在过去的几年里,医院,诊所,医疗保健和生命科学组织和其他企业越来越常见,用于使用电子温度监测系统保护其产品并满足监管需求。您可能知道您需要一个监控系统,可能具有警报功能,但不确定如何选择最佳以满足您的需求。为了复杂化问题,有几十种不同类型的温度监测系统,具有不同的特点和各种价格。

无论您是任务是否有推荐购买什么,购买代理或最终最终用户,您可以通过学习一些关于专注的最重要部分来确保您获得合适的系统。此基本教程涵盖了典型的温度监控系统的六个部分,以帮助您了解要查找的内容。

在指定/选择温度监测系统时考虑这六个因素中的每一个:

  1. 温度探头或传感器- 温度探头类型的类型会影响测量精度和温度测量范围。公共传感器类型包括热电偶,RTD和热敏电阻。

  2. 热缓冲器- 由于压缩机循环,门开口或装载/去除产品,热缓冲器有助于在传感器上平滑快速温度波动。热缓冲液以尼龙块的形式,填充有乙二醇的瓶子,以及填充玻璃珠的瓶子。

  3. 温度测量装置- 系统的核心,它连接到探头测量并可能记录温度。这些包括许多类型的独立监控设备,具有本地存储器,用于存储有或没有本地存储器的测量数据,网络/ LAN或WiFi测量设备,以及使用与基站或网关的专有通信协议的无线测量设备再次使用或没有本地记忆。

  4. 数据存储- 虽然所有监控应用程序都需要某种类型的立即数据报告,但大多数也包括历史目的的录制值。内存的位置和数量决定了历史数据将有多少。内存可以是内部存储器,本地基站或网关,本地PC或基于云的服务。

  5. 软件- 当然,任何系统都需要一些软件来控制系统的操作。软件功能包括配置,图表,报警管理,数据检索和报告。

  6. 令人担忧的- 大多数用户希望立即通知安全操作范围之外的温度偏移。报警传递方法包括可视指示器,可听警报,电子邮件,短信和电话通话。

1.温度探头

温度是跨各种行业的最常见的测量中,包括食品,医疗和生命科学,制药,机器/设备监测,环境监测,以及几乎所有其他领域。温度监测系统通过诸如热电偶探头的传感器捕获温度数据。由于温度传感器专为如此多的需求而设计,因此您可以决定您使用的传感器类型或输入的类型。

用于温度监测系统的三个最常见的温度传感器是热电偶,热敏电阻和RTD。热电偶是最常见的温度传感器。它们具有最宽的测量范围,通常是最昂贵的,但也具有有限的精度 - 通常是±1-2°F(±1°C)。RTD比热电偶具有更高的精度,大约为±0.2-0.5°F(±0.1-0.3°C)。RTD具有较窄的工作范围,最高温度为150-600°C,取决于材料和结构。热敏电阻提供更精确的测量值,±0.1°C或更好,但具有非常非线性的响应,因此需要更先进的测量系统。它们还比RTDS或热电偶的操作范围更有限。

值得注意的是,大多数传感器制造商可以在各种探针类型中嵌入温度传感器。从不锈钢探头到适合浸入液体和磁性表面接触探针的探针,您可以找到您的应用程序所需的内容。

热电偶是应用最广泛的温度传感器,也是最便宜的传感器之一。它们被广泛应用于成本、简单、操作范围广、不需要极高精度的地方。热电偶是两种不同的金属丝,由非常特殊的合金熔合在一点上。热电偶产生与温度成比例的输出电压(通常是毫伏级)。测量系统对热电偶结产生的电压进行采样,然后应用一个校准方程将电压转换为温度。该监测系统还集成了一个冷结参考,以补偿热电偶导线和测量装置本身之间发生的任何偏置电压。由于热电偶线的组成变化,典型的热电偶精度在1到2°F的数列上,虽然也可以使用减少误差的特殊组成线。

当您只想使用易于使用的低成本设备时,请考虑热电偶。应在您记录温度的环境中进行护理。由于其宽的操作范围,热电偶可以在几乎任何温度监测应用中使用,从液氮低温恒温器到金属热处理烤箱。由于热电偶的低电平电压,在电噪声环境中可能存在不利影响,特别是当传感器线长度长时间。

一个RTD传感器提供与温度有关的电阻变化。它们比热电偶提供更精确的读数,但操作范围更窄。最常见的RTD是由细铂丝缠绕在圆柱上,也使用镍和铜线。电阻与温度曲线有一个非常特定的斜率,RTD是使它在0°C有一个特定的电阻,100 Ω是最常见的值。

