CN110837265A - 一种现场温湿度控制装置启停校验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种现场温湿度控制装置启停校验系统，包括：环境箱，用于模拟温湿度控制装置中温湿传感器的工作环境；控制箱，用于检测和控制环境箱内的温度和湿度；本系统在检验时，将待校验温湿度控制装置的温湿传感器放置在环境箱中，通过控制箱控制环境箱内的温度和湿度达到待校验温湿度控制装置的保护值或设定值，将待校验温湿度控制装置检测获得的温湿度数据与校验系统检测获得的温湿度数据进行对比，基于对比结果，判断待校验温湿度控制装置的温湿传感器是否正常；本发明能够快速、高效、方便的完成现场温湿度控制装置的启停校验，且系统校验准确，精度较高。

Description

一种现场温湿度控制装置启停校验系统

技术领域

本发明涉及加热除湿装置及工业空调校验领域，具体地，涉及工业空调(除湿器)外部回路和自动启停整定值、温湿度传感器校验用装置。

背景技术

变电站端子箱、高压开关柜、高压室等地方广泛使用加热除湿装置及工业空调。加热除湿装置及工业空调的好坏直接关系到设备的运行环境，装置的启停通常采用温湿度控制器进行控制。正确的启停该装置能更好地保证电气设备健康运行。

目前，市场上针对现场温湿度控制装置启停的校验几乎没有手段实现；特别是对具备自动启停功能的温湿度控制装置在整定定值后不知道该设备是否能自动启停，启停功能的设置数值是否是相应的整定值；若温湿度传感器、除湿器外部回路或温湿度控制器装置任意一处不正常将直接影响到该装置的启停功能。尤其是制冷方案检侧，通常有离位检测法、液化氮气制冷法、压缩机制冷法等方法，其存在携带不方便、尺寸较大、不便于操作、检测时间长等诸多问题。

发明内容

本发明的目的：为解决用于现场温湿度控制装置启停校验难度大，市场上还没有成熟产品的困境；解决传统的制冷方案无法快速、高效、方便地检温湿度测传感器的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种现场温湿度控制装置启停校验系统，所述校验系统包括：

环境箱，用于模拟温湿度控制装置中温湿传感器的工作环境；控制箱，用于检测和控制环境箱内的温度和湿度；其中，本系统在检验时，将待校验温湿度控制装置的温湿传感器放置在环境箱中，通过控制箱控制环境箱内的温度和湿度达到待校验温湿度控制装置的保护值或设定值，将待校验温湿度控制装置检测获得的温湿度数据与校验系统检测获得的温湿度数据进行对比，基于对比结果，判断待校验温湿度控制装置的温湿传感器是否正常；若两者数据差值超出预设范围，则判断待校验温湿度控制装置的温湿传感器异常；若两者数据差值位于预设范围内，且待校验温湿度控制装置未执行动作，则判断待校验温湿度控制装置发生故障。

其中，本发明的设计原理为：本检测系统是一种基于微处理器和半导体制冷器、加热器的智能检测系统，该系统依托半导体制冷器和加热器来模拟传感器的使用环境，可根据用户需求设定环境温度、湿度，快速达到温湿度控制装置对温湿度的保护值或设定值，通过温湿度控制装置温湿度数据与检测系统温湿度数据对比，判定传感器是否正常。若两者数据差距较大或超出温差范围，表明传感器性能下降或异常；若两者差距不大或在误差范围内，而温湿度控制装置未执行动作，则表明是温湿度控制装置的发生故障。本检测系统采用半导体进行制冷或加热，具有加热制冷双向工作、无震动、无噪音，可靠性高、安装容易、热惯性小等特点。设置专用的环境箱体，不需额外的制冷或加热等材料或措施。用户只需设定温湿度参数即可实现智能化控制，达到检测目的，大大降低维护成本，提高维护的便捷性。

优选的，环境箱包括两个互相独立的加热加湿箱和制冷箱，加热加湿箱内设置有用于加热、加湿和除湿的专用装置、以及用于监视环境箱温湿度数据的传感器，制冷箱内设置有用于制冷的专用装置、以及用于监视环境箱温湿度数据的传感器。

