廖旭輝，鄭永明，徐 恒，王堯君

（中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

嵌入溫場型溫度記錄儀的設(shè)計與實現(xiàn)

廖旭輝，鄭永明，徐 恒，王堯君

（中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

針對醫(yī)療滅菌鍋、高溫消毒柜和培養(yǎng)箱等工作時需密閉操作空間的情況，采用耐高低溫沖擊的電路系統(tǒng)，研制一種投入式、微功耗、具備防水功能，能在-40～140℃環(huán)境中長時間使用的溫度記錄儀。實際應(yīng)用結(jié)果表明：該溫度記錄儀測量精度高、耐溫性強、操作方便，適于食品藥品加工、醫(yī)療衛(wèi)生保障和冷鏈冷藏處理等行業(yè)的測溫應(yīng)用，具有較好的應(yīng)用前景。

溫度記錄儀；高溫；密閉空間；溫度校準

0 引 言

醫(yī)療滅菌鍋、高溫消毒柜、培養(yǎng)箱和干熱式烘箱等密閉型溫場設(shè)備，在食品藥品加工、醫(yī)療衛(wèi)生保障和冷鏈冷藏處理等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，為社會經(jīng)濟的發(fā)展做出了很大貢獻；但此類密閉型溫場設(shè)備的溫度檢測和校準工作現(xiàn)狀卻不容樂觀。由于密閉型溫場內(nèi)高低極限溫度測量范圍較為苛刻，目前國家計量檢測技術(shù)相關(guān)機構(gòu)基本依靠進口溫度記錄儀來開展密閉溫場內(nèi)溫度檢定、校準工作。基于此，本文設(shè)計了一種嵌入溫場型[1-2]溫度記錄儀，該儀器可在-40～140℃環(huán)境中長時間使用，能精確、快速地完成密閉型溫場的溫度檢定、校準任務(wù)。

1 系統(tǒng)概述

本文所設(shè)計的溫度記錄儀主要由測溫器、通信器和數(shù)據(jù)處理軟件3部分構(gòu)成。測溫器為嵌入溫場型溫度記錄儀核心部件，以高精度PT100溫度傳感器為溫度探測單元，結(jié)合MPS430F2619控制器的微功耗技術(shù)，實現(xiàn)了寬范圍、高精度、低功耗的測溫功能。使用時先用數(shù)據(jù)處理軟件啟動測溫器的測溫功能，再置測溫器于密閉型溫場中，待測量結(jié)束后將其取出并放入通信座對應(yīng)孔位處，通過USB數(shù)據(jù)通信接口將測溫器中的溫度數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理軟件，以進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 測溫器設(shè)計

2.1.1 硬件電路

測溫器硬件電路如圖1所示，采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F2619作為主控器，結(jié)合LTC3060電源管理芯片以最大限度節(jié)約電量，實現(xiàn)系統(tǒng)微功耗功能。因測溫器需工作于-40～140℃的溫場中，故系統(tǒng)選用能耐高低溫沖擊的高溫電池供電；在處理PT100信號時，考慮到高溫對電子器件造成的溫漂問題，設(shè)計選用能耐高溫的TSV912放大器和ADS1278模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為模擬信號處理芯片，實現(xiàn)信號放大和采集功能[3-4]。LT6930為整個系統(tǒng)提供時鐘源，主控器所采集到的溫度值將保存于EEPROM存儲模塊中。

2.1.2 軟件流程

測溫器經(jīng)數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)定和啟動后開始工作，具體工作過程如圖2所示。測溫器開始工作后將按照預設(shè)時間間隔對被測溫場溫度進行采集，同時把所測溫度保存于測溫器中，以供工作人員需要時調(diào)用。為盡可能節(jié)省電池能耗，系統(tǒng)通過主控器的中斷功能喚醒測溫器進行工作，其余時間整個儀器處于休眠狀態(tài)。

圖2 測溫器軟件流程圖

2.1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

測溫器由兩段高溫塑料和三段不銹鋼外殼組裝而成，如圖3所示。圖中，1、3、5所指材料為不銹鋼，2、4所指材料為高溫塑料，各部件之間用螺紋連接，并在結(jié)合部位采用膠圈密封，使測溫器具有防水功能。測溫電路板安裝于2、3之間，再用導線將通信信號線連接于1、3、5所指不銹鋼上，以便測量數(shù)據(jù)的傳輸[5-6]。

