可靠温度监测系统的六大核心组件
过去几年，医院、诊所、医疗生命科学组织和其他企业越来越普遍使用电子温度监测系统保护产品、满足监管要求。您可能知道需要监测系统（可能含报警功能），但不确定如何选择最适合需求的系统。更复杂的是，字面上有数十种不同类型温度监测系统，功能不同、价格跨度大。
无论您负责推荐采购、采购代理、或最终用户，通过了解最重要关注的部分，都能确保获得正确系统。本基础教程涵盖典型温度监测系统六个部分，帮助您知道要找什么。
指定/选择温度监测系统时考虑这六因素：
温度探头或传感器——探头类型影响测量精度和温度测量范围。常见传感器类型包括热电偶、RTD、热敏电阻。
热缓冲器——热缓冲器减缓压缩机循环、开门、装卸产品导致传感器处快速温度波动。热缓冲器形式包括尼龙块、乙二醇填充瓶、玻璃珠填充瓶。
温度测量装置——系统核心，连接探头测量并可能记录温度。种类很多：带本地内存存储测量数据的独立监测装置、有/无本地内存的网络/LAN或WiFi测量装置、用专有通信协议配基站/网关的无线测量装置，亦有/无本地内存。
数据存储——虽所有监测应用需某种即时数据报告，大多也包含记录历史值。内存位置和容量决定可用历史数据量。内存可以是内部内存、本地基站/网关、本地PC、云服务。
软件——任何系统都需软件控制运行。软件功能包括配置、图表、报警管理、数据检索、报告。
报警——大多数用户想要温度超出安全工作范围即时通知。报警传递方式包括视觉指示、声音报警、电子邮件、短信、电话。
1. 温度探头
温度是食品、医疗生命科学、制药、机器/设备监测、环境监测等广泛行业最常见测量之一。温度监测系统通过热电偶探头等传感器捕获温度数据。因温度传感器为如此广泛需求设计，决定使用何种传感器类型或输入很重要。
温度监测系统常用三种温度传感器：热电偶、热敏电阻、RTD。热电偶最常用温度传感器，测量范围最宽、通常最便宜，但精度有限——典型±1-2°F（±1°C）。RTD比热电偶精度高，约±0.2-0.5°F（±0.1-0.3°C）。RTD工作范围较窄，最大温度150-600°C，取决于材料结构。热敏电阻提供更精确测量，±0.1°C或更好，但响应高度非线性，需更先进测量系统。工作范围比RTD或热电偶更窄。
值得注意：大多数传感器制造商可将温度传感器嵌入多种探头类型。从不锈钢探头到适合液体浸没、磁性表面接触探头，可找到应用所需。
热电偶是最广泛使用温度传感器，也是最便宜传感器之一。成本、简易、宽工作范围至上且不要求极高精度场合广泛使用。热电偶是两根特定合金不同金属线在单点熔合。热电偶产生输出电压（典型毫伏级）与温度成比例。测量系统采样热电偶接点产生电压，应用标定方程转换电压为温度。监测系统还包含冷端基准补偿热电偶线与测量装置连接处可能产生偏移电压。因热电偶线成分变化，典型热电偶精度约1-2°F，虽也有特殊成分降低误差线材。
想要低成本易用设备时考虑热电偶。应注意记录温度环境。因宽工作范围，热电偶几乎用于任何温度监测应用，从液氮低温恒温器到金属热处理炉。因热电偶低电压，电气嘈杂环境中可能有不利影响，尤其传感器线长时。
RTD传感器提供随温度变化电阻。读数比热电偶准但工作范围窄。最常见RTD为细铂线绕圆柱——也用镍铜线。电阻-温度曲线有特定斜率，RTD制造使其在0°C有特定电阻，100Ω最常用值。
测温时，监测系统向RTD通已知电流测量所得电压，用欧姆定律算电阻。最后用电阻-温度曲线斜率和0°C电阻算温度。RTD通常比热电偶更稳定准确，但牺牲工作范围。需高精度窄温度窗口测量时考虑RTD传感器。理想用于冰箱冰柜温度监测系统。
热敏电阻类似RTD（电阻随温度变化传感器）但电阻变化高度非线性。像RTD比热电偶读数更准。因此特性，热敏电阻可提供极准温度测量，达0.01°C精度但仅限非常有限温度范围（典型0°C到100°C）。像RTD，热敏电阻设计在0°C有特定电阻（2252Ω常用值），每个热敏电阻家族有特定电阻-温度特性，测量系统必须能容纳。需最高精度记录、有限测量范围、用能接受非线性电阻曲线温度监测系统时考虑热敏电阻；如皮肤温度测量。
2. 热缓冲器