为了测量温度,监控系统将通过RTD源发布已知电流并测量所产生的电压,从中可以使用欧姆法计算电阻。最后,使用电阻与温度曲线和0°C电阻的斜率,它可以计算温度。RTD通常比热电偶更稳定,准确,但牺牲了更有限的操作范围。当您需要高精度测量时,请考虑RTD传感器。它们是冰柜和冰箱的温度监控系统的理想选择。

热敏电阻类似于RTD(它们是其电阻随温度变化的传感器),但它们的电阻变化是高度非线性的。像RTD传感器一样,它们比热电偶更准确的读数。由于这种特性,热敏电阻可以提供非常精确的温度测量,降至0.01°C的精度,但仅在非常有限的温度范围内(通常为0°C至100°C)。像RTDS一样,热敏电阻设计成在0°C(2252Ω是公共值)的特定电阻,并且每个热敏电阻系列具有特定电阻与测量系统必须能够容纳的温度特性。考虑在需要以最高精度录制时使用热敏电阻,具有有限的测量范围,并且使用能够接受非线性电阻曲线的温度监测系统;例如,皮肤温度测量。

2.热缓冲

热缓冲器是热质量(材料和液体),其附着在温度探针上以增加温度探测器的时间常数(慢响应时间),以便更紧密地匹配所存储的材料的温度。这具有使报告的温度更加密切地模仿冷藏产品的实际温度的主要益处。乙二醇瓶,尼龙块和瓶子装满玻璃珠子是冷藏应用中使用的常用热缓冲器。

一个常见的例子是测量用于储存疫苗的冰箱温度的探针。这些探测器的响应时间比老式的水银温度计要快得多。每当门被打开时,来自房间的暖空气就会取代空腔里的冷空气。裸探针可以对这种变化作出反应,监测系统将检测到温度的上升。如果门只开了很短的一段时间,温度在一两分钟内就会回落到型腔的公称温度;然而,在短暂的温度“峰值”期间,疫苗的温度由于自身的热质量而没有表现出相同的温度峰值。通过在温度探头周围使用一个热缓冲,空气温度峰值将被“缓冲”,这样探头就不会经历相同的温度跳跃。由于CDC的建议,热缓冲正在成为医院、诊所、药房、实验室甚至冷链设置的标准。通过使用缓冲器,可以消除由于打开冰箱或冰箱门而引起的监控系统数据中的温度峰值。

在实验中,显示裸探针通过使用各种类型的热缓冲液显示出大大降低的温度波动。即使是存储单元的压缩机循环也会导致错误警报并对不反映实际产品温度的广泛变化的温度数据构成重大不便。图1显示,与缓冲探针相比,裸探针的读数非常可变。事实上,如果这是一个实际的医疗监测应用,裸探针可能是由于制冷压缩机的正常循环而产生的误报。如果限制设置得太紧,即使是循环的小变化也可以触发警报。由于稳定温度读数是如此至关重要,因此您可以避免滋扰警报并通过所有探针上使用热缓冲器来获得更准确的数据。

3.测量装置

系统的核心是实际的温度测量装置。这些功能来自许多形式,从具有USB接口到多通道智能数据记录系统的简单单通道设备。测量设备连接到温度传感器,数字化温度值,执行任何本地警报评估,并在基于网络的系统的情况下记录读取的存储器或将其传输到服务器。测量装置可以是电池操作的,或者可以具有外部电源的选项。它们可能具有固定输入类型并包括传感器,或者它们可能具有螺钉端子连接的通用输入,以便用户连接其选择传感器。最便宜的测量设备具有单个输入类型(仅每个设备的一类测量)和固定数量的输入,即没有扩展。无论测量装置的类型,有一些特征需要考虑帮助您做出正确的选择。

采样率。在确定您需要记录的温度范围以及需要记录的温度范围之后,它有助于确定您需要温度监测系统进行测量的频率。您可能需要第二个或第二次第二采样进行工业流程,或者您可能只需要每30分钟或每小时一次一次读取一次,以便在长期超替代存储环境上保持标签。

大多数监控系统能够以大约1hz(每秒一次)的速率处理记录。如果您需要更快的采样率,请注意,随着系统速度的提高,价格也会随之提高。另外,确保您指定的记录速率是适当的;例如,使用k型热电偶,传感器/样品可能需要几秒钟来记录温度的变化。以5hz记录这样的温度将提供冗余或无用的数据。

虽然监测设备通常耗电量很少,但如果该设备仅靠电池运行,您就需要查看电池寿命,这在很大程度上取决于制造商、型号,以及它被配置为进行测量的频率。

测量精度是需要考虑的另一个重要因素。大多数温度监测设备足以满足典型应用;例如,如果您正在监控室温,则在一两岁之间准确的系统就足够了。但是,如果您正在监控疫苗或其他冷藏样品,您可能需要高精度模型,以在半学位或更好的情况下准确。

