湿度设备（精选8篇）
湿度设备 篇1
摘要：针对简易温室以环境温度和湿度为核心的调控对象,为提高控制设备的利用效率和减小调控过程中环境波动,设计了以单片机为控制核心、基于调控设备类型划分的多模式控制策略。通过日夜时段划分、控制条件选择、运行属性配置以及极端条件处理,实现了包括设备分级运行、联动控制、应急保护、自动校准等功能。试验表明,该设计以相对简单的方式实现了温室内温度、湿度的多回路调控,同时减少了设备频繁启动,使温室环境变化相对平缓。
关键词：控制策略,温室,温度,湿度,多模式
0 引言
温室环境是一个多变量、非线性、时变滞后的系统,各个变量之间具有一定的耦合关系,很难建立精确的数学模型[1,2,3]。同时,多数温室调控设备较少,现有的调控设备不可能对所有环境因子进行完全调控,环境温度和湿度仍是核心指标[4,5],也是生产管理者最关心的参数。目前,有大量针对模型控制[6,7,8]的研究,而其实现必须依靠计算机和控制设备的结合,对于大部分生产管理者而言,成本低廉、使用方便、易于理解的温室调控系统仍有较大的应用需求。为此,设计了一套温室专用多回路调控系统,并着重设计了设备控制策略和基于优先级控制的保护策略,既可对设备独立控制,又能实现不同类型设备间基于温湿度多参数联合控制的辅助运行、设备联动以及在恶劣气象条件下的强制保护及自动校准功能。系统成本低、操作方便、便于扩展,适合普通用户使用。
1 系统硬件结构
系统以低成本宏晶系列8位单片机STC12C5A60
S2作为控制核心,采用双路输出DC-DC开关电源,分别为主系统和16路继电器干结点控制输出部分单独供电,防止控制部分干扰引入;扩展按键以及240128点阵液晶作为人机界面,实现控制参数设置、数据及设备状态的实时在线显示;输入端扩展标准电压电流模拟信号、脉冲信号、状态输入信号等3种类型采集接口分别用于温湿度及其他传感器、雨量、风速以及外部状态输入信号的测量,同时实现数据在线查询和USB导出功能。系统硬件结构,如图1所示。
2 系统结构设计
2.1 设备类型划分
温室中主要的调控设备包括天窗、侧窗、遮阳网、风机、湿帘泵和照明等,根据其使用中的控制方式将以上设备分为两类:双向型(正反转型)和开关型。利用电机转动控制的天窗、侧窗等称为双向型设备,其“开” “关”控制需分别使用单独的通道实现;而风机、湿帘等的控制可用单独的通道实现,称为开关型。在实际系统设计中对于两类设备在硬件和软件上均需区别处理。
2.2 设备状态划分
为了适应温室环境因子变化滞后性的特点同时保护双向设备驱动电机,为双向设备运行全程划分了若干阶段,使双向设备(如天窗)可以逐级运行,保证环境相对平稳变化,避免由于全开全闭导致的环境因子剧烈波动。双向设备全程配置了关停(止)、开停(止)、开等待、关等待、打开、关闭共6个主要状态;同时为适应在特殊模式下使用还加入设备强制状态,包括强制开、强制开停、强制关、强制关停4个特殊状态。双向设备主要状态划分示意图,如图2所示。
2.3 时间节点划分
在温室环境控制中,白天和夜间(特别是冬季)对温室内环境的温湿度要求和控制重点有所差异;同时,地理位置的不同也会使得白天和夜间起始时间不尽相同。因此,在系统设计中,加入了日夜起始时刻设置,用户可以根据实际情况设定日夜交替点。
2.4 特殊状态定义
2.4.1 降雨大风模式(保护模式)
在系统正常使用中,恶劣的天气会对温室的结构框架造成损坏。因此,加入降雨模式选择,作为应用软件控制逻辑最高优先级选项,保证在出现突发恶劣天气时,启动应急程序保护温室结构不受到破坏。
在温室控制过程中,经常遇到降雨和刮风的天气,将对温室内作物造成破坏,且大风导致的负压还会对温室覆盖材料造成破坏。所以,在恶劣的气象条件下,要对作物和温室覆盖材料加以保护。为此,在系统设计中加入了特殊天气模式选择。该模式在系统的逻辑判断中有最高的优先级,其工作原理:在该模式下,系统将根据连接的降雨状态由风速传感器首先判断当前是否处于恶劣天气条件下,如果不是,则系统按照正常模式运行;如果是则忽略设定的控制逻辑,将指定的当前非处于关闭状态的正反转设备无条件关闭,并且忽略运行的步间等待。当气象条件恢复正常后,系统会插入一定的延时判断来确认特殊模式的失效,防止了天气变化较剧烈时的系统“抖动”,该模式失效后系统进入正常的逻辑控制模式。
2.4.2 设备自动校准
双向设备的运行以时间为基准,在使用过程中外界因素如用户手动操作可能会导致设备实际位置与控制系统识别记忆的位置有所偏差,设备自动校准的作用就是保证两者的一致性。自动校准过程可描述为:默认所有双向设备当前处于全部打开(开度100%)状态,以最高优先级根据设定的设备全程运行时间参数,将设备从开度100%无步间等待地关闭至全关(0%)状态,然后退出校准状态,启动正常运行。
以下3种情况之一将启动设备的自动校准过程,包括:
1)系统上电或系统断电后重新启动;
2)白天夜间模式更替时间节点;
3)对双向设备的全程运行时间参数、打开步数进行修改。
此外,系统运行过程中如果发现系统记录位置和设备实际位置偏差较大时,可通过一键式操作实现手动强制校准。
3 多模式控制逻辑设计
3.1 系统主任务结构
在系统设计中调控设备被划分为两种类型,在系统应用软件中,可根据白天和夜间温室环境控制的不同特点实现温室环境白天和夜间两种控制模式。通过对不同的模式下不同类型的温室调控设备(包括正反转型和开关型)运行方式的设计和设备间关联运行逻辑的设计,更加精确和高效地实现对环境参数的自动控制,提高设备的使用效率、降低能耗。
根据温室环境闭环控制的特点,将系统主循环任务划分为3部分:逻辑判断、设备运行定时和设备状态更新。系统主循环任务结构图,如图3所示。
1)逻辑判断:
主程序根据当前时段和对不同类型设备当前设定的控制条件进行逻辑判断,如果满足启动条件,则在主程序中启动对应设备同时置位设备启动标志位。
2)设备运行定时:
主循环中,定时检测是否有设备启动标记置位,如果有则启动设备运行定时参数,并开始倒计时,当设备运行阶段时间溢出时,置位设备运行定时器溢出标记,等待状态更新。
3)设备状态更新:
