CN109900310A - 一种温湿度传感器自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温湿度传感器自检方法，该自检方法包括：在探头和变送器中分别设置加热元件和连接所述加热元件的加热单元；控制加热元件进行加热，并根据采集到的温度和湿度数据的升降变化判定探头的工作状态；在试验环境中控制加热元件按照自检功率进行加热，获取覆盖所述传感器的工作温湿度区间的预设温湿度曲线；在自检过程中控制加热元件按照所述自检功率进行加热，生成自检温湿度曲线；根据自检温湿度曲线以及与其具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线的符合性判定传感器是否漂移。本发明提供的温湿度传感器自检方法能够远程对传感器的工作状态及性能进行判定，解决了温湿度传感器自检问题，具有良好的技术效果。

Description

一种温湿度传感器自检方法

技术领域

本发明涉及自动化控制与仪器仪表技术领域，具体涉及一种温湿度传感器自检方法。

背景技术

图1是现有温湿度传感器的结构框图，如图1所示，温湿度传感器一般包括探头10、变送器20和上位机30，探头10负责感测被测环境，变送器20负责信号处理、运算和输出，上位机30负责供电和信号传输。结合图2所示，探头10内设置有温敏元件11和湿敏元件12，并用过滤器14加以保护，温敏元件11通常采用热敏电阻RTD(如：PT100、PT1000或铜电阻)等对温度敏感的材料制作，用于采集温度数据，湿敏元件13通常采用湿敏电容或湿敏电阻制作，用于采集湿度数据。变送器20内设置有用于接收温度数据的温度处理单元21和用于接收湿度数据的湿度处理单元22。

在实际应用中，依靠湿敏元件精确且可靠地测量湿度比较困难，往往需要依靠测点就近温度参数来修正。在某些情况下实际环境发生了变化，但温湿度传感器输出不变化或变化不明显，如高湿环境中传感器结露致使输出变化异常，对此，并不能直接判定传感器已损坏或发生了漂移，需要对温湿度进行检测。然而，部分传感器的安装位置难以到达，只能在停机状态时交由实验室校准，如高低温极限环境、核电站辐射区域等。

目前市面上有部分温湿度传感器产品能对变送器进行自检，即判定变送器检测电路是否还在正常工作，但还没有变送器或上位机能对探头内的感测元件进行检测。同时，常规的变送器自检功能有一定的局限性，只能进行断线检测，即判断变送器是否有4-20mA信号输出，而无法对温湿度传感器的真实状态和具体性能做判定和检测。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的问题，提供了一种温湿度传感器自检方法，解决了温湿度传感器远程或就地自检问题,能对传感器的工作状态和测量性能进行判定。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：提供一种温湿度传感器自检方法，用于温湿度传感器，所述传感器包括探头、变送器和上位机，所述探头包括用于采集温度数据的温敏元件和用于采集湿度数据的湿敏元件，所述自检方法包括：

在探头和变送器中分别设置加热元件和连接所述加热元件的加热单元；

选定测试功率，按照所述测试功率控制所述加热元件进行加热，并根据采集到的温度和湿度数据的升降变化判定所述探头的工作状态；

在试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据获取覆盖所述传感器的工作温湿度区间的预设温湿度曲线；

在自检过程中控制所述加热元件按照所述自检功率进行加热，根据采集的温度和湿度数据生成自检温湿度曲线；

根据所述自检温湿度曲线以及与其具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线的符合性判定所述传感器是否漂移。

可选的，所述根据所述自检温湿度曲线以及与其具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线的符合性判定所述传感器是否漂移，具体包括：

获取与所述自检温湿度曲线具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线；

判断所述自检温湿度曲线与预设温湿度曲线在自检开始加热预设时间后的对应同一加热时间的温度值和湿度值之间的偏差是否超过设定值；若超过，则判定所述传感器发生漂移。

可选的，当通过所述变送器判定所述传感器是否漂移时，所述自检方法还包括：

获取自检前所述变送器输出的温湿度电流，并启动恒流模式，控制所述变送器在自检过程中按照自检前输出的温湿度电流进行输出。

可选的，所述在试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据获取覆盖所述传感器的工作温湿度区间的预设温湿度曲线，具体包括：

将所述传感器的工作温湿度区间等间距划分成多个测量点，并根据每一所述测量点的温度和湿度分别建立多个对应温度和湿度的试验环境；

在每一所述试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据生成与每一所述试验环境对应的测量温湿度曲线；

