CN219956740U - 一种温场验证装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种温场验证装置，涉及温场检测设备技术领域，主要目的是提供一种能够提高测量温度的准确度的一种温场验证装置。本实用新型的主要技术方案为：一种温场验证装置，包括：数据采集组件，数据采集组件包括热敏传感器、信号激励单元和采集单元，热敏传感器连接于信号激励单元，采集单元连接于信号激励单元；处理组件，处理组件包括供电单元、处理单元和数据传输单元，处理单元连接于采集单元和数据传输单元，供电单元连接于处理单元、信号激励单元和采集单元。本实用新型主要用于温度检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及温场检测设备技术领域，尤其涉及一种温场验证装置。
背景技术
灭菌器是一种能杀灭或清除传播媒介上一切微生物，包括细菌芽孢和非致病微生物的仪器。通常有湿热消毒灭菌、干热消毒灭菌、化学消毒灭菌三种方式，其计量量传的重要性不言而喻。现有的传统布线式金属传感器结合多通道测温仪的测温装置，在灭菌器温场验证过程中难以满足密封性的要求。真空干燥箱配备有专业的真空泵，极限真空度可以达到0.3kPa，在真空环境下，密封环境无法强制空气循环，使得箱内的温场波动度、均匀度、温度偏差较普通的干燥箱有较大差别，真灭菌器和真空干燥箱密封性的特殊结构，给传统的校准方法提出挑战。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种温场验证装置，主要目的是提供一种能够提高测量温度的准确度的一种温场验证装置。
为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：
本实用新型实施例提供了一种温场验证装置，该装置包括：
数据采集组件，所述数据采集组件包括热敏传感器、信号激励单元和采集单元，所述热敏传感器连接于所述信号激励单元，所述采集单元连接于所述信号激励单元；
处理组件，所述处理组件包括供电单元、处理单元和数据传输单元，所述处理单元连接于所述采集单元和所述数据传输单元，所述供电单元连接于所述处理单元、所述信号激励单元和所述采集单元。
进一步的，所述信号激励单元包括恒流源、参考电阻和换向组件，所述热敏传感器和所述参考电阻串联，所述热敏传感器和所述参考电阻组成电阻组件，所述恒流源与所述电阻组件并联。
进一步的，所述换向组件包括四线制组件和开关组件，所述四线制组件连接于所述开关组件，所述四线制组件包括第一连接线、第二连接线、第三连接线和第四连接线，所述第一连接线和所述第二连接线设置在所述热敏电阻的两端，所述第三连接线和所述第四连接线设置在所述参考电阻的两端。
进一步的，所述采集单元包括信号调理组件和转换组件，所述信号调理组件的一端连接于所述开关组件，另一端连接于所述转换组件。
进一步的，所述信号调理组件包括差分放大器和滤波器，所述差分放大器的一端连接于所述开关组件，另一端连接于所述滤波器。
进一步的，所述处理单元包括处理组件、控制组件和存储组件，所述控制组件连接于所述处理组件、所述存储组件、所述供电单元和所述数据传输单元。
进一步的，所述热敏传感器为热敏陶瓷电阻。
进一步的，所述处理组件和所述控制组件为单片机。
与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：
本实用新型实施例提供的技术方案中，数据采集组件的作用是采集温度数据，数据采集组件包括热敏传感器、信号激励单元和采集单元，热敏传感器连接于信号激励单元，采集单元连接于信号激励单元；处理组件的作用是对温度数据进行处理并上传数据，处理组件包括供电单元、处理单元和数据传输单元，处理单元连接于采集单元和数据传输单元，供电单元连接于处理单元、信号激励单元和采集单元，相对于现有技术，现有的传统布线式金属传感器结合多通道测温仪的测温装置，在灭菌器温场验证过程中难以满足密封性的要求。