A metrológiai gyakorlatban a mérés típusától függően alkalmanként szükség van a környezeti hőmérséklet megvizsgálására is. Ha a mérések nem laboratóriumi körülmények között zajlanak, a hőmérséklet az a hatás, amely a mérési eredmény bizonytalanságához vezethet. Hogyan kapjunk áttekintést a hőmérsékleti változásokról?
Számos lehetőség létezik - dilatációs hőmérők, olcsó kézi multiméterhez csatlakoztatott hőmérséklet-érzékelők, érintésmentes hőmérsékletmérők, választható hőérzékelőkkel ellátott drága asztali multiméterek.
A mérőműszer kiválasztása természetesen a mért hőmérsékleti tartomány és a mérési pontosság követelményei alapján történik. Figyelembe véve a mért adatok PC-re történő továbbításának szükségességét, a dilatációs hőmérők és a kézi multiméterek kiesnek a lehetőségek közül.
A hőmérséklet-érzékelővel rendelkező kézi multiméterekkel végzett mérések pontossága 0,8% és 2% + 3-10 legkisebb helyértékű számjegy (least significant digits), viszonylag gyakori 1°C felbontással. Jobb felbontást kínál például az MS 8209 (0,1 °C) multiméter, pontossága 2% + 1°C. Egy ilyen eszköz költsége akár 100 euró is lehet. Az érintés nélküli mérők pontossága alacsonyabb, de szélesebb mérési tartományt biztosítanak. Ez a megoldás 200 euróba is kerülhet.
A Rigol 3068 (6 ½ digites) asztali multiméter lehetővé teszi a mért adatok LAN-on, GPIB-n és RS232-en keresztüli átvitelét, és az adatok USB-n való tárolásának lehetőségét. A mérési hiba a használt érzékelőtől függően 0,08°C és 0,6°C között mozog. Ez azonban drágább megoldás, mivel a multiméter és a hőmérséklet-érzékelő ára meghaladhatja az 1000 eurót.
A Sensirion azonban érdekes megoldást kínál a hőmérséklet és a páratartalom mérésére és rendkívül kedvező áron (23€) - SHT31 SMART GADGET. További információkat az alábbi cikkben talál: Gyorsítsa fel fejlesztését SHT31 hőmérséklet és páratartalom érzékelővel.
SHT31 SMART GADGET
Az SHT31 kis zöld dobozban érkezik (a Sensirionra jellemző szín), amelyben rövid használati útmutatót, konzolokat és magát a berendezést találja. A készülék ebben a szakaszban még nem áll készen a használatra.
Amikor eltávolítja a szigetelő fóliát az elem alól CR 2032, megkezdődik a mérés. Első ránézésre kellemes meglepetés lehet, hogy az adatok (páratartalom és hőmérséklet) két tizedes pontossággal jelennek meg.
A nyomtatott áramköri lap hátoldalán többek között az alábbi információk találhatók: Typ. accuracy: ±2%RH, ±0,3 °C
Az érzékelő -10 °C és 60 °C közötti tartományban méri a hőmérsékletet. A deklarált ±0,3°C pontosság mellett úgy tűnhet, hogy a százados értékek megjelenítése csak marketingfogás. Mint később kiderül, a valóság teljesen más. Az érzékelő érzékenységét mi sem bizonyítja jobban, mint hogy mindkét mérési érték a legkisebb légmozgásra is reagál. Ráadásul a fent említett oldalról, vagy a használati útmutatóból kiderül, hogy az SHT31 Smart Gadget képes a Bluetooth 4.0-án keresztüli kommunikációra okostelefonnal a Google Play-en elérhető Sensirion MyAmbience applikáció segítségével. Az alkalmazáshoz Android 4.3 és iOS 8 vagy újabb verzióra van szükség. Ezen kívül a mért adatok a mérés kezdetétől automatikusan tárolódnak a készülék memóriájában. Az alapértelmezett tárolási intervallum 10 perc.