采用插值法根据所述测量温湿度曲线计算任意两个所述测量点之间的温湿度曲线，组成覆盖所述工作温湿度区间的预设温湿度曲线并进行存储。

可选的，所述根据采集到的温度和湿度数据的升降变化判定所述探头的工作状态，具体包括：

当所述温度数据未发生变化且湿度数据下降时，判定所述温敏元件损坏；

当所述湿度数据未发生变化且温度数据上升时，判定所述湿敏元件损坏；

当所述温度数据下降和/或湿度数据上升时，判定所述传感器损坏。

可选的，所述自检方法还包括：

在自检完成后控制所述加热元件停止加热，并在所述加热元件停止加热后间隔预设响应时间后恢复传感器的正常检测。

可选的，所述自检方法还包括：

若所述自检温湿度曲线在自检开始加热后的曲线斜率大于对应同一温湿度的预设温湿度曲线，且所述自检温湿度曲线在自检完成停止加热后的曲线斜率小于对应同一温湿度的预设温湿度曲线，且温度和湿度数据在自检完成停止加热后能够恢复至自检前，则判定所述探头的过滤器发生堵塞。

可选的，所述自检方法还包括：

获取自检完成停止加热后，温度和湿度数据恢复至自检前的恢复时间；

将所述恢复时间发送至检修人员，检修人员根据所述恢复时间判定所述过滤器的堵塞情况并进行清洗。

可选的，所述自检方法还包括：

在自检过程中检测所述加热元件的加热回路是否有电流输出；若无电流输出，则判定所述加热回路故障。

可选的，所述测试功率适用于传感器工作的任一温湿度环境。

实施本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:

(1)通过加热元件加热探头过滤器内部空间，即可根据温度和湿度数据的升降变化远程判定温湿度传感器的工作状态；

(2)通过试验预先存储预设温湿度曲线，比对预设温湿度曲线和自检温湿度曲线的一致性即能够预判温湿度传感器测量漂移问题，防止误报、漏判；

(3)通过加热元件加热能使高湿环境中可能结露的温湿度传感器快速恢复正常，同时，可针对环境条件，尤其是极端恶劣环境下为温湿度传感器营造良好的工作环境，从而提高温湿度传感器的使用寿命和测量精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有温湿度传感器的结构框图；

图2是现有温湿度传感器的外形结构示意图；

图3是本发明实施例示出的一种温湿度传感器自检方法流程图；

图4是本发明实施例示出的温湿度传感器的结构框图；

图5是本发明实施例示出的温湿度传感器加热时正常响应曲线；

图6是本发明实施例示出的温湿度传感器自检时湿度故障可能曲线；

图7是本发明实施例示出的温湿度传感器自检时温度故障可能曲线；

图8是本发明实施例示出的温湿度传感器在不同环境自检时响应曲线；

图9是本发明实施例示出的温湿度传感器自检试验选点示意图；

图10是本发明实施例示出的温湿度传感器中过滤器堵塞时自检响应曲线。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

为了解决现有技术无法对温湿度传感器的真实状态和具体性能做判定和检测的问题，本发明旨在提供一种温湿度传感器自检方法，其核心思想是:在传感器的探头中增加一加热元件，在变送器中增加一加热单元，在需要自检时，通过加热单元控制加热元件发热后对探头过滤器内的空间进行加热，过滤器内的环境受到影响，导致温度上升、湿度下降。因此，可通过采集加热后的温度和湿度数据与自检开始前的数据做比较，分析变化值是否符合预期变化曲线，从而判定传感器的工作状态与性能是否良好。

如图3所示，图3是本实施例示出的一种温湿度传感器自检方法流程图，该方法用于温湿度传感器，包括以下步骤S1-S5：

S1、结合图4所示出的改进后温湿度传感器的结构框图，在探头10和变送器20中分别设置加热元件13和连接加热元件13的加热单元23，加热单元23发送加热信号到加热元件13，用于控制加热元件13的发热；

S2、选定测试功率，按照所述测试功率控制所述加热元件进行加热，并根据采集到的温度和湿度数据的升降变化判定所述探头的工作状态；

在本公开实施例中，通过在传感器工作的温湿度环境内选择低温高湿、高温低湿的工作环境控制加热单元进行加热，观察温度和湿度数据的变化，选择能够使温度和湿度数据具有明显可识别变化的加热功率作为测试功率，即所述测试功率适用于传感器工作的任一温湿度环境。

需要说明的是，由于探头的过滤器是一个相对封闭的空间，加热时空间内的温度会上升，相对湿度会下降，生成如图5所示出的温湿度传感器加热时的正常响应曲线，可利用该特性对探头的工作状态进行判定。

具体的，步骤S2中，所述根据采集到的温度和湿度数据的升降变化判定所述探头的工作状态，包括步骤：

当所述温度数据未发生变化且湿度数据下降时，即出现图6示出的传感器加热时温度故障可能曲线时，判定所述温敏元件损坏；

当所述湿度数据未发生变化且温度数据上升时，即出现图7所示出的传感器加热时湿度故障可能曲线时，判定所述湿敏元件损坏；

当所述温度数据下降和/或湿度数据上升时，则判定所述传感器损坏。

S3、在试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据获取覆盖所述传感器的工作温湿度区间的预设温湿度曲线；