程序主循环中定期检测是否有设备运行时间溢出标记,如有溢出则更新设备当前运行状态(根据实现定义的运行阶段划分)。设备的最新状态将作为主程序逻辑判断的最新依据进行新的逻辑判断和设备控制,从而实现闭环结构。
3.2 多模式控制逻辑
根据上述对时间和设备类型的划分,系统的独立控制逻辑可细分为双向设备日模式、双向设备夜模式、开关设备日模式、开关设备夜模式。同时,通过独立控制逻辑的结合使用,可实现设备间联动和常用的调控过程。
3.2.1 双向设备日模式
以下选择双向设备天窗为例说明在白天和夜间模式下不同控制逻辑的实现方法。双向设备日模式参数设置:
降雨模式:是/否
控制条件:温度/时间/时间&温度
开始时间(HH:MM):10:30
结束时间(HH:MM):14:30
启动温度/℃:35.0
温度回差/℃:5.0
打开步数(1～4):4
步间等待/s:300
与开关设备同步关闭(1～4):4
在正常情况下,在每天的10:30-14:30时段内,当测量温度高于设定温度上限35℃时,则系统打开天窗。打开的过程分为4个阶段,每个阶段打开全程的25%,在每个阶段结束后,延时等待一定时间。如果在此期间温度调节至回差范围内,则保持当前位置,否则继续打开;相反,如果测量温度低于回差范围下,则执行设备关闭操作。打开和关闭均采取“边打开(关闭)边判断”的方式,参数“与开关设备同步关闭”将在强制通风部分论述。双向设备日模式控制流程图,如图4所示。
3.2.2 双向设备夜模式
相对白天模式,双向设备天窗夜间独立运行的作用是通过通风换气降低温室内湿度。双向设备夜模式参数设置:
开始时间(HH:MM):20:30
结束时间(HH:MM):22:30
开时长(HH:MM):00:10
关时长(HH:MM):00:10
最大开度/%:60
最低温度/℃:20.0
除启动方式由时间决定外,为保护作物,设定了最大开度和最低温度两个限制条件,且具有高优先级。天窗将在设定时段自动打开,且保证最大开度不大于60%,根据设定的开关时长循环动作,如果检测到室外温度过低或温差过大,将强制停止通风过程,全部关闭天窗,防止温室内热量流失。
双向设备运行的相关参数符合以下关系
Tmax=S×Pmax/100 (1)
To=Tc=Tr+Th (2)
其中,Pmax为设备指定开度百分比,S为双向设备全程运行时间,Tmax为设备打开为指定开度所需时间,To为设备全开时间,Tc为设备全关时间,Tr为设备运行时间,Th为设备运行停止后保持时间。
3.2.3 特殊模式
1)强制通风。
强制通风是在温室一端设置侧窗,在另一端设置风机,利用风机由室内向室外排风,使室内形成负压,强迫空气通过侧窗进入温室,穿越温室由风机排出室外。
在开关型设备白天参数设置中 “强制打开双向设备”选项,具有最高优先级,同时与上文提到的双向设备参数“与开关设备同步关”组合设置,实现在开关设备(如风机)打开的同时无条件关闭指定的双向设备(如侧窗),实现强制通风。系统将对双向设备的当前状态和相关运行参数进行自动调整,而当风机停止运行时,侧窗将退出强制状态,强制逻辑失效,此时侧窗进入正常控制逻辑状态。
如利用风机和窗户实现强制通风,设置方式如下:在双向设备设置界面除了双向设备1的设置界面中“与开关设备同步关闭”选项不需要设置外(保持为0),其余2,3,4双向设备设置界面中需将“与开关设备同步关闭”选项对应的编号设置为“4”(强制通风使用的风机);同时,在开关设备4的设置界面中,需要相应的将“强制打开双向设备”选项设置为配合其实现强制通风设备编号“1”。
2)辅助通风加温除湿(冬季)。
该模式只在夜间模式有效,当室外温度较低而双向设备(窗户)处于通风除湿情况下,当开关设备连接加热设备时,通过设置夜间模式开关设备参数选项“协同设备(1-4)”,则该输出将与指双向设备“协同”动作(被动),其优先级高于自身控制逻辑。其可理解为在进行开窗通风的同时强制打开室内加温设备,通风结束天窗关闭后,强制加温停止,按照自身控制逻辑运行。
该过程用于辅助除湿和加温,防止冬季可能出现室内外温差太大导致的通风过程室内温度下降过快的问题。
3)多级降温。
温室的降温过程涉及多个设备,除了通过天窗或侧窗进行自然通风外,风机和湿帘泵也是降温的重要手段。特别是在夏季中午温度较高且升温很快,单纯的依靠风机不能达到迅速降温的目的,同时也会导致温室内部空气干燥,影响作物生长,在此情况下经常要在打开风机的同时打开湿帘泵,来达到迅速降温的目的。
系统中通过对风机和水泵启动条件的简单设置就能达到自动两级降温。假设控制输出1连接的设备为风机,控制设备2连接的设备为湿帘泵。
风机输出控制参数:
控制条件:温度
打开温度/℃:32
温度回差/℃:-5
湿帘泵控制参数:
控制条件:温度
打开温度/℃:32
温度回差/℃:-5
打开湿度/%RH: 60
湿度回差/%RH: 10
控制输出2的温度参数可以设置为大于或等于控制输出1的打开温度值。当环境温度超过32℃时,风机打开,此时如果环境相对湿度小于60%,温度较高湿度不是很高的情况下,控制输出2条件满足,则湿帘将打开,这样用两个设备实现了风机和湿帘的联合降温加湿处理。如果控制输出2的温度上限设置高于控制输出1的限值(如35℃),则将降温划分为了两级控制:当单独风机降温能够满足需求时湿帘泵不启动;如果风机降温不能及时将环境温度调控到适宜状态,环境温度继续升高超过35℃,则启动湿帘泵形成联合降温,提高了降温的效率。注意,此处引入了湿度控制条件主要目的是防止启动水泵后室内湿度过大,导致作物病虫害的发生。
4 结论
通过上述分析设计,为简易温室提供了一种以温室内温度和湿度为核心调控因子,针对调控设备的多模式控制方法,通过对设备类型划分以及控制参数的设计,以相对简单的方式实现了对温度、湿度的合理调控,包括单因子控制、优先级控制以及设备联动运行。同时,充分考虑了地域时间差异因素、设备自身属性以及气象信息等因素,加入了间隔运行、低温优先、恶劣天气保护等措施,保证了系统运行期间的安全性,并在一定程度上降低了系统能耗,提高了效率。目前,系统已经出口以色列,并且在实际生产中得到应用。
参考文献
[1]冯帆,邱立春,刘维佳.模糊控制在温室温湿度控制中的应用[J].农机化研究,2009,31(6):148-150.