Sensirion MyAmbience alkalmazás
A mobiltelefonos Bluetooth-on keresztüli kommunikációhoz tartsa lenyomva a bal alsó fehér gombot, amíg a kijelzőn megjelenik a ⌐Fon felirat, és az alsó sorban a MAC cím utolsó 4 karaktere.
A MyAmbience alkalmazás futtatása után a kezdőoldal fogad bennünket az alábbi ikonnal: + Add new device. Miután kiválasztja ezt a lehetőséget, megtörténik a készülék-felismerés, és a Connect megnyomásával megjelennek az aktuális hőmérséklet- és páratartalom értékek.
Az alábbi ábra szemlélteti a Dashboard-ot az észlelt eszközökkel együtt.
Hosszabb mérés esetén választhatja a Plot funkcionalitást, és megjelenik a hőmérséklet (T-opció) és páratartalom (H-opció) mérési értékei. Ugyanakkor lehetőség van előre vagy hátra „lapozni” 10 perces, 1 órás, 6 órás, 1 napos, 1 hetes és 4 hetes intervallumokban.
A képernyőn megjelenő grafikon ki is nyomtatható a printscreen funkció segítségével.
A mért értékek Microsoft Export-kompatibilis formátumban is exportálhatók az Export funkcióval.
A Beállítások ikonra kattintva (szürke fogaskerék), megjelenik a menü, ahol:
- Gadget name – lehetővé teszi az eszköz nevének megváltoztatását. Mi már korábban megadtuk a „0” nevet,
- Logging interval – lehetőséget kínál a mérési intervallum kiválasztására: 1s, 10s, 1 perc, 5 perc, 10 perc, 1 óra, 3 óra
- Battery Status – az akkumulátor állapotát jelzi %-ban,
- Firmware version – megjeleníti az aktuális firmware verziót,
- Sync now – jelzi a mobil eszköz és a készülék közötti utolsó szinkronizálás dátumát és időpontját,
- Export – lehetővé teszi a mért értékek exportálását,
- Connect – lehetővé teszi az eszköz SHT31 intelligens eszközhöz való csatlakoztatását,
- Auto-Connect – ha a modul a BT hatótávolságán belül van, akkor automatikusan csatlakoztatja a mobiltelefonhoz,
- Delete – az aktuális eszköz eltávolítása az eszközlistáról.
A mérési értékek exportálása
A mért hőmérsékleti és relatív páratartalomra vonatkozó adatok két szövegfájlként exportálhatók e-mail mellékletben. A fájlok *.edf kiterjesztésűek. Az első öt sor a fejléc. A mért adatok a hatodik sorral kezdődnek, az „Epoch time” az egyik, a mért értékek pedig a második oszlopban.
Példa az exportált fájl első tíz sorára a mért hőmérsékleten:
# Date=2019-02-0T21:28:51Z
# EdfVersion=4.1
# SensorId=CCBE33867EF0
# unit=s,Type=float unit=degC,Type=float
Epoch_UTC T_SHT
1546864598,354 22.97
1546864946,938 22.99
1546865284,134 23.01
1546865618,475 23.07
1546865957,944 23.07
Az Unix idő a 1970. január 1-jén, 00:00:00 óra óta eltelt másodpercek száma adja meg. A következő képlet használható az átalakításhoz:
(Unix-idő/86400)+DATE(1970;1;1)
1546864598,354 Unix-idő esetén az eredmény: 43472,525. Az Excelben történő helyes megjelenítéshez az alábbi formátum beállítása szükséges: d.m.yyyy h:mm:ss,000. Az eredmény ezután: 7.1.2019 12:36:38,354.
A mérési adatok megjelenítése
A modulból történő exportálás után (legfeljebb 17 000 mérés tárolható a memóriában), grafikon készül Excel-ben. A mért adatokat 60 másodpercenként rögzítettük.