热缓冲器是连接温度探头的热质量（材料和液体），增加温度探头时间常数（减缓响应时间），更贴近被储存材料温度。主要好处使报告温度更紧密模拟实际冷藏产品温度。乙二醇瓶、尼龙块、装满玻璃珠小瓶是冷藏应用常用热缓冲器类型。
常见例子：探头测量储存疫苗冰箱温度。这些探头响应时间比老式水银温度计快得多。开门时室内暖空气置换腔内冷空气。裸探头能响应此变化，监测系统检测到温升。若门仅短暂开启，温度一两分钟内回腔名义温度；但短暂温度"尖峰"期间，疫苗因自身热质量不表现同等温度尖峰。用热缓冲器包裹温度探头，空气温度尖峰被"缓冲"，探头不经历同等温度跳跃。因CDC建议，热缓冲器成医院、诊所、药房、实验室甚至冷链标配。用缓冲器可消除监测系统数据中因开冰箱冷冻柜门导致温度尖峰。
图1. 冰柜循环温度数据。
实验中，裸探头显示温度波动通过各类热缓冲器大幅减少。甚至储存单元压缩机循环也能引起误报警，带来重大不便和不反映实际产品温度的广泛变化温度数据。图1显示裸探头读数极其多变对比缓冲探头。若为实际医疗监测应用，裸探头仅因制冷压缩机正常循环可能产生误报警。若限值设太紧，循环微小变化也能触发报警。因稳定温度读数如此关键，给所有探头用热缓冲器可避免骚扰报警、获更准确数据。
3. 测量装置
系统核心是实际温度测量装置。形式多样，从带USB接口简单单通道设备到多通道智能数据记录系统。测量装置连接温度传感器、数字化温度值、执行本地报警评估、记录读数内存或传输至服务器（网络系统）。测量装置可电池供电或有外部供电选项。可能固定输入类型含传感器，或通用输入带螺丝端子让用户接选定传感器。无论测量装置类型，有几特性需考虑帮助正确选择。
采样率。 确定需记录温度范围和地点后，有助于决定温度监测系统多久测一次量。工业过程可能需秒或亚秒采样，长期超低温储存环境可能只需每30分钟或每小时读一次以跟踪。
大多数监测系统能处理高达约1Hz（每秒一次）记录率。需更快采样率注意：随系统速度增加价格也增。也要确保指定记录率合适；如用K型热电偶，传感器/采样可能需几秒记录温度变化。以5Hz记录此温度提供冗余或无用数据。
监测装置通常耗电极少，但若仅靠电池运行，需看电池寿命，随制造商、型号、配置测量频率显著变化。
测量精度另一重要考虑因素。大多数温度监测装置精度足覆盖典型应用；如监测室温，系统精度一度或两度足够。但监测疫苗或其他冷藏样本，可能需高精度型号精度半度或更好。
不同制造商装置最大区别之一：温度监测器设计为独立使用，还是必须连接PC或网络，若是，连接温度监测系统到PC或网络的通信接口是什么。通信可通过多种方式：串口/RS-232、USB、以太网、无线含Wi-Fi和专有RF链路、蜂窝3G或4G/LTE。
独立温度监测系统。 许多温度监测系统可独立模式运行，即不需PC或其他设备记录温度处理报警。这些设备常有LCD显示当前温度带指示灯/LED警示温度超规格。一些设备如独立数据记录器极耐用、可靠运行多年，其他类型如冷链记录器设计为低成本一次性设备。
独立设备典型有内部电池提供数月到数年运行，但注意采样率与电池寿命成反比。这些设备通常有内置非易失性内存确保电池故障或断电时记录数据仍安全。带显示单元常有指示器警示电池电量低。电池三类：可充电、不可充电用户可更换、不可充电不可更换（一次性）。
最后，如何连接监测系统做配置更改或下载存储数据。今天USB连接最流行，但其他选项含串口（RS-232）、以太网、WiFi、蓝牙。
与独立温度监测装置对比，更高级型号能自动发送数据到PC、服务器或云。可用以太网或WiFi接口连接LAN自动发送数据。云系统提供远距离管理数据优势；如用PC或移动设备标准Web浏览器随时随地查看当前温度。视制造商，云系统也可发送警告邮件、短信、语音通知当值超安全窗口。
无线温度监测系统。 无线技术快速成许多应用包括温度监测标准；生命科学和医疗应用主要市场。这些系统对冰箱冷柜、低温恒温器、储存区、孵化器温度监测报警非常有效。无线监测系统关键特性包括无线范围、数据更新率、基于所用无线技术成本。
无线系统理想适用：
- 有多个分布点需测温。
- 从测量点布线回中心位置困难或昂贵。
- 卡车或其他车辆行驶中需采集传输数据，防有线传感器使用。
- 难接近或无常规互联网连接站点需采集数据/报警。