来自不同制造商之间的设备之间的最大差异之一是温度监视器是否被设计为独立或者必须连接到PC或网络,如果是,则可以连接到温度监控系统的通信接口到PC或网络。可以以许多不同的方式进行通信,包括串行或RS-232接口,USB接口,以太网接口,无线连接,包括Wi-Fi和专有RF链路,或蜂窝3G或4G / LTE。

独立温度监测系统。许多温度监测系统可以以独立模式运行,这意味着它们不需要PC或其他设备记录温度和过程警报。这些器件通常具有LCD显示器,显示当温度超出规格时的当前温度或导致的电流。一些设备(例如独立数据记录器)非常耐用,并且多年来将继续可靠地运行,而冷链记录器等其他类型设计为低成本,单用设备。

独立设备通常具有内部电池,提供几年多年的操作,但请注意采样率与电池寿命成反比。这些设备通常具有内置的非易失性存储器,可确保如果电池发生故障或电源丢失,则记录的数据仍然是安全的。当电池变低时,带显示器的单位通常会有一个指示器警告您。有三种类型的电池:可充电,不可充电的用户可更换的,和不可充电的不可更换(单一使用)。

最后,还有如何连接到监视系统以进行配置更改或下载存储数据的问题。今天,USB连接是最流行的选择,但其他选项包括串行(RS-232)、以太网、WiFi和蓝牙。

与独立的温度监测设备相比,更先进的模型具有自动将数据发送到PC、服务器或云的能力。它们可以通过以太网或WiFi接口连接到局域网,自动发送数据。基于云的系统提供了远程管理数据的优势;例如,您可以随时随地使用PC或移动设备上的标准Web浏览器查看当前温度。根据制造商的不同,当数值超出安全窗口时,基于云计算的系统还可以发送警告电子邮件、短信或语音通知。

无线温度监测系统。无线技术正在迅速成为许多应用的标准,包括温度监测;生命科学和医疗保健应用是主要的市场。这些系统对于冰箱和冰柜、低温恒温器、存储区域和恒温箱的温度监测和报警非常有效。无线监控系统的主要特点包括无线范围、数据更新速率和成本,这些都是基于所采用的无线技术。

无线系统是理想的:

  • 您有许多分布点,需要测量温度。

  • 将电线从测量值运行回到中心位置是困难或昂贵的。

  • 在运动中,需要从卡车或其他车辆中收集和传输数据,防止使用有线传感器。

  • 需要从难以访问的站点收集数据和/或警报,或者不提供常规互联网连接的网站。

许多制造商现在提供了使用远程设备在被监视点处收集温度测量的系统,然后通过无线通信链路自动将其读数自动发送到基站或无线网关。从基站/网关中,可以通过电子邮件发送到指定地址或通过网络发送到包括基于云的服务的本地或远程服务器的下载数据。此外,可以设置基站以监视警告并发送警报消息。自动传输其读数的系统节省了行驶的时间和麻烦,以检索数据或检查状态。

实际无线链路还有许多其他选择包括标准协议,例如ZigBee和专有无线系统。这些系统通常在其中一个未经许可的频带(如932MHz(US)和2.4GHz)上操作。根据设备和频率,无线范围可以为50到1,000英尺。许多系统提供无线中继器以扩展无线。在某些情况下,物理布局可以使无线系统部署困难。考虑单位是否将对网关或中继器有明确的视线,或者他们的沟通将被墙壁或物体阻挡。

4.数据存储

根据您的温度录制应用,您可能只需要捕获几分钟的数据价值,或者您可能需要能够储存几年的读数。您可以通过采样率和记录持续时间乘以频道数量来确定所需的数据存储量:总点=通道数×采样率×记录持续时间。

图2. AccSense无线监控系统。

当涉及到来自温度监测系统的数据的半永久存储时,以下是一些选项(图2):

本地内存。许多监控系统存储在其内存上的记录数据,内存大小有许多不同的选项。根据设备,基于内部存储器的大小将存在某种限制。请注意,一些监控设备没有内存;它们利用外部存储器,例如USB棒或SD存储卡进行数据存储。良好的监控系统解决方案提供商将清楚地区内存选项和限制。