优选的，控制箱上预留有若干不同类型的温湿传感器接口，控制箱连接有温湿度显示器，温湿传感器接口用于连接待校验温湿传感器，将待校验温湿传感器测量的数据与温湿度显示器显示的数据进行比较，基于比较结果对待校验温湿传感器的精度进行校验。

优选的，加热箱和制冷箱采用保温合成石材作为基材。

优选的，控制箱包括：电源单元、控制单元、显示单元和航插附件，外部输入市电通过电源单元转换为直流电，为控制箱中的其他单元和环境箱提供所需的动力电，控制单元通过IIC实时读取环境箱内的温湿度数据，并控制环境箱工作；控制单元与显示单元实时通信，一方面，显示单元实时显示环境箱温湿度数据；另一方面，基于显示单元输入的控制指令，控制单元对环境箱内的温湿度状态进行实时控制，控制箱通过航插附件与环境箱连接。

优选的，控制箱设有电源输入接口、保险接口、电源开关、电源指示灯、综合参数显示器和线缆箱；电源输入接口采用三芯插座；保险接口采用3A保险丝；电源指示灯用于指示控制箱的供电状态；接口航插采用Y28M-19TK；线缆箱专用于存放航插线缆和电源线缆。

优选的，加热加湿装置通过航插与控制单元连接，加热加湿装置内部填充保温泡沫，加热加湿装置设置有制热半导体、加湿喷雾喷头及水箱和风扇；在加热、加湿、除湿和降温过程中，风扇开始工作，使加热加湿箱内温度和湿度差距控制在预设范围内。

优选的，制冷箱通过航插电缆与控制箱连接，制冷箱内部装置有制冷半导体，制冷半导体分为冷端热端两个部分；制冷半导体热端与黄铜散热器相连，采用两个风道口，形成独立的唯一散热风道；制冷半导体冷端与散热器相连，并置于保温泡沫中，隔绝制冷片的与外部环境的能量交换；制冷半导体冷端空间内设置有温度传感器和风扇，开始制冷时，风扇工作使制冷箱内部环境温差控制在预设范围内。

优选的，加热加湿箱升温功能采用加热片，通过PID控制实现升温；控制箱通过温度传感器实时读取温度数据，再通过PID算法输出占空比变化的量，控制加热片稳定发热；加热加湿箱通过PID控制实现加湿。

优选的，加热加湿箱加湿采用超声波震荡，形成水雾，实现加湿，加热加湿箱在加湿时间歇性喷出水雾。

优选的，当定时器显示中断被触发，控制箱将处理温湿度数据，并通过串口发送至显示器，供用户查看；定时器IIC中断被触发时，控制箱将控制IIC读取温湿度传感器的数据，并作为全局变量，为其他功能模块提供原始数据；当人机交互的串口中断被触发时，控制箱将接收到的数据进行解析，判定用户的操作，退出中断，并继续处理原始温湿度数据，通过PID算法获得控制加热、加湿或制冷的控制方式及时间，直到环境箱温湿度值与用于设定值一致，停止调节。

其中，对于本发明中的系统，需要重要说明的是：

1、本发明降温功能采用半导体制冷片，半导体制冷片的体积小，但制冷效率一般在60％左右(能效比0.6)，制冷效率低，而热面产生的热量除了制冷片自己的功耗，还要加上从冷面吸收的热量，发热量极大，要实现室温30℃的条件下将低温箱内的温度降低到5℃以下，工程难度较大，特采取以下措施：一是采用铜质散热器，并在散热器两端设计风道，用高速风扇吹风形成对流，提高散热效率。二是在低温箱内部安装风扇形成空气循环，提高降温速度。三是通过物理端的冷热隔离，实现快速降温。在物理隔离方面，运用硬泡聚氨酯、纳米隔热板，通过双层隔热，实现冷端不被外部高温环境影响。四是通过微处理器控制半导体制冷器，通过算法保持制冷器处于稳定制冷状态。五是通过704硅胶对各部件的缝隙进行密封处理，通过上述方法，在室温30℃时，5分钟内可使低温箱内温度降低至5℃以下。

2、本发明升温功能采用大功率加热片，通过PID控制实现快速升温。微处理器通过传感器实时读取温度数据，再通过PID算法输出占空比变化的量，控制加热片稳定发热。加热装置可将加热加湿装置在1分钟内实现从25℃上升到60℃。

