CN110542449A - 一种新型温湿度传感器的校准系统及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型温湿度传感器的校准系统及其校准方法，其包括温湿度发生器、温湿度基准露点仪、数字化温湿度传感器、计算机4以及控制器，各个分系统组成完整的全自动校准装置。控制器的控制驱动模块采集多路温度传感器的温湿度信号，根据地址识别这些温湿度传感器，温湿度信号通过串行总线传送至计算机的接口转换器，同时和计算机进行数据交互。本发明能全自动完成校准，确保了生产的高效率和产品的可靠性和高精度，且外部环境对温湿度发生器的环境空腔的温湿度环境的干扰和波动较小，系统的稳定性更高。

Description

一种新型温湿度传感器的校准系统及其校准方法

技术领域

本发明涉及自动化温湿度校准技术领域，尤其涉及一种新型温湿度传感器的校准系统及其校准方法。

背景技术

目前业界的数字化温湿度传感器普遍采用插入式并行校准装置，如附图1(现有温湿度传感器校准装置系统图)和附图2（现有温湿度传感器校准装置结构图）所示。温湿度传感器插入式并行校准装置主要由如下几个部分组成：温湿度发生器01、温湿度基准露点仪02、数字化温湿度传感器03、计算机04以及接口转换模块04-1组成。

其具体实现过程如下：

1、将温湿度基准露点仪02、数字化温湿度传感器03插入温湿度发生器01的测试孔中，温湿度发生器01的内部是一个可以设定温湿度环境的空腔。

2、通过设定温湿度发生器01的温度值和湿度值，并且稳定一段时间后，空腔就会产生恒定的温湿度环境，此时的环境温湿度和设定的温湿度值相同。

3、此时计算机04以及接口转换模块04-1通过读取温湿度基准露点仪02的基准温度值T1湿度值RH1、数字化温湿度传感器03的测试温度值T1’湿度值RH1’，可以计算出各自的温度偏差值ΔT1=T1-T1’和湿度偏差值ΔRH1=RH1-RH1’，计算机04记录这个偏差。

4、接下来重复步骤2和步骤3，设置温湿度发生器01的不同的温度值和湿度值，得到多组不同的温度值湿度值，这些值最好是在温湿度传感器03的量程范围内均匀分布的。通过多种不同的温度值和湿度值可以得到多组温度偏差值ΔT2、ΔT3……ΔTn，湿度偏差值ΔRH2、ΔRH3……ΔRHn，通过这些温度和湿度偏差值以及数字化温湿度传感器03内部的校准拟合算法，可以非常精确的实现校准。理论上n的数量越多数字化温湿度传感器03的精度越高，但实际上结合生产效率，通常情况最多取5组数据。

以上描述了其中一个数字化温湿度传感器03的校准，多个温湿度传感器的校准实现方法是类似的。

现有的温湿度仪表校验装置存在以下不足和缺陷：

1、温湿度发生器01的温湿度值需要人工设定。

2、现有的数字化温湿度传感器的校准由于采用插入式校准装置，受到温湿度发生器01的体积容量的限制，一次校准的数量不多。

3、如果实现多路温湿度传感器03的校准，必须每只传感器都连接到计算机04上，系统复杂效率低下。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种新型温湿度传感器的校准系统及其校准方法，其能全自动完成校准，确保了生产的高效率和产品的可靠性和高精度，且外部环境对温湿度发生器的环境空腔的温湿度环境的干扰和波动较小，系统的稳定性更高。

为解决现有技术中存在的问题，采用的具体技术方案是：

一种新型温湿度传感器的校准系统及其校准方法，其包括温湿度发生器、温湿度基准露点仪、数字化温湿度传感器、计算机，所述温湿度发生器内设环境空腔，所述温湿度基准露点仪和数字化温湿度传感器均设于环境空腔内；其还包括控制器，所述数字化温湿度传感器的温湿度输出信号接入控制器，所述控制器将多个数字化温湿度传感器的数据汇总后，通过一根总线和计算机进行交互，并实现计算机控制；所述温湿度发生器和温湿度基准露点仪分别通过其控制部件与设于计算机内部的接口转换器相连。

优选的方案，所述控制器包括串行总线模块，还包括依次连接的传感器接口模块、控制处理器、控制驱动模块，所述传感器接口模块与温湿度传感器相连，所述串行总线模块与接口转换器相连；所述数字化温湿度传感器的温湿度输出信号通过串行总线模块传输至计算机的接口转换器。