[2]李红军.智能温室控制算法和数据管理的研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2007.
[3]王立舒,杨广林,徐向峰,等.日光温室温、湿度模糊控制系统研究[J].东北农业大学学报,2005,36(5):625-627.
[4]卢佩,刘效勇.温室大棚温湿度模糊解耦控制系统设计与仿真[J].农机化研究,2010,32(1):44-47.
[5]蔡象元.现代蔬菜温室设施和管理[M].上海:上海科技技术出版社,1999.
[6]王子样,秦琳琳,吴刚,等.基于切换控制的温室温湿度控制系统建模与预测控制[J].农业工程学报,2008(7):188-192.
[7]李琳,张领先,李道亮,等.温室智能控制系统适用性评价指标体系选择模型[J].农业工程学报,2012(3):148-153.
[8]章海亮,刘雪梅,刘燕德.温室环境下多变量的控制系统设计[J].农机化研究,2010,32(4):147-150.
湿度与健康密切相关 篇2
○何裕民：最近我的一段经历让我想讲讲湿度和健康的关系。前阵子，我在北京，天气预报报道说那天北京的RH（相对湿度）4%-17%，我住宾馆没开空调，晨起口干舌燥，喉中一口痰，很黏，咯不出（气管及喉中分泌物因为水分挥发而变干了），硬是咳嗽，就见有少量血丝。一连干咳有黏痰好几天；到了大连，相对湿度RH成了40%多，痰少点了。回上海，天天观察湿度计，把RH（相对湿度）借加湿器调整到55%-60%，就基本不咳嗽，黏痰也少了。而许多患者听我建议，到了三亚，咳嗽往往不治自愈，原因就是环境RH适宜于生活。
本刊记者：是啊，现在又到了秋燥冬干的季节，人会觉得非常不舒服。
○何裕民：嗯，近些天，我在临床也一直叮嘱人们要提高生活环境中的湿度问题，很多人认为这是多此一举，甚至不少人家中有加湿器也不用，怕麻烦。其实，湿度与健康关系相当密切且明确。中医就有“秋燥伤肺”一说。到了秋冬天，尤其值得重视。
湿度过高过低都不好
本刊记者：相对湿度的高低对身体会有什么影响呢？
○何裕民：环境相对湿度（RH）值过低时，蒸发加快，干燥的空气易夺走人体水分，使皮肤干裂，口腔、鼻腔黏膜受刺激，出现口渴、干咳、声嘶、喉痛等，并易诱发咽炎、气管炎、肺炎等。另外，RH相对较低还会导致人的皮肤弹性下降，加速皮肤衰老，表现为表皮粗糙、细胞脱落，并降低皮肤抵抗病菌的能力。我国南方沿海地区妇女皮肤细嫩、光润，看上去比较年轻，主要原因之一就是南方沿海地区RH要高得多。
另外，研究证实，RH过低或过高（过于干燥或潮湿），都有利于一些病菌的繁殖传播。测量表明：当RH高于65%或低于38%时，病菌繁殖滋生最快；当相对湿度在45%-55%时，病菌的死亡率较高。在秋冬季这个属于低温低湿的时段里，各种传染病发病率显著增加。所以处于一个适宜的相对湿度环境里对人身体健康是非常重要的。
用加湿器、去湿机改变湿度
本刊记者：一般健康的相对湿度应该是多少呢？
○何裕民：适宜于人健康生活（人感到舒服且少病）的湿度范围为45% RH—65% RH。经比较，室内最佳湿度如下：居室环境：45%～70%RH；最有利的防病、治病环境：45%～60%RH。而且，相对湿度RH是受温度影响的，因此，不同的天气温度，适宜的RH也是不一样的。一般来说，适宜于健康生活的四季温湿度搭配设定为：环境温度<18℃（就是秋冬天），RH湿度设定值为55-65%为宜；环境温度在18—24℃（春秋天），RH湿度设定值为55-60%为宜；环境温度>24℃（夏天），RH湿度设定值为45-55%为宜。
本刊记者：那如何改变所处环境的相对湿度呢？
○何裕民：要增加空气湿度，可经常拖地板，室内放盆水，挂块湿浴巾，开开加湿器等；要降低湿热憋闷不爽感，可用温热水淋浴，并多喝凉茶，开开去湿机，用用吸湿盒、干燥剂等，就都能明显改变环境湿度。其中，加湿器、去湿机是最简便的。还有，人们应该形成一个共识：借助物理方法（如上述所说的）来保持健康，防范疾病，是最为合理、有效、安全的，动不动就借助药物（不管中西医药物），都只是无奈的选择。建议大家多观察一下湿度计，随时开开加湿器或去湿机！
湿度设备 篇3
JJF 1101—2003环境实验设备温度、湿度校准规范提供了各种环境试验设备中各种计量参数的校准要求，在制药行业广泛应用的高压、高温灭菌设备在进行压力、温湿度验证时可参照此规范进行。
蒸汽压力灭菌设备在制药企业被广泛使用，依据GMP对灭菌设备的检测、验证手段也必须得到完善和控制，以监督消毒灭菌的效果，保证消毒灭菌的质量。为了保证灭菌和清洗消毒的质量，欧、美及其他发达国家对高压灭菌锅和清洗消毒机等制订了严格的检测标准，要求必须定期对高压灭菌设备进行检测和验证。而目前我国的灭菌操作、检测、监测系统情况不容乐观。
主要存在以下几方面的问题：(1)与欧盟标准和发达国家标准相比，我国灭菌检测技术设备落后，手段简单;(2)按照我国的消毒技术规范、灭菌操作规程进行操作时，对装载灭菌效果的判定主观因素很大，装载有可能达不到灭菌效果;(3)压力灭菌设备的使用条件与规定的条件不同，或灭菌装载与参考装载不同，或维修保养、调试后设备重新投入使用时，设定灭菌程序主要是根据操作人员的经验。