许多制造商现提供系统用远程设备在监测点采集温度测量，再自动经无线通信链路发送读数到基站或无线网关。从基站/网关，下载数据可发邮件到指定地址或通过网络到本地或远程服务器含云服务。而且基站可设置监控警报发送报警消息。自动传输读数系统省去跑每个设备取数据或查状态时间麻烦。
实际无线链路有许多其他选项含Zigbee等标准协议和专有无线系统。这些系统通常在非授权频段如932MHz（美）和2.4GHz运行。视设备频率，无线范围50到1,000英尺。许多系统提供无线中继器延伸无线。某些情况下物理布局使无线系统部署困难。考虑单元是否有清晰视线到网关或中继器，或通信会被墙壁物体阻挡。
4. 数据存储
视温度记录应用，可能只需捕获几分钟数据，或需存储数年读数。通过通道数×采样率×记录时长确定所需数据存储量：总数据点数=通道数×采样率×记录时长。
图2. Accsense无线监测系统。
半永久存储温度监测系统数据选项（图2）：
本地内存。 许多监测系统在内部内存存记录数据，内存大小有多选项。视设备有基于内部内存大小限制。注意一些监测设备无内部内存；利用U盘或SD卡等外部内存存数据。好的监测系统方案提供商会清楚说明本地内存选项和限制。
本地网关。 无线温度监测系统连接网关，自动收集温度数据。可本地缓冲后续检索或传输至PC、服务器、在线存储设备。
本地PC。 PC仍是流行廉价数据存储法。许多温度监测系统带软件允许数据自动下载存本地PC。
云。 云存储相对较新能力但越来越多制造商提供高级温度监测系统自动传输数据到供应商管理服务器。可免费或付费。云服务器典型提供显示下载数据工具。云系统其他功能含报警、系统配置管理、报告生成。当多地点需监测或多用户需访问数据时提供便利方案。
看数据存储选项时，也要考虑什么采样率对应用实际。许多用户初始声明想每秒或更快记录数据。一问题：会快速填满可用内存导致更频繁下载。真看冰箱冷冻柜样本温度变化率，很快显现温度变化一度以上可能需分钟。更糟，高速采样分析所有数据变得不切实际——10Hz采样率一天填满Excel 864,000行。
5. 软件
最终，必须从监测系统检索数据，视应用可选择绘图、创建报告、或仅归档数据以备将来需要。典型监测系统附带软件处理数据显示、配置/设置、报警等。某些情况软件随监测系统附带或额外收费，视制造商型号。最新一代设备提供基于Web软件包，仅需Chrome等标准Web浏览器配置检索数据。
如同PC软件，一些界面比其他更友好，若您数据记录新手或员工需用软件工作，请向供应商询问以下功能/能力：
配置——用户友好界面真正回报区域。想快速完成传感器命名、设置温度限值、采样率。
报警管理——选谁接收报警、如何通知，如邮件、短信、某些型号固话语音电话。
数据检索——想尽快轻松检索数据，直观软件真帮忙。
绘图——识别显示数据趋势如温度曲线或尖峰有用。许多软件包也生成打印报告。
报告生成——轻松生成合规报告可能为FDA或其他监管机构所需。
6. 报警
大多数温度监测应用中，报警——以某种方式通知某人每当程序限值达到——是核心需求。如上所述，报警可以是本地（须在系统附近才能警示）或远程（允许随时随地通知）。另一功能看门狗报警：系统离线或断电发送消息。监测产品不可替代时此功能关键。
声音。 知人员在附近或无丢失产品危险，声音报警可能足够。只确保错过报警无负面后果如流程延误或食物变质。好经验法则：假设报警响时可能没人在房间。
可见。 同声音报警，先确保数据记录仪放高人流量处，人员有快速响应时间。
邮件。 邮件报警同样方便，但关键应用要确保知晓收邮件时刻——许多人用移动设备收到报警邮件时发声。
短信。 短信报警获取报警事件即时提示流行方式。配置后，温度监测系统自动发送报警给指定人员。
电话。 部分系统提供拨号能力，实现几乎任何地方即时通知。有系统支持批量和顺序呼叫列表、可定制列表让每探头有自己联系人组。
总结
有了对温度监测系统不同部分基本理解，您现在足够知情考虑如何获取数据、如何处理数据。这是联系方案提供商看产品功能列表好起点。
安装后，应以减少产品损耗、降低运营过程成本、提升供应商声誉或您特定需求形式开始见效。
本文由CAS DataLoggers（俄亥俄州切斯特兰德）提供。更多信息请访问此处。
传感器