进一步优选的方案，所述数字化温湿度传感器和温湿度基准露点仪的露点仪探头处于同一水平面。

更进一步优选的方案，所述数字化温湿度传感器均通过I2C或其他串行总线将信号输出。所述每一个数字化温湿度传感器都有不同的地址，所述控制器通过识别这些地址，控制这些数字化温湿度传感器。

再进一步优选的方案，所述温湿度发生器上只设有一个线缆穿孔，所述多个数字化温湿度传感器的串行总线均通过所述线缆穿孔穿出后与控制器相连。

本发明还提供了一种新型温湿度传感器的校准方法，其包括以下步骤：

S1、将多个数字化温湿度传感器、温湿度基准露点仪置于温湿度发生器的环境空腔中，并且让数字化温湿度传感器和露点仪的露点仪探头处于同一水平面上；

S2、将数字化温湿度传感的温湿度输出信号接入到控制器，数字化温湿度传感器的输出信号端口为I2C或其他串行总线，每一个温湿度传感器都有不同的地址，控制器通过识别这些地址，控制这些数字化温湿度传感器；

S3、控制器将数字化温湿度传感器的温湿度数据以及其地址，通过一根串行总线传送到计算机的接口转换器，计算机系统对这些数据进行处理；

S4、计算机系统通过设定温湿度发生器的控制部件的温度值和湿度值，并且通过计算机系统的算法，结合采集到的控制部件的温湿度设定值和当前温湿度测量值，判断环境空腔是否产生恒定的温湿度环境；此时的环境空腔的温湿度和设定的温湿度值相同，计算机系统会自动记录温湿度基准露点仪的温湿度基准值T1、RH1，以及数字化温湿度传感器的测试温度值T1’和湿度值TH1’，并计算出各自的温度偏差值ΔT1=T1-T1’和湿度偏差值ΔRH1=RH1-RH1’，同时记录这个偏差值；

S5、计算机系统按设定程序重复以上工作，设置温湿度发生器控制部件不同的温度值和湿度值，等待系统环境稳定，得到多组不同的温度值和多组不同的湿度值，所得到的温度值和湿度值是在温湿度传感器的量程范围内均匀分布的；

S6、通过上述多组不同的温度值和湿度值得到多组温度偏差值ΔT2、ΔT3……ΔTn，湿度偏差值ΔRH2、ΔRH3……ΔRHn，结合数字化温湿度传感器内部的校准拟合算法，对其中一个数字化温湿度传感器进行校准；

S7、重复上述操作，完成其他数字化温湿度传感器的校准。

通过采用上述方案，本发明的一种新型温湿度传感器的校准系统及其校准方法与现有技术相比，其技术效果在于：

1、本发明采用创新的结构设计，实现数字化温湿度传感器的自动化校准，可以通过计算机设定温湿度发生器的温湿度值、读取露点仪基准温湿度值和数字化温湿度传感器的温湿度值，并完成自动化校准并生成最终测试报告。

2、本发明的控制驱动模块可采集多路温湿度传感器的温湿度测量信号，并根据地址识别这些温湿度传感器，由于采用了大容量的温湿度发生器，一次性可以安装很多数字化温湿度传感器，大大提高了生产效率。

3、采用创新的控制器，使得系统高度集成，仅需一个RS485接口接入计算机，即可对多个数字化温湿度传感器进行校准，大大简化了系统结构。

4、数字化温湿度传感器的全量程校准由整个校准装置全自动完成，确保了生产的高效率，和产品的可靠性与高精度；

5、控制器的创新系统结构采用串行总线，用一根总线就可以连接很多温湿度传感器，并且穿过线缆穿孔没有任何问题，保证了系统的稳定性，减小了外部环境对温湿度发生器的环境空腔的温湿度环境的干扰和波动。

