CN107677318A - 壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法，它包括安装在墙体上的底壳、设置在底壳内的PCB线路板，PCB线路板上设置有温湿度测量点，在该温湿度测量点处连接有温湿度传感器，PCB线路板上设置有发热元件、均匀分布的至少一个辅助测温点，每个辅助测温点处连接有一测温元件，温湿度测量点位于PCB线路板的发热元件所在一侧相对的另一侧，辅助测温点与发热元件及温湿度测量点之间均具有一定的距离。本发明采用增加辅助测温点的方式对温湿度进行补偿，其稳定性高、测试准确度高、动态性能好，且仅需在现有变送器上增加均匀分布的辅助测温点即可，易于实现。

Description

壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法
技术领域
本发明涉及一种壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法，属于传感器领域。
背景技术
温湿度变送器是一种直接测量当前环境下温度及湿度的仪器，被广泛地应用于工业、化工、船舶、电力、电子、家居、建筑等多个行业当中。壁挂式温湿度变送器作为温湿度变送器的一个分支，其采用壁挂的安装方式更加节省空间。现有壁挂式温湿度变送器由外壳、线路板、电源、温湿度传感器及其他元器件组成。由于是电子产品，变送器的内部元器件存在自发热现象，产品的功率越高，元器件自发热越严重，对温湿度传感器的影响越大，这对温湿度变送器来讲是不利的因素，因为温湿度变送器需要将被测环境温湿度准确测试出来，而产品自身温升会造成产品测量精度的下降。
目前，常用的减小元件自发热对测量真实值的影响方法有：
一、在产品空间结构上，将温湿度传感器远离发热元件及在温湿度传感器周围构建隔离槽等方案，但由于温湿度传感器通常集中在变送器内部，且变送器在设计时体积会尽可能的小，构建隔离槽虽然能够有效避免发热元件通过线路板的热传递，但不能避免发热元件热辐射带来的测量误差；
二、在软件上，温湿度变送器出厂后采用固定值补偿或在产品安装完成后现场校准产品补偿值，但这些方法无法完全避免自发热的影响，其造成的温度误差能够达到2℃左右，而湿度影响会超过5％RH。例如，使用固定值补偿方式，其实是在变送器出厂时，厂家对其温湿度变送器的温湿度误差进行多次的测试，从多次的测试结果中找到经验值，并固化到变送器运算电路软件中。在出厂后实际现场使用时，温湿度变送器根据实测温湿度数值加上固定值作为最终值输出，以达到温湿度补偿的效果，但这种方式在产品内部元件发热与散热达到平衡时，最终测试值是正常的，但是如果在产品刚刚上电工作时，发热元件产生的热量未传递至温湿度传感器，产品的测量值就会产生较大的误差；若采用现场修改补偿值的方式，则需要专业人士，大大增加了用工成本及工作量；而且这些温湿度补偿方式无法实时的对温湿度进行补偿，非常不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法，解决现有的壁挂式温湿度的自发热补偿方法的不足，其易于实现、稳定性高、动态性能好、能够实时地对温湿度进行补偿。
本发明提出的一种技术方案：壁挂式温湿度变送器，它包括安装在墙体上的底壳、设置在底壳内的PCB线路板，PCB线路板上设置有温湿度测量点，在该温湿度测量点处连接有温湿度传感器，PCB线路板上设置有发热元件、均匀分布的至少一个辅助测温点，每个辅助测温点处连接有一测温元件，温湿度测量点位于PCB线路板的发热元件所在一侧相对的另一侧，辅助测温点与发热元件及温湿度测量点之间均具有一定的距离。
进一步地，发热元件设置在PCB线路板的上部，温湿度测量点设置在PCB线路板的下部。
更进一步地，温湿度测量点与发热元件分别设置在PCB线路板的相对的两个对角处。
进一步地，温湿度测量点与发热元件之间的距离大于30mm，与PCB线路板外边缘之间的距离大于2mm，该外边缘是指PCB线路板的与温湿度测量点的最近的一条外边缘。
进一步地，辅助测温点与温湿度测量点之间的距离大于10mm，与发热元件之间的距离大于10mm。
进一步地，壁挂式温湿度变送器还包括上壳，该上壳与底壳连接并形成一腔体，PCB线路板设置在该腔体内。
进一步地，PCB线路板上还集成有处理器、通讯芯片、数据线接口，温湿度传感器和辅助温湿度传感器分别与处理器相连接，处理器、通讯芯片、数据线接口依次连接。
进一步地，上壳上设置有功能按键和显示屏，功能按键和显示屏分别与处理器相连接。
本发明提供了另一种技术方案：基于上述的壁挂式温湿度变送器的自发热温度补偿方法：设第x个辅助测温点处测量温度为Tx，发热元件对该第x个辅助测温点所造成的升温为Δtx，1≤x≤n，x为整数，n为辅助测温点的个数，设温湿度测量点处测量温度为Ts，发热元件对温湿度测量点所造成的升温为Δts，设被测环境真实温度为T，则
Ts-Δts＝T (1)，
