，标定方法方便快捷，标定精度满足气体钻井行业的精度要求，具有很大的实用价值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种温湿度传感器标定装置，其特征在于，包括：设有传感器接口以及空气入口的温湿度标定箱、待标定温湿度传感器、数据采集处理系统、用于将外部空气通过所述空气入口导入所述温湿度标定箱的气泵；
所述温湿度标定箱通过所述传感器接口与所述待标定温湿度传感器连接，所述温湿度标定箱通过所述空气入口与所述气泵连接，所述待标定温湿度传感器与所述数据采集处理系统连接；
所述温湿度标定箱内分别容纳有无水氯化钙、纯水，所述无水氯化钙、纯水分别与所述气泵导入的空气形成具有预设湿度的混合气体。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温湿度标定箱还设有恒温控制装置，所述恒温控制装置用于将所述温湿度标定箱内的空气保持预设的温度。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述恒温控制装置与所述数据采集处理系统连接，所述恒温控制装置用于接收所述数据采集处理系统的温控指令，并根据所述温控指令将所述温湿度标定箱内的空气保持预设的温度。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数据采集处理系统包括：采集模块、处理器、显示屏；
所述采集模块与所述待标定温湿度传感器连接，所述处理器分别与所述采集模块、所述显示屏、所述恒温控制装置连接；
所述处理器用于将预设的湿度值与所述采集模块采集到的所述待标定温湿度传感器的湿度测量值进行处理，并将处理后的结果显示在所述显示屏上；将预设的温度值，与所述采集模块采集到的所述待标定温湿度传感器的温度测量值进行处理，并将处理后的结果显示在所述显示屏上；发送温控指令，以使所述恒温控制装置根据所述温控指令将所述温湿度标定箱内的空气保持预设的温度。
5.根据权利要求1～4任一所述的装置，其特征在于，所述温湿度标定箱为耐腐蚀箱。
6.根据权利要求1～4任一所述的装置，其特征在于，所述数据采集处理系统包括：ZigBee无线传输模块或者红外无线传输模块。
7.一种温湿度传感器标定方法，其特征在于，包括：
气泵通过温湿度标定箱上的空气入口将外部空气导入所述温湿度标定箱，并将导入的空气分别与所述温湿度标定箱内的无水氯化钙、纯水混合，形成具有预设湿度值的混合气体；
待标定温湿度传感器通过所述温湿度标定箱上的传感器接口从所述温湿度标定箱中获取所述混合气体，并输出所述混合气体的湿度测量值；
数据采集处理系统接收所述湿度测量值，根据所述预设湿度值与所述湿度测量值，处理得到标定结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
所述温湿度标定箱上的恒温控制装置接收所述数据采集处理系统的温控指令，并根据所述温控指令将所述温湿度标定箱内的空气保持预设的温度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据采集处理系统接收所述湿度测量值，根据所述预设湿度值与所述湿度测量值，处理得到标定结果，包括：
所述数据采集处理系统包括：采集模块、处理器、显示屏；所述采集模块接收所述湿度测量值，当所述湿度测量值保持稳定后，记录稳定后的湿度测量值，并发送所述稳定后的湿度测量值到所述处理器；
所述处理器接收所述稳定后的湿度测量值，将所述预设湿度值与所述稳定后的湿度测量值进行拟合，并将拟合后的所述预设湿度值与所述稳定后的湿度测量值的关系曲线显示在所述显示屏上。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述温控指令将所述温湿度标定箱内的空气保持预设的温度之后，还包括：
所述数据采集处理系统包括：采集模块、处理器、显示屏；其中，所述采集模块接收所述温湿度传感器的温度测量值，当所述温度测量值保持稳定后，记录稳定后的温度测量值，并发送所述稳定后的温度测量值到所述处理器；
所述处理器接收所述稳定后的温度测量值，将所述预设的温度与所述稳定后的温度测量值进行拟合，并将拟合后的所述预设的温度与所述稳定后的温度测量值的关系曲线显示在所述显示屏上。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预设湿度值包括常温常压下空气通过所述无水氯化钙后的空气含水量为30％的湿度值、常温常压下空气通过所述纯水后的空气含水量为95％的湿度值。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述温控指令包括至少五个均匀分布在所述待标定温湿度传感器量程范围内的预设的温度值。
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