附图说明

图1为现有温湿度传感器校准装置系统图；

图2为现有温湿度传感器校准装置结构图；

图3为本发明一种新型温湿度传感器的校准系统的系统结构图；

图4为本发明一种新型温湿度传感器的校准系统的校准装置三维视图；

图5为本发明一种新型温湿度传感器的校准系统的校准装置的整体结构示意图；

图6为本发明一种新型温湿度传感器的校准系统的校准装置的背部结构示意图；

图7为本发明一种新型温湿度传感器的校准系统系统工作方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实例并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明一种新型温湿度传感器的校准系统，系统结构图如图3所示，包括温湿度发生器1、温湿度基准露点仪2、数字化温湿度传感器3、计算机4、控制器5，所述温湿度发生器1内设环境空腔1-2，所述温湿度基准露点仪2和数字化温湿度传感器3均设于环境空腔1-2内，且所述数字化温湿度传感器3和温湿度基准露点仪2的露点仪探头处于同一水平面，确保了温湿度的基准参考值是准确的。所述数字化温湿度传感器3的温湿度输出信号接入控制器5，所述控制器5包括串行总线模块5-2，还包括依次连接的传感器接口模块5-1、控制处理器5-3、控制驱动模块5-4，所述传感器接口模块5-1与温湿度传感器3相连，温湿度传感器3的温湿度信号通过线缆穿孔1-3中的串行总线输出至传感器接口模块5-1，后通过控制器中的串行总线模块5-2将温湿度输出信号通过串行总线模块传输至计算机4的接口转换器4-1。所述控制器5将多个数字化温湿度传感器（本实施例中有三个温湿度传感器，分别为温湿度传感器一3-1、温湿度传感器二3-2、温湿度传感器三3-3）的数据汇总后，通过一根总线和计算机4进行交互，并实现计算机控制；所述温湿度发生器1和温湿度基准露点仪2分别通过其控制部件1-1和2-1与设于计算机4内部的接口转换器4-1相连。

所述数字化温湿度传感器3均通过I2C或其他串行总线将信号输出。所述每一个数字化温湿度传感器3都有不同的地址，所述控制器5通过识别这些地址，控制这些数字化温湿度传感器3。

如图4至图6所示，本发明的温湿度发生1上只设有一个线缆穿孔1-3，多个数字化温湿度传感器3的串行总线均通过所述线缆穿孔1-3穿出后与控制器5相连。用一根总线就可以连接很多温湿度传感器，并且穿过线缆穿孔1-3没有任何问题。从而减小了外部环境对温湿度发生器1的环境空腔1-2的温湿度环境的干扰和波动，保证了系统的稳定性。

本发明的具体实现过程如下：

1、将多个数字化温湿度传感器3、温湿度基准露点仪2置于温湿度发生器1的环境空腔1-2中，并且让数字化温湿度传感器3和温湿度基准露点仪2的露点仪探头2-2处于同一水平面，这样可以确保温湿度的基准参考值是准确的。

2、将数字化温湿度传感器3-1、3-2、3-3的温湿度输出信号接入到控制器5，数字化温湿度传感器的输出信号端口通常为I2C或其他串行总线，每一个温湿度传感器都有不同的地址，控制器5通过识别这些地址，控制这些数字化温湿度传感器。

3、控制器5将数字化温湿度传感器3-1、3-2、3-3的温湿度数据以及其地址，通过一根串行总线传送到接口计算机4的转换器4-1，计算机系统4-2对这些数据进行处理。

4、计算机系统4-2通过设定温湿度发生器1的控制部件1-1的温度值和湿度值，并且通过计算机系统4-2的算法，结合采集到的控制部件1-1的温湿度设定值和当前温湿度测量值，可以判断环境空腔1-2是否产生恒定的温湿度环境。此时的环境空腔1-2的温湿度和设定的温湿度值相同，计算机系统4-2会自动记录温湿度基准露点仪2的温湿度基准值T1、RH1，以及数字化温湿度传感器3的测试温度值T1’湿度值RH1’，并计算出各自的温度偏差值ΔT1=T1-T1’和湿度偏差值ΔRH1=RH1-RH1’，同时记录这个偏差值。

5、接下来计算机系统4-2会按设定程序重复以上工作，设置温湿度发生器1控制部件1-1不同的温度值和湿度值，等待系统环境稳定，得到多组不同的温度值湿度值，这些值最好是在温湿度传感器3-1的量程范围内均匀分布的。通过多组不同的温度值和湿度值可以得到多组温度偏差值ΔT2、ΔT3……ΔTn，湿度偏差值ΔRH2、ΔRH3……ΔRHn，结合数字化温湿度传感器3-1内部的校准拟合算法，可以非常精确的实现校准。理论上偏差值数组的数量n越多，数字化温湿度传感器3-1的精度越高，但实际上结合生产效率，通常情况最多取5组数据就可以保证数字化温湿度传感器3-1的测量精度。

