台南區農業專訊第55期:17~19頁(2006年3月)

溫溼度校正系統簡介

文 / 圖 劉政宏、鄭榮瑞、鐘瑞永、 楊清富

一、前言

感測器應用於農業上的用途已相當廣泛,舉凡控制、監測、預警等各方面之應用已是現代農業不可或缺的有利助手,而溫度感測器及溼度感測器更是最經常使用之設備之一,例如溫室環控、長途運輸的保鮮、農業氣象等,有些植物對於環境變化之敏感度相當大,有些在溫度 0.1 ℃ 或 0.5 ℃ 之差異便可能使植物的保存或存活的條件有鉅量的影響,例如長途運輸的保鮮,溫度差異在 0 ℃ 與 1 ℃ 間其保存期限便有 7 ∼ 14 天的差異,可見其重要性之大,但我們如何知道自己設備上的感測器是否有效 ? 正確 ? 誤差是多少 ? 量測的結果是否有意義 ? 一定期間的校驗是必須的,因此本場引進一套溫溼度校正系統用來比對校驗溫溼度感測器的誤差狀況,由校驗比對的結果提供該溫溼度計是否需要調校或者更新。

溫度校正爐
溫度校正爐
訊號模擬器
訊號模擬器
溼度校正系統
溫溼度校正系統

  二、量測追溯體系

市面上溫度或溼度感測器的種類相當多,基本上我們不一定需要了解每一種感測器的原理特性,選擇感測器端看使用的環境、需求的精密度、反應時間等;在空氣中或在液體中所使用的型式可能不同,而精密度的高低決定可控制的溫度範圍,其價差亦有相當大的差別,根據這些種種的條件評估後,選擇一個合適恰當的感測器才合乎成本與效益 。通常感測器使用一段時間後便有可能偏移,也就是一般講的誤差,購買感測器時其所附說明書亦會說明該感測器的規格:如量測範圍、精確度、每年的飄移量、反應時間、輸出入的電源及訊號種類等,選擇時一定要考慮是否配合本身的使用條件、信賴度高否、互換性有否,以該感測器於欲使用之範圍內有最高的準確度、穩定性佳者為選定條件。

多點記錄器
多點記錄器
被校件溫溼度狀況
被校件溫溼度狀況
標準件溫溼度狀況
標準件溫溼度狀況

除感測器的不確定度外,當我們把感測器架設後經由傳送器電路轉換成電的訊號 ( 如電壓或電流 ) 後經導線 連接 至資料收集器或 PLC 等類比輸入 I/O 轉換對應成可讀取之溫度值,這一路因導線的長短、類比 - 數位轉換的精確度等,在評估一個控制系統時,亦應該把這些可能的誤差來源給考慮進去,否則再怎麼精確的感測器亦無用。

為了比對數據的正確性,我們必須要模擬一個標準 ( 或是一個被認可較接近標準 ) 的環境,這個標準的溫度或溼度必須經過驗證,整個量測追溯體系是由國際度量衡局 (BIPM) 其下涵蓋各國的國家標準實驗室所組成,我國 國家度量衡標準實驗室 亦建立了各種的標準,其主要目的是 維持國家最高量測標準,為國內標準追溯依據 ,可對 軍公民營校正實驗室之參考標準件,進行校正,又稱為一級校正,而軍公民營校正實驗室對各使用者標準器或儀器進行校正 為二級校正,通過驗證之 軍公民營校正實驗室 就可以在效期內依其通過的檢測程序及範圍對其他感測器做校正服務,為求量測標準的公信力,本場所引進的溫溼度校正儀器及標準件皆可追溯至國內外國家標準實驗室,未來仍會定期送校以維持其精確度。

三、溫度感測器校正

溫度校正爐, 追溯有效期限 2006.9.16 ,可針對 PT100(2 、 3 、 4 線式 ) 、熱電偶、電流或電壓輸出之溫度感測器做校驗,若配合標準白金電阻溫度計 (SPRT) 作為標準件時,其不確定度可達± 0.04 ℃ ( -200 ℃ ∼ + 800 ℃ ) ,以校驗白金電阻溫度計較為合適,在一般 0 ℃ 以上的範圍可採等溫塊方式,若須於負溫環境中則使用油浴或一定比例之酒精水作為傳導之介質,由於機體頗小可攜至被校感測器安裝之現場執行校驗工作,除省去感測器拆卸與安裝之作業外,前述有關線路、電表錶頭等之誤差可一併納入,由現場錶頭讀值與校正爐內鍵 Sensor 或外置之標準件直接比對,可獲得整體設備之狀況,一旦發現整體不確定度落於原始值以外時再逐一校驗錶頭與感測器端之狀況;針對線路及錶頭端的測試,可採用訊號模擬器取代感測器之測值,以模擬訊號對應之溫度值與標準件顯示值比對,以確定錶頭或線路之不確定度,另值得一提的是,訊號模擬器亦有其不確定度,於校驗時亦須考慮進去,選擇訊號模擬器時需考慮此精確度是否符合整體精確度的需求。

四、溼度感測器校正

恆溫恆濕校正槽配合鏡面冷凝溼度計, 追溯有效期限 2006.9.2 ,提供一個大容量的標準溼度環境,其相對溼度範圍 10% ∼ 95% , RH 不變性達± 0.5% ,鏡面冷凝溼度計精確度達± 0.5% ,有鑒於一般的溼度感測器的精確度多高於 2% ,顯然此設備已足夠校正使用,且由於本機對溫度的控制亦可達± 0.2 ℃ ,溫度範圍 -4 ℃ ∼ 85 ℃ ,因此亦可同時使用於一般溫度感測器之校驗,因其有 4.5 立方英吋的測槽容積,配合多點紀錄器可同時校驗多達 18 個以上溫溼度感測器,對於擁有大量感測器的使用者而言 , 可減少相當多的校驗時間,一般溫溼度傳送器可同時校正,設定溫溼度條件後,於穩定時紀錄被校件 ( 含錶頭 ) 溫溼度狀況及 標準件溫溼度狀況,用以比對感測器實際的精確度,溫溼度校驗的點數與數值可依該儀器最常用之溫溼度範圍設定比對,或進行零點及全幅調整以達到該感測器最佳線性狀況。

五、結語

溫、溼度感測器普遍應用於農業設施栽培或收穫後處理等的監測、控制、紀錄或檢疫等領域中,不當的使用或忽略其精確度的重要,輕者徒浪費能源,增加生產成本,嚴重時無效的控制造成諸如蘭花催花速率不均、抑制開花作業失敗、蒸熱處理無效、保鮮期縮短 … 等等巨大損失。因此,定期 ( 最少每年 ) 或察覺異常時進行感測器校正可以避免這些不必要的損失。對於只有少量感測器的校驗者,可上網查詢財團法人全國認證基金會公佈之有效認證實驗室就近送校;對於感測器大量或頻繁使用者,可購買相關儀器自行校驗,未來只要定時將儀器及標準件送校,完成追溯即可。感測器標準化是整個農業精密控制的基礎,數據精確化後所累積的資料在分析與評估上才有意義,其效果必轉嫁於收益之提升。

 

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