3、本发明加湿采用超声波震荡，形成水雾，实现快速加湿。与加热类似，本发明也是通过PID控制实现快速加湿。由于一直加湿会在装置内形成凝水，为解决该问题，装置内采用超声波震荡器，将贮存水转化为小颗粒水雾，同时，通过算法间歇性地喷出水雾，既保证快速加湿，也防止形成大面积凝水。

通过上述方法，在形成的便携的恒温恒湿箱内，可快速模拟各类温湿度环境。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过试验表明，本检测系统可在5分钟内完成制冷，在10分钟内可到0℃左右，而制热与加湿时间更短，均不超过1分钟。由于制冷与制热可同时测量，因此，对两套传感器的测量时间，不超过5分钟。在精度方面，通过本检测系统，温度检测精度最大可达0.1°，湿度精度最大可到1％。通过采用物理隔离、智能控制技术等方法，在短时间内完成对传感器的检测，从而达到便捷维护的目的。

本检测系统采用控制局部湿度来实现启停功能和校验湿度控制器及其回路。在局部环境内使用(另一高精度校验用的湿度传感器及显示器)—实现校验用装置来检验传感器的精确度。以加湿除湿为例，对被测传感器附近某处进行加湿，直到启动除湿器工业空调启动。加湿装置采用干电池直流电源的方式方便携带使用。本产品采用利用直流电源启动振荡片加湿局部环境，达到快速启动。当除湿时，利用风扇加快传感器表面空气流动来降低局部湿度。同时利用校验用装置自带的温湿度探头查看被测湿度装置的湿度、校验传感器精度。

本检测系统可以在运维人员定期试验切换工作中，对端子箱、机构箱、高压室环境温湿度装置的校验以及在高压开关柜检修时对开关柜内温湿度装置的检查校验。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本发明中系统原理框图；

图2是本发明中控制单元原理框图；

图3是本发明中系统软件流程框图；

图4是本发明中试验情况制冷时间与温度关系示意图；

图5是本发明中试验情况加热时间与温度关系示意图；

图6是本发明中试验情况加湿时间与湿度关系示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

总体方案：

本检测系统主要由控制箱、加热加湿箱、制冷箱三个独立的箱体构成，加热加湿箱、制冷箱统称为环境箱。控制箱主要由电源单元、控制单元、显示单元以及航插附件构成，其原理框图如图1所示。其中，控制单元是本检测系统的核心部件。环境箱内设置有用于加热或制冷或加湿或除湿的专用装置、用于监视环境箱温湿度数据的传感器。

外部输入市电通过电源单元转换为直流电，为其他单元和环境箱提供所需的动力电。控制单元以微处理器为核心，通过IIC实时读取温湿度数据，智能控制环境箱工作；同时，控制单元与可触式显示器实时通信，一方面，显示器实时显示环境箱温湿度数据；另一方面，实现与用户的人机交互，可快速设置环境箱内温湿度状态。

系统单元：

本检测系统的采用ST公司的STM32微处理器，应用其IO、AD、IIC、UART四大外设，相互配合，实现智能化控制，其原理框图如图2所示。微处理器通过UART(串口通信)实现人机交互。用户通过可触式显示器设置环境箱内温度或湿度要求，微处理器接收到用户下达的设定指令后，通过IO口输出PWM波控制环境箱内半导体的执行机构，即可实现加热、制冷、加湿等操作。同时，微处理器通过IIC实时采集环境箱的温湿度数据，智能控制执行机构使环境箱内温湿度能快速达到用于的设定值，并将采集数据以1S/次的速率发送至显示器显示。

另一方面，微处理器通过AD(模数转换器)实时监视供电电源电压、电流信息，确保检测系统工作在正常状态。

本系统采用精度为0.1℃的温度传感器和0.1％RH的湿度传感器，其精度优于被测传感器精度，因此，也可用于校正被测传感器精度。

结构设计：

检测系统采用便携式设计，由控制箱、加热加湿箱和制冷箱构成，加热加湿箱和制冷箱统称为环境箱。控制箱除需必要的市电输入外，输出通过航空插头与环境箱相连。加热箱和制冷箱采用保温合成石材作为原料，利用保温合成石材良好的不导热性质，可保证制冷箱和加热箱内温度不与环境温度交互。