这些因素导致我国制药行业的灭菌效果存在诸多隐患，一定程度上影响了制药行业产品质量控制和消毒灭菌的有效性。
由于最新的电子检测方法目前还没有得到普及，在我国，人们通常使用化学检测的方法。BD试纸的原理是通过颜色由浅入深的变化指示灭菌效果。而实际上操作人员只能依靠经验通过目测颜色的深浅做出判断，做出的判断无法避免人为因素的干扰。我国消毒技术规范中推荐的利用生物指示剂的检测方法，是一种鉴定结果严重滞后的方法，不能及时确定灭菌器实时运行参数是否合格，无法准确、具体给出灭菌过程中压力蒸汽灭菌设备内所达到的温度、压力和时间这3个最具说服力的数据，它只能作为一些特殊情况下的补充手段。另外BD纸属一次性耗材，累积用量大，支出费用高并且不易保存。
在实际灭菌操作中，许多操作人员只是把灭菌器本身温度计指示的温度值作为依据，来判断是否达到了灭菌温度。而灭菌器本身的温度计仅用于灭菌器的工作循环、指示灭菌器舱内温度的监控情况。有装载(特别是满装载)时，蒸汽穿透要耗费一定时间，所以装载内的实际灭菌时间未必达到灭菌要求。目前，为保险起见，惯用的作法是将灭菌时间延长甚至加倍或将温度提高，以保证灭菌装载的温度达到灭菌温度和保持时间的要求。而时间延长的或长或短完全依赖于经验，主观性、随意性很大。对于那些经验不丰富的操作人员，只是按照灭菌器上的温度计的指示值判断，但对实际装载是否达到灭菌要求情况不明。这是我国在灭菌检测方面的一个重大隐患。因为对于易穿透的物品，意味着浪费了太多的能源;而对于不易穿透的物品，即使延长了时间、提高了温度，包内的杀菌温度和时间仍未必达到要求，消毒杀菌依然不合格。而通过本文介绍的验证仪进行检测和验证，可测出不同物品不同的灭菌穿透时间，对如衣物、小型器具、大型器具分别进行消毒，就能做到节能、安全、有效。
2 采用先进的电子技术实现数据化的检测验证
随着科学的进步，电子技术进入人们的生活，为检测高压灭菌锅和清洗消毒机提供了一种更直接、更精确的新方法。通过传感器检测物理参数，可以记录参数值的整个时间变化过程，而且传感器测量值可以溯源到国家标准装置上，通过在标准装置上分度、校准，能够保证其测量值的准确性、可靠性。相比较而言，物理量的测量比化学量测量更准确、方便，并具有更好的时效性，参数的可控性也高得多。
东药公司采用德国颐贝隆公司所开发的蒸汽压力灭菌设备验证仪，主机/探针一体温度记录器(如图1所示)检测并记录灭菌过程中的温度、压力和时间数据。其内置高精度铂电阻(PT1000)传感器，全量程精度±0.1℃，灭菌过程完成后，使用配套智能信号转换器、专家版软件读取所记录的数据。所记录的数据通过图表和数据报表真实表达灭菌设备中被灭菌物品所经受的实际灭菌的温度、达到时间和持续时间，实现对消毒灭菌质量的直观、准确检测。存储功能，所有信息可存在电脑的软盘或硬盘里，简化操作并完善了信息分析处理工作，便于提高质量监督水平和消毒灭菌工作的现代化管理水平。
为保证压力蒸汽灭菌设备的正常运行，需定期进行验证，下面以某公司生产的DMQ-0.3Ⅲ型脉动真空蒸汽灭菌器灭菌温度为121℃、灭菌时间为30 min的程序为例，介绍温度验证的方法及过程。其中，灭菌过程的保持时间是指灭菌设备内所有各点的温度保持在灭菌温度范围内的持续时间段。
为达到更好的验证效果，需注意记录器的摆放位。测试点的位置应布放在设备工作室内的3个校准面上，简称上、中、下3层，中层为通过工作室几何中心的平行于底面的校准工作面，测试点与工作室内壁的距离不小于各边长的1/10。在灭菌器的温度探头及排水口附近应尽量各放置1支温度记录器。
测试点的数量一般为：当设备容积<2 m3时，温度测试点为9个;当容积>2 m3时，温度测试点为15个;当容积>50 m3时，测试点可适当增加。
真空蒸汽灭菌程序过程一般分为：抽真空阶段(空气及惰性气体通过交变的过压和低压排出)、灭菌阶段、冷却及干燥3个阶段，记录器的记录时间应至少包括灭菌阶段。
2.1 空载热分布试验
热分布试验是调查灭菌设备灭菌性能的一项重要试验。通过热分部试验可得知在灭菌过程中灭菌设备腔室中各个不同位置的温差情况，确定“冷点”的位置及冷点温度滞后的时间，为热穿透试验提供依据。布点情况如图2所示。
设定测量记录的时间间隔为30 s，验证时，将温度数据记录器放置在蒸汽压力灭菌设备内所选取的各点上。记录器放妥后，按照所要求的灭菌程序进行灭菌。连续测定3次，以确认灭菌过程的重现性。取灭菌保温时间段，温度测量值应在121～124℃，任意时刻检测点最高温度与最低温度温差允许≤±1.0℃。
灭菌程序结束，取出温度数据记录器与电脑连接，读取各测温点在整个灭菌过程中每个时间点的温度情况，找出灭菌设备的冷点。通过对灭菌温度图表的分析可得出调整灭菌程序的方案。
2.2 满载热分布试验
按空载热分布试验时的图2，将温度数据记录器放置在蒸汽压力灭菌设备内所选取的各点上。满载热分布实验是为了检查并确认灭菌器在满载运行时灭菌室的温度均匀性，确认灭菌器装载方式对温度均匀性的影响程度。在满载的情况下，设定测量记录的时间间隔为30 s，验证时，记录器放妥后，按照所要求的灭菌程序进行灭菌。连续测定3次，以确认灭菌过程的重现性。取灭菌保温时间段，温度测量值应在121～124℃，任意时刻检测点最高温度与最低温度温差允许≤±1.5℃。
2.3 热穿透试验