需要说明的是，在加热元件按照同一功率加热时，外界环境的不同会导致温湿度数据有不同的变化。结合图8所示出传感器在不同环境自检时响应曲线，当外界温度较高时，加热后温升相对较小；如果外界温度较低，则温升会更大，且温升速度会更快，上升曲线的斜率K2会比K1更大。而湿度正好与温度相反，外界湿度高时受影响较明显，湿度低时影响很小。因传感器具备该特性，可利用该特性对传感器精度做初步自检。

具体的，步骤S3中，所述在试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据获取覆盖所述传感器的工作温湿度区间的预设温湿度曲线，具体包括步骤：

S31、结合图9所示出的传感器自检试验选点示意图，将所述传感器的工作温湿度区间等间距划分成多个测量点，并根据每一所述测量点的温度和湿度分别建立多个对应温度和湿度的试验环境；

S32、在每一所述试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据生成与每一所述试验环境对应的测量温湿度曲线；

S33、采用插值法根据所述测量温湿度曲线计算任意两个所述测量点之间的温湿度曲线，组成覆盖所述工作温湿度区间的预设温湿度曲线并进行存储。

S4、在自检过程中控制所述加热元件按照所述自检功率进行加热，根据采集的温度和湿度数据生成自检温湿度曲线；其中，所述自检功率可以按照步骤S2中选定的测试功率进行，但本实施例并不具体限定，只要保证自检过程与试验环境采用同一加热功率进行加热即可；

S5、根据所述自检温湿度曲线以及与其具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线的符合性判定所述传感器是否漂移；其中，步骤S5具体包括：

获取与所述自检温湿度曲线具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线；

判断所述自检温湿度曲线与预设温湿度曲线在自检开始加热预设时间后的对应同一加热时间的温度值和湿度值之间的偏差是否超过设定值；若超过，则判定所述传感器发生漂移。本公开实施例中，，在自检开始加热1分钟后，探头检测的温度和湿度数据波动较小，精度高，能够提高自检分析的准确性。

因此，选取自检温湿度曲线和预设温湿度曲线上自自检开始加热1分钟后的温度值和湿度值进行一致性比较，而不是曲线上所有值进行比较，以提高试验的精确度。

本公开实施例中，上述步骤S5可选择在变送器或上位机上进行。当通过变送器判定所述传感器是否漂移时，所述自检方法还包括步骤：

获取自检前所述变送器输出的温湿度电流，并启动恒流模式，控制所述变送器在自检过程中按照自检前输出的温湿度电流进行输出。

需要说明的是，变送器作为探头和上位机之间的连接点，其接收探头发送的电阻值和电容值，然后转化成温湿度电流发送到上位机。在自检过程中，由于加热元件的加热，传感器过滤器中温湿度变化有可能会触发上位机报警或误判。为了防止该现象的发生，在变送器启动自检前，将输出至上位机的温湿度电流调整为恒流输出，一直保持在自检加热前的输出，这样上位机获取的温度和湿度值不会发生变化，可以防止受到加热影响，触发报警。

而当通过上位机判定所述传感器是否漂移时，则不能启动恒流模式，否则将会无法进行漂移判定。

进一步地，所述自检方法还包括步骤：

在自检完成后控制所述加热元件停止加热，并在所述加热元件停止加热后间隔预设响应周期后恢复传感器的正常检测。

本公开实施例中，由于响应速度的原因，加热停止后变送器不可能马上恢复正常。而传感器的响应速度通常按τ₆₃计，待自检完成3个响应周期后恢复为正常检测，三个响应周期后升值偏差(1-63％)*(1-63％)*(1-63％)＝5％，即三个响应周期后的温湿度环境已经恢复到加热影响值的5％，认为已经恢复正常，可恢复正常工作状态。

进一步地，结合图10所示出的传感器中过滤器堵塞时自检响应曲线，所述自检方法还包括步骤：

若所述自检温湿度曲线在自检开始加热后的曲线斜率大于对应同一温湿度的预设温湿度曲线，且所述自检温湿度曲线在自检完成停止加热后的曲线斜率小于对应同一温湿度的预设温湿度曲线，且温度和湿度数据在自检完成停止加热后能够恢复至自检前，则判定所述探头的过滤器发生堵塞。