圖3 測溫器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 通信座設(shè)計

通信座是測溫器和數(shù)據(jù)處理軟件進行通信的橋梁，測溫器、通信座安裝及結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。圖中，通信座體由ABS塑料制成[7]，座體上設(shè)有放置測溫器的座孔，該孔的內(nèi)徑與測溫器外徑大小相當。測溫器座孔壁上的彈性導體與測溫器的不銹鋼外壁接觸式連接，此結(jié)構(gòu)可輕松安裝或取出測溫器，同時確保彈性導體能夠與測溫器上的通信電極接觸良好。座體上設(shè)置有通信轉(zhuǎn)換芯片安裝槽。

圖4 測溫器與通信座安裝結(jié)構(gòu)示意圖

通信座內(nèi)部安裝有電路板，電路板上安裝有通信轉(zhuǎn)換芯片，槽口通過蓋板蓋封，蓋板上安裝有USB接口。通信轉(zhuǎn)換芯片的輸入端與彈性導體連接，彈性導體與測溫器的通信電極接觸式連接，通信轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連接USB接口，可通過USB數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)分析裝置。

2.3 數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計

測溫器經(jīng)過PC端數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)定和啟動后開始工作，并通過該軟件將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有效的溫度值[8-10]。工作前，先將測溫器安裝在通信座內(nèi)，通信座與計算機通過USB數(shù)據(jù)線連接，再通過計算機溫度記錄儀數(shù)據(jù)處理軟件啟動測溫器的測溫功能；然后，取下測溫器，將測溫器放入相應(yīng)的測溫場所進行溫度測量，測溫器內(nèi)的微處理器將從模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取PT100阻值信號并保存于EEPROM中；測溫結(jié)束后，將測溫器取出，放置于測溫器座孔內(nèi)，通信座的鋼珠和彈簧緊壓測溫器電極形成通信鏈路，然后通過USB數(shù)據(jù)線接口連接通信座和計算機，溫度記錄儀數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可用查表及插值算法將溫場中的溫度值計算出來。此外，根據(jù)需要，可使溫度記錄儀數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)自動識別不同編號的測溫器，實現(xiàn)多個測溫器同時使用，測量溫度場的溫度分布情況，計算機可用圖形和報表的方式將測溫結(jié)果輸出。

3 校準實驗結(jié)果

為驗證嵌入溫場型溫度記錄儀的測溫性能，選用溫度準確度為±0.05℃、溫場均勻度為±0.01℃的高精度恒溫油槽和無水乙醇制冷槽對記錄儀的測溫效果進行檢驗，實驗結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，本文介紹的嵌入溫場型溫度記錄儀在-40～-20℃的測量誤差在±0.4℃以內(nèi)、-20～20℃的測量誤差在±0.3℃以內(nèi)、20～140℃測量誤差在±0.1℃以內(nèi)，記錄儀能在-40～140℃的環(huán)境中長時間使用，且儀器無損傷。

表1 溫度記錄儀校準結(jié)果

4 結(jié)束語

本文所介紹的嵌入溫場型溫度記錄儀，適用于密封環(huán)境，特別是有電磁屏蔽的密封設(shè)備中記錄溫度的變化，如醫(yī)用滅菌鍋、隧道式烘箱、干熱烘箱等，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、操作方便等特點，尤其在高低溫極限條件下性能良好，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品、化工等行業(yè)各種溫場中溫度變化的測量、記錄和分析。

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Design and realization of embedded type temperature logger

LIAO Xu-hui，ZHENG Yong-ming，XU Heng，WANG Yao-jun
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

The embedded type temperature loggerwhich is waterproofand micro-power is designed for detecting temperature of the devices that are operated in a confined space，such as medical sterilization pot，heat sterilization cabinets，incubators，etc.The temperature logger is developed with test circuit system which can bear high and low temperature，and it can work in-40℃ to 140℃ environment for a long time.The results show that the high temperature logger can measure the temperature accurately for a long life，and it is easy to use in broad applications， such as， the food and drug processing， medical and health protection，refrigeration processing，an so on.

temperature logger;high temperature;confined space;temperature calibration

TH811；TP216；TH122；TB35

：A

：1674-5124（2014)06-0071-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.06.019

2014-04-25；

：2014-06-18

廖旭輝（1984-），男，福建三明市人，工程師，碩士，主要從事醫(yī)學計量測試工作。