Tx-Δtx＝T (2)，
Δtx与Δts之间满足固定的函数关系：
Δtx＝f(Δts)≈Kx×Δts+Ax (3)；
其中Kx、Ax为常量，通过在标准环境测试得出；
由式(1)、(2)、(3)求得被测环境真实温度为：
T＝Ts-[(T1-Ts-A1)/(K1-1)+…+(Tn-Ts-An)/(Kn-1)]/n (4)。
本发明还提供了一种技术方案：基于上述的壁挂式温湿度变送器及自发热温度补偿方法的自发热湿度补偿方法：通过上述式(4)已求得被测环境的真实温度T，设温湿度测量点处测量湿度为RHs，设被测环境的真实湿度为RH，则根据相对湿度定义及计算公式，求得：
RH＝f(Ts，RHs，T) (5)。
由于采用以上技术方案，本发明壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法，采用增加辅助测温点的方式对温湿度进行补偿，能够实时的根据变送器当前的情况通过特定的算法实时计算温湿度补偿，大大提高了温湿度测量的实时性，其稳定性高、测试准确度高、动态性能好，且仅需在现有变送器上增加均匀分布的辅助测温点即可，易于实现。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明实施例一种壁挂式温湿度变送器的结构示意图；
图2为本发明实施例一种壁挂式温湿度变送器的结构示意图。
其中：
1、底壳；2、PCB线路板；3、发热元件；4、温湿度传感器；5、测温元件；WS、温湿度测量点；W1、第一辅助测温点；W2、第二辅助测温点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
参考附图1，本实施例提供了一种壁挂式温湿度变送器，它包括安装在墙体6上的底壳1、设置在底壳1内的PCB线路板2，外壳1和PCB线路板2上均开设有变送器接线孔3。
PCB线路板2上设置有温湿度测量点WS，在该温湿度测量点WS处连接有温湿度传感器4。PCB线路板2上设置有发热元件3，温湿度测量点WS位于PCB线路板2的发热元件3所在一侧相对的另一侧。在一种更为优选的实施方案中，发热元件3设置在PCB线路板2的上部，温湿度测量点WS设置在PCB线路板2的下部，且尽量远离发热元件3，这样发热元件3产生的热量会向上升，对温湿度传感器4影响程度会进一步地减小。本实施例中，温湿度测量点WS与发热元件3分别设置在PCB线路板2的相对的两个对角处。优选地，温湿度测量点WS与发热元件3之间的距离大于30mm，与PCB线路板2外边缘之间的距离大于2mm，该外边缘是指PCB线路板2的与温湿度测量点WS的最近的一条外边缘。
PCB线路板2上还设置有均匀分布的至少一个辅助测温点Wx，1≤x≤n，x为整数，n为辅助测温点的个数。每个辅助测温点Wx处连接有一测温元件5，用来测量与之对应地辅助测温点Wx处的温度。在实际应用中，根据PCB线路板2的实际设计情况，同时综合考虑温湿度变送器中其他部件的设置情况，辅助测温点Wx与发热元件2及温湿度测量点WS之间均具有一定的距离。优选地，辅助测温点Wx与温湿度测量点WS之间的距离大于10mm，与发热元件3之间的距离大于10mm。
本实施例中的辅助测温点Wx为一个，即附图1中标示W1。
本实施例中的壁挂式温湿度变送器还包括上壳，该上壳与底壳连接并形成一腔体，PCB线路板2设置在该腔体内。PCB线路板2上还集成有处理器、通讯芯片、数据接口等元器件，温湿度传感器和辅助测温元件分别与处理器相连接，处理器、通讯芯片、数据接口依次连接。上壳上设置有功能按键和显示屏，功能按键和显示屏分别与处理器相连接。本申请中所述的发热元件包括但不仅仅包括本段中所提及的在工作时会自发热的部件中的一种或几种。
本实施例还提供了一种基于上述的壁挂式温湿度变送器的自发热温度补偿方法：设第x个辅助测温点处测量温度为Tx，发热元件对该第x个辅助测温点所造成的升温为Δtx，1≤x≤n，x为整数，n为辅助测温点的个数，设温湿度测量点处测量温度为Ts，发热元件对温湿度测量点所造成的升温为Δts，设被测环境真实温度为T，则
Ts-Δts＝T (1)，
Tx-Δtx＝T (2)，
由于温湿度变送器内部空间固定，外界因素对内部影响一致，各个辅助测温点Wx及温湿度传感器WS相对位置固定，因此发热元件3造成的温升Δtx与Δts之间满足固定的函数关系：
Δtx＝f(Δts)≈Kx×Δts+Ax (3)；
其中Kx、Ax为常量，通过在标准环境测试得出。变送器空间结构设计不同、辅助测温点位置不同，则Kx、Ax的常量数值也不同；
由式(1)、(2)、(3)求得被测环境真实温度为：
T＝Ts-[(T1-Ts-A1)/(K1-1)+…+(Tn-Ts-An)/(Kn-1)]/n (4)。
需要说明的是，辅助测温点Wx越多，结果越精确，理论上可以对温升进行完全补偿。
本实施例中，辅助测温点为一个，x＝1，则通过上述自发热温度补偿方法：
Ts-Δts＝T