本地网关。无线温度监测系统与网关相连,自动采集温度数据。他们可能会在本地对其进行缓冲,以便以后检索或将其传输到PC机、服务器或在线存储设备。

本地PC。PC仍然是存储数据的流行且廉价的方法。许多温度监测系统都配有软件,允许自动下载数据并存储在本地PC上。

云。云存储是一个相对近期的能力,但越来越多的制造商正在提供高级温度监控系统,它会自动将数据传输到供应商管理的服务器。这些可以是免费的或付费服务。云服务器通常提供用于显示和下载数据的工具。基于云的系统的其他功能包括令人惊动,系统配置管理和报告生成。当有多个位置需要监控或多个用户都需要访问数据时,这些系统提供了方便的解决方案。

在查看数据存储选项时,考虑什么采样率对您的应用程序是实用的也很重要。许多用户最初表示希望以每秒一个样本或更快的速度记录数据。一个问题是,它会很快填满可用内存,导致更频繁的下载。当你真正观察储存在冰箱或冰柜里的样品的温度变化率时,你很快就会发现,温度变化超过一度需要几分钟的时间。更糟糕的是,在高速采样的情况下,分析所有数据变得不切实际——如果采样率为10hz,那么一天Excel中就会有86.4万行数据。

5.软件

最终,您必须从监控系统中检索数据,然后根据应用程序检索数据,您可以选择图表,创建报告,或者只是在将来的某些时候归档数据。通常,监控系统提供处理数据显示,配置/设置,报警等的软件。在某些情况下,根据制造商和模型,该软件可能会带来监控系统或额外费用。最新一代的设备提供基于Web的软件包,只需要一个标准的Web浏览器,例如Chrome用于配置和数据检索。

就像PC软件一样,有些界面比其他界面更友好,所以如果你是数据记录新手,或者你的员工被要求使用该软件,一定要向你的供应商询问以下特性/功能:

  1. 配置——这是一个用户友好的界面真正有用的领域。您希望能够快速地命名传感器并设置温度限制和采样率。

  2. 闹钟管理——在这里,你可以选择谁将接收闹钟以及如何通知它们,可以通过电子邮件、短信,甚至某些型号的固定电话。

  3. 数据检索 - 您将希望尽可能快速,轻松地检索您的数据,直观的软件真的有助于此处。

  4. 图表——用于识别和显示数据趋势,如温度曲线或峰值。许多软件包也生成和打印报告。

  5. 报告生成——FDA或其他监管机构可能需要容易生成合规报告的能力。

6.警报

对于大多数温度监测应用程序来说,警报——无论何时达到程序设定的限制,警报的能力——是一个核心需求。如上所述,警报可以是本地的,您必须在系统附近才能收到警报,也可以是远程的,无论您在哪里都可以收到警报。另一个功能是看门狗警报,如果系统离线或停电,它会发送一个信息。当被监控的产品不可替代时,这样的功能至关重要。

本地警报可以包括任何东西,从LED指示灯和蜂鸣器到外部报警继电器输出连接到警报器,喇叭等。更复杂的型号会自动向你的智能手机发送电子邮件或短信提醒,这样你就能随时掌握产品或流程中可能出现的关键变化。过去,非常简单的监控系统使用电话自动拨号器提供语音报警,但现代监控系统直接将数据发送到安全云服务器,后者提供更高级的功能,如带有确认验证的顺序呼叫列表。

听得见的。如果您知道人员将在附近,或者如果您没有丢失产品的危险,则可能对您的目的可能足够了。只要肯定会错过诸如过程延误或被宠坏的食物的警报没有负面影响。一个好的经验法则是假设警报熄灭时有人可能不会在房间里。

可见的。与可听警报一样,首先确保数据记录仪位于具有高流量的某处,因此人员具有快速响应时间。

电子邮件。电子邮件提醒也同样方便,尽管对于重要的应用程序,你需要确保你知道你收到电子邮件时——许多用户在收到警报邮件时使用移动设备来让他们听到声音。

短信。SMS文本警报是一个流行的方式来获得警报事件的即时头。配置后,温度监控系统将自动向指定人员发送警报。

电话。一些系统提供拨出功能,几乎可以在任何地方立即通知。有支持批次和顺序调用列表和可自定义列表的系统,以允许每个探测器具有自己的一组联系人。

概括

通过对温度监测系统的不同部分的基本了解,您现在的信息足以思考您希望如何获取数据以及您想要与之合作的方式。这是开始联系解决方案提供商和查看产品和功能列表的好地方。

安装后,您应该开始看到以减少产品损失、降低操作流程成本、提高供应商声誉或任何您的特定需求为形式的好处。

本文由华盛顿州切斯特兰CAS DataLoggers提供。欲了解更多信息,请访问这里


技术简报杂志

本文首次发表于2019年11月号技术简介杂志。

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