待灭菌物品因其热负荷以及所需蒸汽穿透力量不同时，对灭菌温度、时间的要求也不同。待灭菌物品相同时，因其在灭菌锅内的摆放方式不同，要达到相同的F0值(标准灭菌时间)所需要的灭菌时间也不同。因此，应对不同的待灭菌物品或不同的摆放方式，制定不同的灭菌程序，这就需要完成热穿透试验。
进行热穿透试验时，将温度数据记录器放在灭菌包或灭菌设备内，验证仪的温度数据记录器还有一个BD试纸，即：带有特殊铠装探针型的记录器，探针可任意弯曲，直接插入容器内，检测内部的温度。取灭菌保温时间段，温度测量值应在121～124℃，任意时刻检测点最高温度与最低温度温差允许≤±1.5℃。
图3为灭菌过程温度记录图。
灭菌结束后，取出温度数据记录器，连接电脑读取数据。所获得的数据即为待灭菌物品实际所经受的灭菌温度及持续时间。通过分析，获知灭菌是否达到预期要求或灭菌是否过度，然后根据需要对灭菌的温度、时间进行调整，精确地制定出相应的灭菌程序，从而达到既保证灭菌的安全性又节省能源和人力的目的。用于验证的温度数据记录器需每年到上级计量部门作一次校准。
2.4 出现测量结果不符合要求情况的处理
如果出现测量结果不符合要求，应采取以下措施：(1)检查装载是否正确;(2)测量探针的定位;(3)再次校准测量系统;(4)由生产厂家或服务公司匹配过程参数(如外壳压力、内箱压力、蒸汽持续时间等)。
以上所作的灭菌设备的温度验证过程基本符合国家计量校准规范JJF 1101—2003环境实验设备温度、湿度校准规范的要求，在制药企业温度验证过程中可参照使用。
3 结语
请关注身边的湿度 篇4
从内容上说，中医的“六气”和气象学的6个基本气象要素紧密相关。如中医所说的“湿”、“燥”两气，与气象学中的湿度内容基本一致。当空气湿度过大时，人就容易遭到“湿淫”的侵害；而当湿度过小时，则需防“燥淫”（也称“燥邪”）。实验表明，50%～60%的相对湿度人体感觉最为舒适，也不容易引发疾病。当环境温度较高时，人体就要借汗液的蒸发来排出热量。此时，空气湿度就显得特别重要。当空气湿度较高时，汗液蒸发速度很慢，人就有一种黏糊糊的感觉，很不舒服。如果高温伴着高湿，还容易发生中暑。只有当空气湿度较低时，汗液蒸发速度才会较快，即使天热一点，人也感到一种爽快。
空气湿度过大或过小，都对健康不利。湿度过大时，人体中一种叫松果腺体分泌出的松果激素量较大，使得体内甲状腺素及肾上腺素的浓度相对降低，细胞就会“偷懒”，人会感到无精打采、萎靡不振。长时间在湿度较大的地方（如高山、海岛）工作、生活，还容易患风湿性、类风湿性关节炎等湿痹症。湿度过小时，蒸发加快，干燥的空气易夺走人体的水分，使皮肤干裂，口腔、鼻腔黏膜受到刺激，出现口渴、干咳、声哑、喉痛等症状，所以在秋冬季干冷空气侵入时，极易诱发咽炎、气管炎、肺炎等病症。
现代医学还证实，空气过于干燥或潮湿，都有利于一些细菌和病菌的繁殖和传播。科学家测定，当空气湿度高于65%或低于38%时，病菌繁殖孳生最快；当相对湿度在45%～55%时，病菌死亡率较高。
正是因为空气湿度影响着人体健康，所以人们在日常生活中，不仅要关注温度和晴雨，也要关注空气湿度及其变化。
首先要学会判断空气湿度的几个方法：① 了解本地区空气湿度的日变化规律。一般来说，夜间和早晚空气湿度较大，下午湿度较小。② 根据天气状况，对空气湿度做出判断。一般来说，下雨（雪）时和下雨（雪）前后，空气湿度较大；而久晴不雨时，空气湿度相对较小。③ 通过蒸发量来估计空气湿度大小。当蒸发很大时（如湿衣服很快在阴凉处晾干），空气湿度较小；反之湿度较大。④ 仪器测定。主要有毛发湿度计和干湿球温度表，条件较好的医院病房，这些仪器都是齐备的。
其次要掌握几种调节空气湿度的方法。每当得知空气湿度偏小（低于50%），必须采取一些有效措施，增加空气中的水分含量。比如，冬天室内生炉子或使用取暖设备时，可以在炉子上烧一壶水（壶盖不要盖严），使水气蒸发；或者在室内晾一些潮湿的衣服、毛巾等，以提高空气濕度。当然，也可以通过加湿器直接向空气中喷入水雾，短时间内便可提高湿度。为了保健起见，加湿器的用水最好使用冷开水。又因为我国属季风气候区，夏季空气湿度普遍偏高，所以夏季调节湿度主要是考虑降低室内空气湿度，最有效的方法是用空调降温或抽湿；当然，晴热多风之时，适当地开窗通风，也不失一种简便而环保的降湿方法。
（编辑 汤知慧）
棚内湿度大除湿有办法 篇5
1. 选用无滴膜。
选用无滴膜可以减少薄膜表面的聚水量, 并有利于透光、增温;对普通薄膜表面喷涂除滴剂, 或定期向薄膜表面喷撒奶粉、豆粉等, 也可减少薄膜表面的聚水量。
2. 覆盖地膜。
覆盖地膜不仅可使10厘米地温平均提高2~3℃, 使地面最低气温提高l℃左右, 而且可以减少地面水分蒸发, 从而达到降低棚内空气湿度的目的。
3. 起垄栽培。
高垄表面积大, 白天接受光照多, 从空气中吸收的热量也多, 因而升温快, 土壤水分蒸发也会随之加快, 棚内湿度不易偏高。
4. 合理浇水。
冬季棚菜浇水要做到“五浇、五不浇”, 即浇晴不浇阴 (晴天浇水, 阴天不浇水) 、浇前不浇后 (午前浇水, 午后不浇水) 、浇小不浇大 (浇小水, 不大水漫灌) 、浇温不浇凉 (冬季水温低, 要将水先在棚内预热, 待水温与地温接近时再浇) 、浇暗不浇明 (浇暗水, 不浇明水) 。同时, 要大力推广滴灌、膜下灌等灌水新技术。