T1-Δt1＝T
Δt1＝f(Δts)≈K×Δts+A
求得被测环境真实温度为
T＝Ts-(T1-Ts-A)/(K-1)。
本实施例还提供了一种基于上述的壁挂式温湿度变送器及自发热温度补偿方法的自发热湿度补偿方法：通过上述式(4)已求得被测环境真实温度T，设温湿度测量点WS处测量湿度为RHs，设被测环境真实湿度为RH，则根据相对湿度定义及计算公式，求得：
RH＝f(Ts，RHs，T) (5)。
需要说明的是，相对湿度定义及计算公式为本领域技术常识，因此关于计算过程，这里不做赘述。
实施例二
参考附图2，本实施例中的壁挂式温湿度变送器与实施例一的区别仅在于：辅助测温点有两个，及附图2中标示W1和W2，W1和W2均匀分布。
本实施例中的自发热温度补偿方法与对比文件1的区别仅在于：辅助测温点为两个，x＝2，则通过上述自发热温度补偿方法：
Ts-Δts＝T
T1-Δt1＝T
T2-Δt2＝T
Δt1＝f(Δts)≈K1×Δts+A1
Δt2＝f(Δts)≈K2×Δts+A2
求得被测环境真实温度为
T＝Ts-[(T1-Ts-A1)/(K1-1)+(T2-Ts-A2)/(K2-1)]/2。
本壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法，本发明壁挂式温湿度变送器及自发热温湿度补偿方法，采用增加辅助测温点的方式对温湿度进行补偿，能够实时的根据变送器当前的情况通过特定的算法实时计算温湿度补偿，大大提高了温湿度测量的实时性，其稳定性高、测试准确度高、动态性能好，且仅需在现有变送器上增加均匀分布的辅助测温点即可，易于实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种壁挂式温湿度变送器，它包括安装在墙体上的底壳、设置在所述底壳内的PCB线路板，所述PCB线路板上设置有温湿度测量点，在该温湿度测量点处连接有温湿度传感器，其特征在于：所述PCB线路板上设置有发热元件、均匀分布的至少一个辅助测温点，每个所述辅助测温点处连接有一测温元件，所述温湿度测量点位于PCB线路板的发热元件所在一侧相对的另一侧，所述辅助测温点与发热元件及温湿度测量点之间均具有一定的距离。
2.根据权利要求1所述的壁挂式温湿度变送器，其特征在于：所述的发热元件设置在所述PCB线路板的上部，所述的温湿度测量点设置在所述PCB线路板的下部。
3.根据权利要求2所述的壁挂式温湿度变送器，其特征在于：所述的温湿度测量点与发热元件分别设置在所述PCB线路板的相对的两个对角处。
4.根据权利要求1所述的壁挂式温湿度变送器，其特征在于：所述的温湿度测量点与所述发热元件之间的距离大于30mm，与所述PCB线路板外边缘之间的距离大于2mm。
5.根据权利要求1所述的壁挂式温湿度变送器，其特征在于：所述的辅助测温点与所述温湿度测量点之间的距离大于10mm，与所述发热元件之间的距离大于10mm。
6.根据权利要求1所述的壁挂式温湿度变送器，其特征在于：还包括上壳，该上壳与所述底壳连接并形成一腔体，所述的PCB线路板设置在该腔体内。
7.根据权利要求6所述的壁挂式温湿度变送器，其特征在于：所述的PCB线路板上还集成有处理器、通讯芯片、数据线接口，所述的温湿度传感器和辅助温湿度传感器分别与所述处理器相连接，所述处理器、通讯芯片、数据线接口依次连接。
8.根据权利要求7所述的壁挂式温湿度变送器，其特征在于：所述的上壳上设置有功能按键和显示屏，所述的功能按键和显示屏分别与所述处理器相连接。
9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的壁挂式温湿度变送器的自发热温度补偿方法，其特征在于：设第x个所述辅助测温点处测量温度为Tx，所述发热元件对该第x个辅助测温点所造成的升温为Δtx，1≤x≤n，x为整数，n为所述辅助测温点的个数，设所述温湿度测量点处测量温度为Ts，所述发热元件对温湿度测量点所造成的升温为Δts，设被测环境真实温度为T，则
Ts-Δts＝T (1)，
Tx-Δtx＝T (2)，
Δtx与Δts之间满足固定的函数关系：
Δtx＝f(Δts)≈Kx×Δts+Ax (3)；
其中Kx、Ax为常量，通过在标准环境测试得出；
由式(1)、(2)、(3)求得被测环境真实温度为：
T＝Ts-[(T1-Ts-A1)/(K1-1)+…+(Tn-Ts-An)/(Kn-1)]/n (4)。
10.一种基于权利要求1-8中任一项所述的壁挂式温湿度变送器及权利要求9所述的自发热温度补偿方法的自发热湿度补偿方法，其特征在于：由式(4)已求得被测环境的真实温度T，设所述温湿度测量点处测量湿度为RHS，设被测环境的真实湿度为RH，则根据相对湿度定义及计算公式，求得：
RH＝f(Ts，RHs，T) (5)。
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