真空干燥箱配备有专业的真空泵，极限真空度可以达到0.3kPa，在真空环境下，密封环境无法强制空气循环，使得箱内的温场波动度、均匀度、温度偏差较普通的干燥箱有较大差别，真灭菌器和真空干燥箱密封性的特殊结构，给传统的校准方法提出挑战，本技术方案中，通过热敏传感器作为测温的标准仪器，再通过信号激励单元对热敏传感器和参考电阻的电压比值计算出待测电阻，再通过采集单元将差分信号转换成单端信号，处理单元对数据进行处理，数据传输单元将处理的温度平均值上传，不仅能够提高温度检测的准确度，还能够降低设备的成本，从而达到提高温场验证的精准度的技术效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种温场验证装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种信号激励单元的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种信号调理组件的电路设计结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种温场验证装置的数据采集及存储流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1至图4所示，本实用新型实施例提供了一种温场验证装置，该装置包括：
数据采集组件，数据采集组件包括热敏传感器、信号激励单元和采集单元，热敏传感器连接于信号激励单元，采集单元连接于信号激励单元；
处理组件，处理组件包括供电单元、处理单元和数据传输单元，处理单元连接于采集单元和数据传输单元，供电单元连接于处理单元、信号激励单元和采集单元。
本实用新型实施例提供的技术方案中，数据采集组件的作用是采集温度数据，数据采集组件包括热敏传感器、信号激励单元和采集单元，热敏传感器连接于信号激励单元，采集单元连接于信号激励单元；处理组件的作用是对温度数据进行处理并上传数据，处理组件包括供电单元、处理单元和数据传输单元，处理单元连接于采集单元和数据传输单元，供电单元连接于处理单元、信号激励单元和采集单元，相对于现有技术，现有的传统布线式金属传感器结合多通道测温仪的测温装置，在灭菌器温场验证过程中难以满足密封性的要求。真空干燥箱配备有专业的真空泵，极限真空度可以达到0.3kPa，在真空环境下，密封环境无法强制空气循环，使得箱内的温场波动度、均匀度、温度偏差较普通的干燥箱有较大差别，真灭菌器和真空干燥箱密封性的特殊结构，给传统的校准方法提出挑战，本技术方案中，通过热敏传感器作为测温的标准仪器，再通过信号激励单元对热敏传感器和参考电阻的电压比值计算出待测电阻，再通过采集单元将差分信号转换成单端信号，处理单元对数据进行处理，数据传输单元将处理的温度平均值上传，不仅能够提高温度检测的准确度，还能够降低设备的成本，从而达到提高温场验证的精准度的技术效果。
上述数据采集组件的作用是采集温度数据，数据采集组件包括热敏传感器、信号激励单元和采集单元，热敏传感器连接于信号激励单元，采集单元连接于信号激励单元，热敏传感器采用现有的NTC热敏陶瓷电阻，NTC(Negative Temperature Coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料，NTC热敏陶瓷电阻的参数主要包括标称电阻R25、热敏材料常数B、电阻温度系数α以及耗散常数K，宽温区的热敏电阻是NTC热敏陶瓷材料的发展方向。本专利特选用宽温区、高稳定热敏材料，材料的R25、B值、αT和K值见表1所示；
表1
信号激励单元主要采用电阻比测温的方式进行温度检测，通过对比热敏传感器和参考电阻的电压得到电压比值，再通过计算得出待测电阻，从而达到减小误差和提高测量精度的作用，采集单元的作用是将差分信号转换成单端信号并输出至处理组件中，处理组件的作用是对温度数据进行处理并上传数据，处理组件包括供电单元、处理单元和数据传输单元，处理单元连接于采集单元和数据传输单元，供电单元连接于处理单元、信号激励单元和采集单元，供电单元能够向处理单元、信号激励单元和采集单元提供电能，处理单元能够对数据进行处理和运算，同时根据数据做出判断，处理单元采用现有的单片机即可，数据传输单元能够将获得的温度数据上传至上位机，本技术方案中，通过热敏传感器作为测温的标准仪器，再通过信号激励单元对热敏传感器和参考电阻的电压比值计算出待测电阻，再通过采集单元将差分信号转换成单端信号，处理单元对数据进行处理，数据传输单元将处理的温度平均值上传，不仅能够提高温度检测的准确度，还能够降低设备的成本，从而达到提高温场验证的精准度的技术效果。
进一步的，信号激励单元包括恒流源、参考电阻和换向组件，热敏传感器和参考电阻串联，热敏传感器和参考电阻组成电阻组件，恒流源与电阻组件并联。本实施例中，进一步限定了信号激励单元，恒流源的两端通过电线与参考电阻和热敏传感器并联，恒流源施加激励电流，通过测量两端的电压得到电压比值，进而计算出热敏传感器的待测电阻，具体的，换向组件包括四线制组件和开关组件，四线制组件连接于开关组件，四线制组件包括第一连接线、第二连接线、第三连接线和第四连接线，第一连接线和第二连接线设置在热敏电阻的两端，第三连接线和第四连接线设置在参考电阻的两端，四线制组件由第一连接线、第二连接线、第三连接线和第四连接线组成，通过利用恒流源反向法从远离上减小测量误差，从而达到提高测量精度的技术效果。