5. 改进施药方法。
冬季防治棚室蔬菜病虫害时, 要尽量采用烟熏法或喷粉法施药。如果采用喷雾法施药, 则应适当减少喷施次数和喷液量, 以防棚内湿度过高。
6. 通风排湿。
通风是塑料大棚最基本的除湿方法。一天之内, 通风排湿效果最好的时间是中午, 因为这一时段棚内外湿度差较大, 湿气比较容易排出;其他时段也要在保证棚内温度的前提下, 尽可能地延长通风时间。另外, 还要特别注意在棚内浇水后2~3天、叶面喷肥 (药) 后1~2天、阴雨 (雪) 天和日落前后, 加强通风排湿。
7. 中耕松土。
地面浇水后, 要及时中耕垄沟和垄背, 切断土壤毛细管, 阻止土壤下层水分向表层土中移动。
8. 人工吸湿。
调控温、湿度减少棚室病害 篇6
大多数病害发生、发展的条件都是低温、高湿。控制病害发生既科学又经济的措施就是提高温度降低湿度。让低温、高湿这两个条件不相遇或相遇时间缩短。一般来讲, 室温升至26℃以下, 湿度降至80%以下, 病害就很少发生。
怎样才能提高温度, 首先要增加光照;其次是查堵孔隙, 减少热量散失;第三是增加覆盖, 尽量保温;第四是挖好防寒沟, 减少地面传导;第五, 增施有机肥, 应用秸秆反应堆技术, 增加地温, 储存热能。
怎样才能降低湿度, 原则上要合理放风, 科学灌水。定植期灌足底水, 再覆地膜, 减少土壤水分向空气蒸腾。生长中期小水勤浇, 保证土壤见干见湿。盛果期, 酌情灌大水, 并科学放风排湿。低温时节, 清晨揭帘后, 如发现室内有较大雾气, 就应立即放5~10分钟小风排湿。随后关闭风口, 待温度升到28~30℃后再反复放小风排湿。下午盖帘前室温要保持在25℃以上, 浇水时要密闭风口, 升高室内温度至32℃以上, 使地表水分尽快蒸腾成水气, 以便通过放风排湿。夜间湿度过大, 要采取措施补温, 防止叶面结露后遭受病菌侵染。
谷物湿度测量系统的设计 篇7
随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高,湿度的检测不仅在工业生产过程中广泛应用,而且在农业生产过程中必不可少,特别是在谷物的运输与储存过程中,检测并控制好谷物的湿度具有重要意义。在常规的环境参数中,湿度是很难准确测量的一个参数。传统的谷物测湿方法是通过称量烘干前后谷物的质量来求湿度,这种方法的缺点是测量速度慢。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法,也早已无法满足现代科技发展的精度的要求。近年来,国内外在湿度传感器研发方面取得了长足的进步。湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化和智能化检测的方向迅速发展,将湿度测量技术提高到新的水平[1]。
1 常用湿度传感器的优缺点
湿度传感器就感湿材料而言,大致可以分为3类,即电解质型、半导体陶瓷型和有机高分子聚合物型。高分子湿度传感器虽然起步较晚,但发展迅速,是目前研究最多和应用较广的一类新型湿度传感器,可分为电阻型、电容型、声表面波型和光学型等,并以前两类最为常用。
1.1 电阻式湿度传感器
电阻式湿度传感器的感应速度较快,结构紧凑,而且适应性也优于机械式传感器[2]。现有的电阻式湿度传感器大都采用与敏感层粘着方式,相互保持一定间隔,配置一对极薄的电极并对其间的电阻变化进行测量。湿敏层的电阻一般都相当高,而电阻值过大时湿度传感器输出的测量电路就相当复杂,并且易受外来噪声和漏阻的影响,不能做高精度传感器输出的测量。只有通过增大电极的对向面积或减小电极的间隙,来降低湿度传感器的电阻值。现有的电阻式湿度传感器大都采用照相印刷技术制作电极,尺寸精度受到限制,电极间隙也不可能减小到理想的程度。因此,电阻式湿度传感器的小型化便成为问题。
1.2 电容式湿度传感器
电容式湿度传感器作为第3代湿度传感器的代表,以其测量范围宽、响应速度快、温漂小、稳定性好和使用方便等特点,得到了广泛的应用,但目前国内外生产的产品普遍存在着价格昂贵这一不利因素[3]。
本文根据谷物的介电常数随谷物湿度变化而改变的特性,采用湿度传感器的传统工艺,研制出了性能较为理想的廉价电容式湿度传感器。
2 湿度传感器的原理
随着湿度传感器技术的飞快发展,其测量的原理也得到了充分的完善。湿度传感器分为水分子亲和力型湿度传感器与非水分子亲力型湿度传感器。水分子亲和力型湿度传感器是利用水分子有较大的偶极矩、易于吸附在固体表面并渗透到固体内部的特性制成的湿度传感器。其测量原理是感湿材料在吸湿或脱湿过程改变其自身的性能,从而构成不同类型的湿度传感器。
非水分子亲和力型湿度传感器主要的测量原理为:利用潮湿空气和干燥空气的热传导之差来测定湿度;利用微波在含水蒸汽的空气中传播,水蒸汽吸收微波使其产生一定的能量损耗,传输损耗的能量与环境空气中的湿度有关,并以此来测定湿度;利用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度。
本文研制的谷物湿度传感器属于非水分子亲和力型湿度传感器,主要利用微波在穿过谷物时,谷物吸收微波导致一定的能量损耗及传输损耗的能量与谷物湿度有关的原理制成。