控制箱设有电源输入接口、保险接口，电源开关、电源指示灯、综合参数显示、线缆箱。电源输入接口采用三芯插座，具有接大地功能，保障用电的安全可靠；保险接口采用3A保险丝，防止电流过大损坏设备；电源指示灯用于指示控制箱的供电状态；显示器采用45°向外倒角，美观大方；接口航插采用Y28M-19TK，方便可靠牢固；线缆箱专用于存放航插线缆和电源线缆。

加热加湿装置通过航插与控制单元连接，内部填充保温泡沫，其设置有制热半导体、加湿喷雾喷头及水箱、风扇。在加热、加湿、除湿、降温过程中，风扇开始工作，让整个环境的温度、湿度基本相同，被测传感器与箱体内部传感器采集温度、湿度相同。

制冷箱通过航插电缆与控制箱连接，内部装置有半导体，分为冷端热端两个部分。半导体热端与黄铜散热器相连，采用两个风道口，形成独立的唯一散热风道。冷端也与散热器相连，并置于保温泡沫中，隔绝制冷片的与外部环境的能量交换。冷端空间内设置有温度传感器和小风扇，开始制冷时，风扇工作，使冷端空间基本相当，确保被测传感器与箱体内部传感器采集温度相同。

软件设计：

请参见图3，图3为本系统的软件流程框图，本检测系统依托嵌入式编程，采用STM32微处理器，配置IO、ADC、UART、IIC等外设，实现智能化自动控制和检测。在软件执行过程中，微处理器采用中断的方式，既可以提高实时响应速度，也可提高代码执行效率。微处理器在完成初始化后，等待触发中断。本检测系统中断有定时器显示中断、定时器IIC读取中断和串口中断三类，当检测到某一类中断后，微处理器将执行对应的操作。

本检测系统软件设计如下：当定时器显示中断被触发，微处理器将处理温湿度数据，并通过串口发送至显示器，供用户查看；定时器IIC中断被触发时，微处理器将控制IIC读取温湿度传感器的数据，并作为全局变量，为其他功能模块提供原始数据；当人机交互的串口中断被触发时，微处理器将接收到的数据进行解析，判定用户的操作，退出中断，并继续处理原始温湿度数据，通过PID算法获得控制加热、加湿或制冷的控制方式及时间，直到环境箱温湿度值与用于设定值一致，停止调节。

本发明通过将加热、除湿、加湿功能集成为一个结构体，降温设置为一个结构体，控制单元设置为单独的箱体，减少环境温湿度对本系统的干扰和影响，也减少加温、降温等过程的相互影响，同时，大大缩短实现单独功能的时间。通过上述设计，可判定具备自动启停功能的温湿度控制装置整定定值后该设备启停状况，校验启停功能的设置数值。

本发明能够快速、高效、方便的完成现场温湿度控制装置的启停校验，且系统校验准确，精度较高。

本发明成果以现场检修温湿度控制装置启停校验为例，可广泛应用于变电站端子箱、高压开关柜、高压室等地方。

检定方案：为控制装置和本检测系统供电后，打开检测系统电源开关，系统自检完毕后，用户可通过触屏选择制冷、加热、加湿等功能。将被测传感器置于环境箱内，将密封盖固定好后，开始设置制冷/加热/加湿参数，设定完毕后，每隔30S记录并对比检测系统数据与传感器数据，最恶劣条件下，其误差不超过5％。当检测系统内温湿度达到设定值时，控制装置应启动加热或制冷等功能。通过上述方案，既可以判定传感器性能，也可判定控制装置启停是否正常。

运用本检测系统，请参考图4-图6，在5分钟内可完成制冷、加热、加湿、除湿操作，可快速完成对被测装置的检测，有助于在线快速维护。本发明实施例提供的项目成效如表1所示。

表1项目成效表

通过不断应用本检测系统，形成了装置使用数据，建立起检修信息查询记录，为控制装置的维护提供了积累并提供了重要的维修、维护依据和经验，达到了快速检修、快速维护的目的。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，所述校验系统包括：