进一步的，采集单元包括信号调理组件和转换组件，信号调理组件的一端连接于开关组件，另一端连接于转换组件。本实施例中，进一步限定了采集单元，信号调理组件包括差分放大器和滤波器，差分放大器的一端连接于开关组件，另一端连接于滤波器，差分放大器的输入端连接至参考电阻和热敏传感器的两端，输出端连接于滤波器，滤波器将差分信号转换成单端信号，同时将较大阻抗变换成较小阻抗，转换组件采用高精密32位转化电路ADS1263和LTC665参考电压芯片，能够将信号进行转换并输出到处理单元，从而达到对信号进行调理和转换的技术效果。
进一步的，处理单元包括处理组件、控制组件和存储组件，控制组件连接于处理组件、存储组件、供电单元和数据传输单元。本实施例中，进一步限定了处理单元，处理组件和控制组件采用现有的单片机，单片机还包括时钟源电路、复位电路及Joint Test ActionGroup(JTAG)接口电路，存储组件采用Flash芯片，单片机串行存储组件，供电单元采用+3.3V电源电压为单片机供电，可选的，处理单元还包括时钟源，时钟源采用8MHz晶振，用于提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号，时钟源通过时钟源电路与单片机连接，如图3所示温场验证装置的具体数据采集及存储步骤如下：
温场验证装置初始化后，根据设定的记录时间开始进行工作，换向组件开启完成后进行双向恒流源换向，采集及读取温度信号，处理后得到温度值，并将平均值写入到存储器的区间中，达到设定的时间即结束。
温场验证装置经过试验定型和热老化，确定的技术参数为：测温范围(0～150)℃，最大允许误差：±0.15℃，以铂热电阻为传感器作为对比，各测量点的示值误差以表2所示，
表2
以热敏传感器为核心的验证仪其最大误差为0.13℃，而铂电阻传感器验证仪的最大误差为0.23℃。
本技术方案中，通过设计单片机技术结合双向恒流源激励单元和精密温度采集单元，最终研制的温场验证仪的技术指标：温度测量范围为(0～150)℃，温度示值误差小于±0.15℃，优于A铂电阻传感器的温场验证仪(0.25℃)，可替代AA级铂电阻温度计作为温度标准器，具有准确度等级高、稳定性好的特点，特别适用于灭菌装置、胶塞清洗剂、真空干燥设备等。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种温场验证装置，其特征在于，包括：
数据采集组件，所述数据采集组件包括热敏传感器、信号激励单元和采集单元，所述热敏传感器连接于所述信号激励单元，所述采集单元连接于所述信号激励单元；
处理组件，所述处理组件包括供电单元、处理单元和数据传输单元，所述处理单元连接于所述采集单元和所述数据传输单元，所述供电单元连接于所述处理单元、所述信号激励单元和所述采集单元。
2.根据权利要求1所述的一种温场验证装置，其特征在于，
所述信号激励单元包括恒流源、参考电阻和换向组件，所述热敏传感器和所述参考电阻串联，所述热敏传感器和所述参考电阻组成电阻组件，所述恒流源与所述电阻组件并联。
3.根据权利要求2所述的一种温场验证装置，其特征在于，
所述换向组件包括四线制组件和开关组件，所述四线制组件连接于所述开关组件，所述四线制组件包括第一连接线、第二连接线、第三连接线和第四连接线，所述第一连接线和所述第二连接线设置在热敏电阻的两端，所述第三连接线和所述第四连接线设置在所述参考电阻的两端。
4.根据权利要求3所述的一种温场验证装置，其特征在于，
所述采集单元包括信号调理组件和转换组件，所述信号调理组件的一端连接于所述开关组件，另一端连接于所述转换组件。
5.根据权利要求4所述的一种温场验证装置，其特征在于，
所述信号调理组件包括差分放大器和滤波器，所述差分放大器的一端连接于所述开关组件，另一端连接于所述滤波器。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种温场验证装置，其特征在于，
所述处理单元包括处理组件、控制组件和存储组件，所述控制组件连接于所述处理组件、所述存储组件、所述供电单元和所述数据传输单元。
7.根据权利要求6所述的一种温场验证装置，其特征在于，
所述热敏传感器为热敏陶瓷电阻。
8.根据权利要求6所述的一种温场验证装置，其特征在于，
所述处理组件和所述控制组件为单片机。
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