A mérés több napig tartott. Az ábra a 22:45 és 1:15 óra közötti időszakot mutatja, amikor a hőmérséklet stabil volt. Ez a minta 150 pontot tartalmaz. A grafikonból egyértelműen látszik, hogy a mért hőmérséklet 22,38 °C és 22,43 °C között változik. A hőmérő deklarált pontossága ±0,3 °C, tehát a hőmérséklet-ingadozás csekély.
De hogy fog több eszköz egyszerre mérni? Különböznek majd a mért értékek? Mivel az egyes hőérzékelők paraméterei eltérőek, feltételezhetünk bizonyos eltéréseket a mért hőmérsékletben. Milyen lesz a hőmérsékleti ingadozás?
Mivel a tesztelési területen nincs hőkamra, az azonos hőmérséklet biztosítása és a "kézlegyintő" hatás megakadályozása érdekében négy tesztelt eszközt helyeztünk egy szekrénybe zárt dobozba. A mért hőmérsékleti adatok az alábbi grafikonon láthatók. Észrevehető, hogy a tmax és tmin közötti különbség akár 0,24 °C is lehet. Az egyes eszközök megnevezése t0 - t3.
Az adott értékek közül melyiket fogjuk relevánsnak tekinteni egy adott időpontban? A legjobb módszer, ha több eszközzel végezzük a mérést, majd kiszámítjuk az átlagos értéket.
Az alábbi grafikonon a négy eszköz által mért adatok átlagát láthatjuk, piros színnel jelölve. Ez alkalommal a tmax - tmin 0,036 °C, tehát elmondhatjuk, hogy a 22:45-től 1:15-ig tartó mérés során a hőmérséklet-változás csak 0,036 ° C volt. Ha kiszámítanánk az átlaghőmérsékletet és a szórást, akkor a következő értékeket kapnánk: 22,366 °C és ±0,006 °C.
A következő ábrából kitűnik, hogy a készülék által mért százados értékeket sem szabad figyelmen kívül hagynunk.
A grafikonon látható a Weston-cella feszültsége (kék), és 4 ponton mért hőmérséklet mellett, a matematikai modelljéből kiszámított Weston-cella feszültsége (piros). A 4 mérés időintervalluma 80 perc, a feszültség mérése pedig 6 ½ digites Rigol 3068 multiméterrel történt, a hőmérséklet változása pedig 0,19 °C volt.
Az SHT31 használata bekapcsolt Bluetooth mellett
Az alkalmazás használata egyszerű és intuitív.
A Beállítások ikon kiválasztásával megjelenik a teljes menü. Nyilvánvalóan a naplózási intervallum (Logging interval) kerül leggyakrabban használatra. Attól függően, hogy milyen gyakran szeretnénk adatokat kapni a hőmérséklet állásáról, választunk az 1 másodperc, 10 másodperc, 1 perc, 5 perc, 10 perc, 1 óra vagy 3 óra lehetőségek közül.
A mért érték tárolási intervallumának minden egyes módosítását követően az alkalmazás a következőt jeleníti meg: „Setting a new logging interval discards all data currently stored on the gadget” (Új naplózási intervallum beállításával megsemmisíti az eszközön jelenleg tárolt összes adatot). Az „Yes”-ra kattintva az adatok a következő sorba tárolódnak.
Ily módon sikerült 17 000 mérési értéket exportálni, az időbeli különbség látható a mért mérések periodikusságában. A „Delete” lehetőséget választva, az adatok véglegesen törlődnek. Időnként előfordulhat, hogy az adatok mégsem törlődnek, ilyenkor távolítsa el egy időre az akkumulátort.
Amíg az eszköz BT-on keresztül csatlakozik az alkalmazáshoz, a kiválasztott naplózási intervallumtól függetlenül, a készülék körülbelül másodpercenként tárolja a mérési adatokat. Az exportált fájlban ilyen másodpercben mért időket láthatunk: 1.003, 2.000, 0.010, 0.979, 2.003, 0.011, 0.977. Azonban miután kiválasztunk egy adott intervallumot, és kikapcsoljuk a BT-t az SHT31-en, a legtöbb esetben biztosak lehetünk abban, hogy az időközök pontosak lesznek.