以上描述了其中一个数字化温湿度传感器3-1的校准，多个数字化温湿度传感器3-2、3-3的校准实现方法是类似的，值得一提的是，通过这种创新的系统结构，多个数字化温湿度传感器的校准只需要一个工作流程就可以实现。

本发明计算机系统的工作流程如图7所示，数字化温湿度传感器3的全量程校准由整个校准装置全自动完成，确保生产的高效率和产品的可靠性和高精度。

本发明的控制驱动模块5-4采集多路温湿度传感器3-1、3-2以及3-3的温湿度测量信号，根据地址识别这些温湿度传感器，同时和计算机4进行数据交互，大大提高了生产效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型温湿度传感器的校准系统，其特征在于，其包括温湿度发生器、温湿度基准露点仪、数字化温湿度传感器、计算机，所述温湿度发生器内设环境空腔，所述温湿度基准露点仪和数字化温湿度传感器均设于环境空腔内；其特征在于，其还包括控制器，所述数字化温湿度传感器的温湿度输出信号接入控制器，所述控制器将多个数字化温湿度传感器的数据汇总后，通过一根总线和计算机进行交互，并实现计算机控制；所述温湿度发生器和温湿度基准露点仪分别通过其控制部件与设于计算机内部的接口转换器相连。

2.根据权利要求1所述的一种新型温湿度传感器的校准系统，其特征在于，所述控制器包括串行总线模块，还包括依次连接的传感器接口模块、控制处理器、控制驱动模块，所述传感器接口模块与温湿度传感器相连，所述串行总线模块与接口转换器相连；所述数字化温湿度传感器的温湿度输出信号通过串行总线模块传输至计算机的接口转换器。

3.根据权利要求1所述的一种新型温湿度传感器的校准系统，其特征在于，所述数字化温湿度传感器和温湿度基准露点仪的露点仪探头处于同一水平面。

4.根据权利要求1所述的一种新型温湿度传感器的校准系统，其特征在于，所述数字化温湿度传感器均通过I2C或其他串行总线将信号输出。

5.根据权利要求4所述的一种新型温湿度传感器的校准系统，其特征在于，所述每一个数字化温湿度传感器都有不同的地址，所述控制器通过识别这些地址，控制这些数字化温湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种新型温湿度传感器的校准系统，其特征在于，所述温湿度发生器上只设有一个线缆穿孔，所述多个数字化温湿度传感器的串行总线均通过所述线缆穿孔穿出后与控制器相连。

7.一种新型温湿度传感器的校准方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、将多个数字化温湿度传感器、温湿度基准露点仪置于温湿度发生器的环境空腔中，并且让数字化温湿度传感器和露点仪的露点仪探头处于同一水平面上；

S2、将数字化温湿度传感的温湿度输出信号接入到控制器，数字化温湿度传感器的输出信号端口为I2C或其他串行总线，每一个温湿度传感器都有不同的地址，控制器通过识别这些地址，控制这些数字化温湿度传感器；

S3、控制器将数字化温湿度传感器的温湿度数据以及其地址，通过一根串行总线传送到计算机的接口转换器，计算机系统对这些数据进行处理；

S4、计算机系统通过设定温湿度发生器的控制部件的温度值和湿度值，并且通过计算机系统的算法，结合采集到的控制部件的温湿度设定值和当前温湿度测量值，判断环境空腔是否产生恒定的温湿度环境；此时的环境空腔的温湿度和设定的温湿度值相同，计算机系统会自动记录温湿度基准露点仪的温湿度基准值T1、RH1，以及数字化温湿度传感器的测试温度值T1’和湿度值TH1’，并计算出各自的温度偏差值ΔT1=T1-T1’和湿度偏差值ΔRH1=RH1-RH1’，同时记录这个偏差值；

S5、计算机系统按设定程序重复以上工作，设置温湿度发生器控制部件不同的温度值和湿度值，等待系统环境稳定，得到多组不同的温度值和多组不同的湿度值，所得到的温度值和湿度值是在温湿度传感器的量程范围内均匀分布的；

S6、通过上述多组不同的温度值和湿度值得到多组温度偏差值ΔT2、ΔT3……ΔTn，湿度偏差值ΔRH2、ΔRH3……ΔRHn，结合数字化温湿度传感器内部的校准拟合算法，对其中一个数字化温湿度传感器进行校准；

S7、重复上述操作，完成其他数字化温湿度传感器的校准。