3 系统组成及其工作原理
3.1 谷物的介电特性分析
微波法操作简单,测量精度高,范围广,可以实现在线连续测量,在测量中不会受到物质的颜色和结构等因素的影响。同时,微波的穿透能力很强,能检测物质表层和内部的水分含量,因此微波穿透法测湿获得了广泛的应用[4]。考虑到谷物颗粒结构的不规则性以及测量的是其内部的水分含量,需要一种强穿透力的测量方法,因此微波测量方法是一种比较理想的选择。
把谷物放在室温为23℃的房间内,让其自然干燥(时间长短依每次测量所要求的湿度定)。每次电参量测量之后,用天平称其质量,精度为0.1mg。最后一次电测量之后,放在105℃的烘箱里烘烤16h,以确定其干燥质量(mD)。对于每次测量,都根据其相应的湿质量(mD+mW)和最终的干燥质量(mD)算出相应的湿度[5]。
利用实验室微波测试设备对谷物的介电特性进行分析,最后得出谷物介电常数以及损耗因子与谷物湿度之间的关系。
3.2 湿度传感器的感湿原理
湿度传感器采用的是平板电容器结构,在绝缘基片上用平面工艺分别形成上电极、介质层和下电极。介质层由谷物组成,其介电常数随其相对湿度呈线性关系,即
undefined
式中 εx—材料在不同相对湿度下的介电常数;
ε0—0%RH介电常数;
k—常数;
u—相对湿度;
Cx—元件在不同相对湿度时的电容量;
s—电容极板面积;
d—介质层厚度;
K—静电力常量。
对于一个固定的元件,可以设undefined,则Cx=k1+k2u。
由上式可以看出,Cx与u呈线性关系,从而由传感器电容量的大小即可决定环境中的相对湿度[6]。
3.3 信号转换系统
电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测谷物湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号,常用的方法有两种:一是将该电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中,所产生的正弦波电压信号经整流和直流放大,再A/D转换为数字信号;二是将该湿敏电容置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集。本文采用第2种转换方法。
频率输出的555测量振荡电路如图1所示。集成定时器555芯片外接电阻R4,R2与湿敏电容C,构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路,并将引脚2和引脚6端相连,引入到片内比较器,便成为一个典型的多谐振荡器,即方波发生器。另外,R1用于平衡温度系数,R3是防止输出短路的保护电阻。
该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先,电源Vs通过R4和R2向C充电,经t充电后, Uc达到芯片内比较器的高触发电平,约为0.67Vs,此时输出引脚3端由高电平突降为低电平;然后,通过R2放电,经t放电时间后,Uc下降到比较器的低触发电平,约为0.33Vs,此时输出引脚3端又由低电平跃升为高电平。如此循环下去形成方波输出。其充放电时间为
t充电=C(R4+R2)ln2
t放电=CR2ln2
因而,输出的方波频率为
F=1/(t充电+t放电)=1/[C(R4+2R2)ln2]
可见,空气湿度通过555测量振荡电路转变为与之呈反比的频率信号[7]。
3.4 信号处理系统
传感器的信号由AT89C51单片机进行采集。AT89C51单片机是一个低功耗和高性能的8位CMOS微处理芯片,片内含4k字节的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128字节的随机存取数据存储器(RAM),40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含两个外中断口,两个16位可编程定时计数器,两个全双工串行通信口。AT89C51单片机可以按照常规方法编程,也可以在线编程。
最后是显示电路,系统发送的数据由AT89C51的串口送入寄存器74LS64,再经8位数据总线双向传送接受器74LS245驱动LED进行数据显示。该模块的功能是对所检测的湿度信号进行显示。
4 结束语
本文将电容式湿度传感器与AT89C51单片机相结合,经硬件电路和软件程序设计形成的自动控制系统能够实现对谷物湿度的实时测量,并根据湿度计算谷物含水量。该系统大大降低了成本,同时达到了一个较高的精度要求。试验证明,该控制系统稳定可靠,能够满足一般谷物湿度测量的要求。由于湿度传感器的测量受环境温度和谷物密度的影响,所以本系统具有一定的局限性。
摘要：通过比较市场上几种湿度传感器的优缺点,对谷物介电特性进行了分析,设计出一种谷物湿度传感器,并论述了谷物湿度测量系统的组成及工作原理。实践证明,该谷物湿度测量系统具有成本低、测量精度高和使用方便等特点,有一定的应用价值。
关键词：湿度传感器,谷物,介电特性
参考文献
[1]高美珍.基于PLC16单片机和HM1500的湿度测量[J].电子工程师,2004,30(10):22.23.