环境箱，用于模拟温湿度控制装置中温湿传感器的工作环境；控制箱，用于检测和控制环境箱内的温度和湿度；其中，本系统在检验时，将待校验温湿度控制装置的温湿传感器放置在环境箱中，通过控制箱控制环境箱内的温度和湿度达到待校验温湿度控制装置的保护值或设定值，将待校验温湿度控制装置检测获得的温湿度数据与校验系统检测获得的温湿度数据进行对比，基于对比结果，判断待校验温湿度控制装置的温湿传感器是否正常；若两者数据差值超出预设范围，则判断待校验温湿度控制装置的温湿传感器异常；若两者数据差值位于预设范围内，且待校验温湿度控制装置未执行动作，则判断待校验温湿度控制装置发生故障。

2.根据权利要求1所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，环境箱包括两个互相独立的加热加湿箱和制冷箱，加热加湿箱内设置有用于加热、加湿和除湿的专用装置、以及用于监视环境箱温湿度数据的传感器，制冷箱内设置有用于制冷的专用装置、以及用于监视环境箱温湿度数据的传感器，加热箱和制冷箱采用保温合成石材作为基材。

3.根据权利要求1所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，控制箱上预留有若干不同类型的温湿传感器接口，控制箱连接有温湿度显示器，温湿传感器接口用于连接待校验温湿传感器，将待校验温湿传感器测量的数据与温湿度显示器显示的数据进行比较，基于比较结果对待校验温湿传感器的精度进行校验。

4.根据权利要求1所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，控制箱包括：电源单元、控制单元、显示单元和航插附件，外部输入市电通过电源单元转换为直流电，为控制箱中的其他单元和环境箱提供所需的动力电，控制单元通过IIC实时读取环境箱内的温湿度数据，并控制环境箱工作；控制单元与显示单元实时通信，一方面，显示单元实时显示环境箱温湿度数据；另一方面，基于显示单元输入的控制指令，控制单元对环境箱内的温湿度状态进行实时控制，控制箱通过航插附件与环境箱连接。

5.根据权利要求1所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，控制箱设有电源输入接口、保险接口、电源开关、电源指示灯、综合参数显示器和线缆箱；电源输入接口采用三芯插座；保险接口采用3A保险丝；电源指示灯用于指示控制箱的供电状态；接口航插采用Y28M-19TK；线缆箱专用于存放航插线缆和电源线缆。

6.根据权利要求2所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，加热加湿装置通过航插与控制单元连接，加热加湿装置内部填充保温泡沫，加热加湿装置设置有制热半导体、加湿喷雾喷头及水箱和风扇；在加热、加湿、除湿和降温过程中，风扇开始工作，使加热加湿箱内温度和湿度差距控制在预设范围内。

7.根据权利要求2所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，制冷箱通过航插电缆与控制箱连接，制冷箱内部装置有制冷半导体，制冷半导体分为冷端热端两个部分；制冷半导体热端与黄铜散热器相连，采用两个风道口，形成独立的唯一散热风道；制冷半导体冷端与散热器相连，并置于保温泡沫中，隔绝制冷片的与外部环境的能量交换；制冷半导体冷端空间内设置有温度传感器和风扇，开始制冷时，风扇工作使制冷箱内部环境温差控制在预设范围内。

8.根据权利要求2所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，加热加湿箱升温功能采用加热片，通过PID控制实现升温；控制箱通过温度传感器实时读取温度数据，再通过PID算法输出占空比变化的量，控制加热片稳定发热；加热加湿箱通过PID控制实现加湿。

9.根据权利要求8所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，加热加湿箱加湿采用超声波震荡形成水雾实现加湿，加热加湿箱在加湿时间歇性喷出水雾。

10.根据权利要求4所述的现场温湿度控制装置启停校验系统，其特征在于，当定时器显示中断被触发，控制箱将处理温湿度数据，并通过串口发送至显示器，供用户查看；定时器IIC中断被触发时，控制箱将控制IIC读取温湿度传感器的数据，并作为全局变量，为其他功能模块提供原始数据；当人机交互的串口中断被触发时，控制箱将接收到的数据进行解析，判定用户的操作，退出中断，并继续处理原始温湿度数据，通过PID算法获得控制加热、加湿或制冷的控制方式及时间，直到环境箱温湿度值与用于设定值一致，停止调节。

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