若判定探头的过滤器发生堵塞，可提醒检修人员清洗过滤器。

进一步地，所述自检方法还包括步骤：

获取自检完成停止加热后，温度和湿度数据恢复至自检前的恢复时间；

将所述恢复时间发送至检修人员，检修人员根据所述恢复时间判定所述过滤器的堵塞情况并进行清洗。

进一步地，所述自检方法还包括步骤：

在自检过程中检测所述加热元件的加热回路是否有电流输出；若无电流输出，则判定所述加热回路故障，以对异常进行及时处理。

综上所述，本发明提出的一种温湿度传感器自检方法，一方面，通过加热元件加热探头过滤器内部空间，即可根据温度和湿度数据的升降变化远程判定温湿度传感器的工作状态；另一方面，通过试验预先存储预设温湿度曲线，比对预设温湿度曲线和自检温湿度曲线的一致性即能够预判温湿度传感器测量漂移问题，防止误报、漏判；同时，通过加热元件加热能使高湿环境中可能结露的温湿度传感器快速恢复正常，且可针对环境条件，尤其是极端恶劣环境下为温湿度传感器营造良好的工作环境，从而提高温湿度传感器的使用寿命和测量精度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种温湿度传感器自检方法，用于温湿度传感器，所述传感器包括探头、变送器和上位机，所述探头包括用于采集温度数据的温敏元件和用于采集湿度数据的湿敏元件，其特征在于，所述自检方法包括：

在探头和变送器中分别设置加热元件和连接所述加热元件的加热单元；

选定测试功率，按照所述测试功率控制所述加热元件进行加热，并根据采集到的温度和湿度数据的升降变化判定所述探头的工作状态；

在试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据获取覆盖所述传感器的工作温湿度区间的预设温湿度曲线；

在自检过程中控制所述加热元件按照所述自检功率进行加热，根据采集的温度和湿度数据生成自检温湿度曲线；

根据所述自检温湿度曲线以及与其具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线的符合性判定所述传感器是否漂移。

2.根据权利要求1所述的自检方法，其特征在于，所述根据所述自检温湿度曲线以及与其具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线的符合性判定所述传感器是否漂移，具体包括：

获取与所述自检温湿度曲线具有相同加热前温湿度环境的预设温湿度曲线；

判断所述自检温湿度曲线与预设温湿度曲线在自检开始加热预设时间后的对应同一加热时间的温度值和湿度值之间的偏差是否超过设定值；若超过，则判定所述传感器发生漂移。

3.根据权利要求2所述的自检方法，其特征在于，当通过所述变送器判定所述传感器是否漂移时，所述自检方法还包括：

获取自检前所述变送器输出的温湿度电流，并启动恒流模式，控制所述变送器在自检过程中按照自检前输出的温湿度电流进行输出。

4.根据权利要求1所述的自检方法，其特征在于，所述在试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据获取覆盖所述传感器的工作温湿度区间的预设温湿度曲线，具体包括：

将所述传感器的工作温湿度区间等间距划分成多个测量点，并根据每一所述测量点的温度和湿度分别建立多个对应温度和湿度的试验环境；

在每一所述试验环境中控制所述加热元件按照自检功率进行加热，并根据采集的温度和湿度数据生成与每一所述试验环境对应的测量温湿度曲线；

采用插值法根据所述测量温湿度曲线计算任意两个所述测量点之间的温湿度曲线，组成覆盖所述工作温湿度区间的预设温湿度曲线并进行存储。

5.根据权利要求1所述的自检方法，其特征在于，所述根据采集到的温度和湿度数据的升降变化判定所述探头的工作状态，具体包括：

当所述温度数据未发生变化且湿度数据下降时，判定所述温敏元件损坏；

当所述湿度数据未发生变化且温度数据上升时，判定所述湿敏元件损坏；

当所述温度数据下降和/或湿度数据上升时，判定所述传感器损坏。

6.根据权利要求1所述的自检方法，其特征在于，还包括：

在自检完成后控制所述加热元件停止加热，并在所述加热元件停止加热后间隔预设响应时间后恢复传感器的正常检测。

7.根据权利要求1所述的自检方法，其特征在于，还包括：

若所述自检温湿度曲线在自检开始加热后的曲线斜率大于对应同一温湿度的预设温湿度曲线，且所述自检温湿度曲线在自检完成停止加热后的曲线斜率小于对应同一温湿度的预设温湿度曲线，且温度和湿度数据在自检完成停止加热后能够恢复至自检前，则判定所述探头的过滤器发生堵塞。

8.根据权利要求7所述的自检方法，其特征在于，还包括：

获取自检完成停止加热后，温度和湿度数据恢复至自检前的恢复时间；

将所述恢复时间发送至检修人员，检修人员根据所述恢复时间判定所述过滤器的堵塞情况并进行清洗。

9.根据权利要求1所述的自检方法，其特征在于，还包括：

在自检过程中检测所述加热元件的加热回路是否有电流输出；若无电流输出，则判定所述加热回路故障。

10.根据权利要求2所述的自检方法，其特征在于，所述测试功率适用于传感器工作的任一温湿度环境。