湿度检定系统自动化改造升级的设计

　　0　引言

　　省级气象计量机构的湿度检定设备,是采用二等计量标准的空气湿度专业计量设备,因为它是专业性很强的计量设备,目前还一直沿用近20年的老产品[1],虽然具有比较简单的电子控制能力,但是,操作过程还需要太多的人工干预,检定出来的数据的处理和使用还需要大量的人力去完成,尤其对于现在应用较为广泛的带数据输出接口的数字式湿度测量仪器,仍然未能实现自动化检定,检定效率还处于较低水平,人为造成的误差较大,灵活性甚差,难以满足现代业务发展需要。现代电子技术飞速发展,完全可以利用计算机技术对老仪器设备进行改造升级,使原有检定设备性能得到全面提升。利用计算机技术对湿度检定箱进行控制和数据采集,并读取湿度标准器数据,实现系统全面自动化。方便开展标准通风干湿表、露点湿度计、毛发湿度表(计)、电测湿度仪及其它湿度传感器等的检定工作。

　　1　硬件结构解决方案设计

　　系统原有硬件主要是DJM10湿度箱体、测控面板和JBB1型数字式标准通风干湿表。箱体截面为正方形,分为上下箱体两部分,上箱体为密封良好的湿度室,四面镶有透明玻璃,右侧开有活动窗,用于伸手调整仪器位置。下箱体安装电磁阀、超声波湿度发生器、干燥箱、简易控制面板等部件[2]。为了实现计算机智能控制,重新配置计算机,开发控制接口电路板、采集适配器等设备,计算机作为中心控制设备,控制整个检定的全过程,负责发出动作命令、数据收集处理、检定证生成和打印、数据上网入库,具有非常大的灵活性。由计算机通过命令送到控制接口电路,单片机解释成任务动作来控制气路机械的工作,实现湿度的升降;通过RS232异步通信口分别接收湿度标准器和采集适配器的数据,检定过程结束后计算机进行数据处理,并上传到局域网服务器数据库。结构如图1所示。

1·1　控制接口电路及气路机械

　　控制接口电路的主要任务是根据计算机发出的动作命令去实现气路机械环路的控制[3],完成湿度发生器的启动和关闭,干燥机的启动和关闭,风扇开/关以及风量大小控制,环路阀门的控制等等,控制关系如图2所示。工作原理是,从相对湿度20%开始至98%升湿进程,关闭降湿阀门D和G,打开加湿阀门B,启动湿度发生器A产生雾化气体,向环路加湿,雾化气体吹进检定箱体,打开搅拌风扇使检定箱内的湿度均匀,标准器不断测量并且输出箱体内的湿度值给计算机,当到达某一个预先设定的标准检定点时立即停止加湿,稳定十秒后,如果湿度比检定点量值偏大,则打开干燥机F和降湿阀门D和G进行吸湿,使之降湿;如果偏小,则启动湿度发生器A进行加湿,如此反复补偿直到基本平衡稳定在检定点上才读取标准器和被测仪器的读数,紧接着进行下一个检定点,如此反复直到上限。检定回程从相对湿度98%开始至20%降湿进程,通过关闭湿度发生器A,启动干燥机F和降湿阀门D和G进行吸湿,反复吸湿和加湿动作直至在某一个标准检定点趋于平衡,读取数据。这里必须注意的是,不同检定点需要不同的循环风量,才能使过程最快达到平衡和保证精度,尤其在高湿度段,循环风量要小,通常设置为最佳经验值,这就需要对循环风扇E产生的风量进行有效的控制。