廖旭辉，郑永明，徐 恒，王尧君

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

嵌入温场型温度记录仪的设计与实现

廖旭辉，郑永明，徐 恒，王尧君

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

针对医疗灭菌锅、高温消毒柜和培养箱等工作时需密闭操作空间的情况，采用耐高低温冲击的电路系统，研制一种投入式、微功耗、具备防水功能，能在-40～140℃环境中长时间使用的温度记录仪。实际应用结果表明：该温度记录仪测量精度高、耐温性强、操作方便，适于食品药品加工、医疗卫生保障和冷链冷藏处理等行业的测温应用，具有较好的应用前景。

温度记录仪；高温；密闭空间；温度校准

0 引 言

医疗灭菌锅、高温消毒柜、培养箱和干热式烘箱等密闭型温场设备，在食品药品加工、医疗卫生保障和冷链冷藏处理等领域有广泛应用，为社会经济的发展做出了很大贡献；但此类密闭型温场设备的温度检测和校准工作现状却不容乐观。由于密闭型温场内高低极限温度测量范围较为苛刻，目前国家计量检测技术相关机构基本依靠进口温度记录仪来开展密闭温场内温度检定、校准工作。基于此，本文设计了一种嵌入温场型[1-2]温度记录仪，该仪器可在-40～140℃环境中长时间使用，能精确、快速地完成密闭型温场的温度检定、校准任务。

1 系统概述

本文所设计的温度记录仪主要由测温器、通信器和数据处理软件3部分构成。测温器为嵌入温场型温度记录仪核心部件，以高精度PT100温度传感器为温度探测单元，结合MPS430F2619控制器的微功耗技术，实现了宽范围、高精度、低功耗的测温功能。使用时先用数据处理软件启动测温器的测温功能，再置测温器于密闭型温场中，待测量结束后将其取出并放入通信座对应孔位处，通过USB数据通信接口将测温器中的温度数据传送至数据处理软件，以进行数据处理与分析。

2 系统设计

2.1 测温器设计

2.1.1 硬件电路

测温器硬件电路如图1所示，采用TI公司生产的MSP430F2619作为主控器，结合LTC3060电源管理芯片以最大限度节约电量，实现系统微功耗功能。因测温器需工作于-40～140℃的温场中，故系统选用能耐高低温冲击的高温电池供电；在处理PT100信号时，考虑到高温对电子器件造成的温漂问题，设计选用能耐高温的TSV912放大器和ADS1278模数转换器作为模拟信号处理芯片，实现信号放大和采集功能[3-4]。LT6930为整个系统提供时钟源，主控器所采集到的温度值将保存于EEPROM存储模块中。

2.1.2 软件流程

测温器经数据处理软件设定和启动后开始工作，具体工作过程如图2所示。测温器开始工作后将按照预设时间间隔对被测温场温度进行采集，同时把所测温度保存于测温器中，以供工作人员需要时调用。为尽可能节省电池能耗，系统通过主控器的中断功能唤醒测温器进行工作，其余时间整个仪器处于休眠状态。

图2 测温器软件流程图

2.1.3 结构设计

测温器由两段高温塑料和三段不锈钢外壳组装而成，如图3所示。图中，1、3、5所指材料为不锈钢，2、4所指材料为高温塑料，各部件之间用螺纹连接，并在结合部位采用胶圈密封，使测温器具有防水功能。测温电路板安装于2、3之间，再用导线将通信信号线连接于1、3、5所指不锈钢上，以便测量数据的传输[5-6]。

图3 测温器结构示意图

2.2 通信座设计

通信座是测温器和数据处理软件进行通信的桥梁，测温器、通信座安装及结构设计如图4所示。图中，通信座体由ABS塑料制成[7]，座体上设有放置测温器的座孔，该孔的内径与测温器外径大小相当。测温器座孔壁上的弹性导体与测温器的不锈钢外壁接触式连接，此结构可轻松安装或取出测温器，同时确保弹性导体能够与测温器上的通信电极接触良好。座体上设置有通信转换芯片安装槽。

图4 测温器与通信座安装结构示意图

通信座内部安装有电路板，电路板上安装有通信转换芯片，槽口通过盖板盖封，盖板上安装有USB接口。通信转换芯片的输入端与弹性导体连接，弹性导体与测温器的通信电极接触式连接，通信转换芯片的输出端连接USB接口，可通过USB数据线连接数据分析装置。

2.3 数据处理软件设计

测温器经过PC端数据处理软件设定和启动后开始工作，并通过该软件将测量数据转换为有效的温度值[8-10]。工作前，先将测温器安装在通信座内，通信座与计算机通过USB数据线连接，再通过计算机温度记录仪数据处理软件启动测温器的测温功能；然后，取下测温器，将测温器放入相应的测温场所进行温度测量，测温器内的微处理器将从模数转换器读取PT100阻值信号并保存于EEPROM中；测温结束后，将测温器取出，放置于测温器座孔内，通信座的钢珠和弹簧紧压测温器电极形成通信链路，然后通过USB数据线接口连接通信座和计算机，温度记录仪数据分析系统可用查表及插值算法将温场中的温度值计算出来。此外，根据需要，可使温度记录仪数据分析系统自动识别不同编号的测温器，实现多个测温器同时使用，测量温度场的温度分布情况，计算机可用图形和报表的方式将测温结果输出。

3 校准实验结果

为验证嵌入温场型温度记录仪的测温性能，选用温度准确度为±0.05℃、温场均匀度为±0.01℃的高精度恒温油槽和无水乙醇制冷槽对记录仪的测温效果进行检验，实验结果如表1所示。可以看出，本文介绍的嵌入温场型温度记录仪在-40～-20℃的测量误差在±0.4℃以内、-20～20℃的测量误差在±0.3℃以内、20～140℃测量误差在±0.1℃以内，记录仪能在-40～140℃的环境中长时间使用，且仪器无损伤。

表1 温度记录仪校准结果

4 结束语

本文所介绍的嵌入温场型温度记录仪，适用于密封环境，特别是有电磁屏蔽的密封设备中记录温度的变化，如医用灭菌锅、隧道式烘箱、干热烘箱等，具有测量精度高、稳定性好、操作方便等特点，尤其在高低温极限条件下性能良好，可广泛应用于医疗卫生、食品、化工等行业各种温场中温度变化的测量、记录和分析。

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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

廖旭辉（1984-），男，福建三明市人，工程师，硕士，主要从事医学计量测试工作。