[2]王亚峰,杨清风.电阻式湿度传感器制作工艺的革新[J].计量技术,2007(7):77.78.
[3]秦永和.湿度传感器测试系统[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2003.
[4]杨苹,严珩铭,于文益.基于微波谐振器的谷物湿度检测系统[J].机械工程学报,2007,43(1):229.
[5]尤田束,王春山,叶红.测量谷物颗粒湿度的微波谐振腔法初步研究[J].农业工程学报,1994,10(2):92.93.
[6]卢崇考,周明军.电容式高分子湿敏材料感湿机理探讨及选择方法[C]//东北传感技术研究所第七届学术年会论文集.哈尔滨:东北传感技术研究所科学技术委员会,1996.
电子湿度计的设计 篇8
温度的冷热变化或空气干湿程度的变化均会使人的口腔不适, 甚至诱发咽喉炎等多种疾病。如果能设计出一款便捷精准的仪器来监测或控制周围的空间环境, 将会使人们的生活更加舒适, 对工业生产也将十分有利。在众多湿度计设计产品中, 电子湿度计尤为灵敏可靠, 包括电阻式相对湿度计、电容式相对湿度计。这两种湿度计的基本原理都是利用一层膜, 湿度的变化会引起膜上离子导电性发生变化, 从而造成电阻值或者电容量有差异, 再通过电极即可测出湿度数值。其中, 电容式湿度计更灵敏精准, 对环境温度的适应范围也较宽, 即使在高温环境下进行测量也不失其灵敏可靠的特点。本文将为大家提供一款方便快捷的HS1101电容式电子湿度计的设计方案。
2 主要性能及指标
(1) 该电子湿度计的主控芯片为美国微芯公司的PIC16F877A单片机。 (2) 电子湿度计的精度:相对湿度值为±5%。 (3) 在相对湿度值小于10%或大于50%时, 电子湿度计能够进行系统报警。 (4) 使用数码管实时显示湿度值等相关信息。
3 总体设计方案
3.1 硬件设计方案
该电子湿度计具有以下功能:能够实时监测环境湿度, 当实际环境的湿度值不在预设范围内时, 在显示湿度值的同时LED灯亮起, 语音芯片报警。
总体器件组成: (1) 主机部分核心器件选用了PIC17 f877A单片机, 该单片机内含Flash存储器, 除了具备可直接驱动LED的优点外, 还具备兼容8051系列软硬件等特点。 (2) 利用HS1101湿敏电容作为电子湿度计的信号采集器件。当输入信号经振荡电路变换为脉冲频率信号后, 经滤波电路、整形电路加以处理, 最后送入单片机的16位定时/计数器T1。T1工作于方式1, 定时记录脉冲数后将数据存入内存缓冲区。 (3) 显示部分利用数码管显示湿度的实测值、标志位和报警值等。LED灯作为报警指示灯使用。 (4) 语音芯片是报警电路的一部分, 用于发出报警提示。
3.2 传感器外围电路设计
在传感器外围电路的设计中, 采用HS1101将电容值的变化转换成电压频率信号, 该频率信号可直接被单片机采集, 具有设计简洁、价格低廉等优点。电路原理如图1所示。
在本设计中, 对电容器HS1101的充电回路由NE555芯片所外接的电阻R3、R5与HS1101共同组成。放电回路由555芯片的7脚通过NE555内部的晶体管对地短路来实现。多谐波振荡器由NE555芯片第2脚、第6脚相连并引入到片内比较器构成。R3是保护电阻, 主要用于防止短路。
需要注意的是, 555定时芯片的供电电压必须在6V或6V以上。尽管555数据手册中叙述供电电压为5V时就能产生高于2.5V的电压, 能认作TTL的高电平, 但本次设计实际使用中无法达到这个标准。故本次设计555定时芯片的供电电压为6V。
充放电时间计算公式为:
占空比的计算公式:
输出频率计算公式:
由此可以看出, 空气相对湿度与555芯片输出频率存在一定线性关系。
3.3 显示部分
由于数码管具有显示清晰、成本低廉、使用方便、不受光线影响等特点, 故湿度值以及报警值主要由数码管完成。其工作过程主要是将单片机给出的数据送至口线, 通过74LS47共阳的译码器直接推动数码管进行数值显示。
3.4 语音控制和播放部分
声音报警电路部分采用时长为8s的语音芯片ISD1810, 该芯片具有操作简单、使用方便等特点。供电范围3-5V, 与单片机不存在电源不匹配的问题。在使用语音芯片之前把语音事先录好即可省去控制录音部分的接口。
4 总结
样机经过使用, 证明总体方案可行。制作价格也不贵, 且具有响应速度快、线性好、重复性好、测量范围宽、尺寸小等优点。
摘要：本文提供了一款便捷精准的电容式电子湿度计的设计方案。其中, 硬件电路主要由PIC16F877A单片机、HS1101电容式湿度传感器、NE555定时器电路、数码管显示部分以及语音报警部分构成, 该设计具有响应速度快、线性好、重复性好、测量范围宽、尺寸小等优点。