Időnként a különböző intervallumokban végzett mérések során előfordulhat, hogy az időközök eltolódnak. Például a kiválasztott 60 mp intervallumnál megjelentek 300 vagy 540 másodperces intervallumok is. A 300 másodperces időköznél 420, 540 és 1020 másodperces intervallumok is jelen voltak, míg a 600 mp esetében az 1020 se volt ritka.
Az alábbi grafikonon a rögzített adatok beállított intervallumának (300mp – 5 perc) eltolódását láthatjuk. A mérést 8 napon át folyamatosan végeztük.
Ha az átlaghőmérséklet kiszámításához különféle számú eszköz szinkron hőmérséklet-mérésére van szüksége, akkor 1 másodperces intervallum választását javasoljuk. Ekkor a mért értékek közötti különbség max. 0,75s lesz. A mérés szinkronizálását úgy is beállíthatja, hogy amikor a készüléken kikapcsolja a BT-t, a másodpercenkénti feljegyzés véget ér, és elkezdődik a választott időközönkénti mérés. A mérés szinkronizálása azonban nem mindig garantált, mert a készüléknek néha szüksége van egy kis időre, amíg átáll a periodikus feljegyzésre.
Megjegyzés: Azon hőmérsékleteket ábrázoló grafikonokon, amelyek a t0 - t3 eszközök a mérési adatait ábrázolták, az átlag az egyes készülékekben 46 másodpercen belül rögzített értékek alapján született. Az ilyen időszóródást nem lehet szinkron hőmérsékleti mérésnek tekinteni, de példának megteszi a 4 eszköz használatával történő hőmérséklet változásának megfigyelésére az idő függvényében.
A tesztelés idején a t0 jelöléssel ellátott készüléket 2 hónapig, a t1 - t3 készülékeket pedig egy hónapig használtuk. Az akkumulátor alatti védőfóliát eltávolítva az összes eszköz 100%-os „Battery Status”-t jelenített meg. A Bluetooth csak a mért adatok továbbítására szolgált. A mérés első hónapja után a t0 eszköz kapacitása 87%-ra csökkent, a második hónap után pedig szintén ezt az értéket mutatta. A t1, t2 ill. t3 készülékek kapacitása 87 %, 90 %, és 92 %. Ezen értékek alapján feltételezhetjük, hogy az eszközt 12 hónapig lehetne használni anélkül, hogy az akkumulátort ki kellene cserélni.
Összefoglalás
Az SHT31 SMART GADGET kis méretének és a többi hőmérsékletmérő eszközhöz hasonlítva alacsony árának, valamint a Bluetooth-on keresztüli mobil kommunikációnak köszönhetően, ±0,3 °C pontossággal (-10°C-tól 60°C-ig terjedő hőmérsékleti tartományban), nagyszerű eszköznek tekinthetjük a hőmérséklet mérésében. Noha mi a hőmérséklet mérésére összpontosítottunk, ugyanez az analógia vonatkozik a relatív páratartalom mérésére is.
A hatalmas előnye a mobiltelefonnal való kommunikáció, a mért adatok exportálása és a szinkron mérés több eszközön egyidejűleg, ami jó feltételezést ad a mért hőmérséklet pontosabb kiszámításához.
Természetesen némi óvatosság szükséges a gadgettel való munka során, de összességében nagyon pozitívan értékelhetjük a Sensirion SHT31 SMART GADGET-et.
Author of the article: doc. Ing. Milan Guzan, PhD., Department of Theoretical and Industrial Electrical Engineering, FEI, Technical University of Košice, Slovak Republic.
Önnek is tetszenek cikkeink? Ne maradjon le egyről sem! Nem kerül erőfeszítésébe, mi eljuttatjuk Önhöz.
