背景:
2015年伊始,腾讯数据中心出炉了企业内部适用的MDC南北向接口标准,并于同年3月以深圳某机房为试点整改北向接口完毕。然而类似“湿度0%”等匪夷所思的监控数据却层出不穷。失去真实可靠的原始数据根基,更深入的数据挖掘分析只是空中楼阁。
于是我们组织人员第一时间赶赴现场,以品牌、型号为分层标准,抽取样品至腾讯数据中心基础设施测试平台,检验仪表数据和监控数据的一致性(受气流等不稳定因素的影响,现场测量的数据跳变不定)。我们使用温箱等专业测试仪器进行了为期数月的数据可靠性实验。实验结果显示,部分温度计竟然约有±7℃的误差,湿度计则有约±30%的误差,误差之大令人瞠目!即使向设备供应商提出整改,产品的质量优化效果也不能立竿见影。至此,部分规格不符合要求、质量堪忧或没有校正功能的仪表将会逐渐退出腾讯数据中心的舞台,腾讯数据中心也将制定更为严格的质量验收检测体系,并不断更新记录优先选择的品牌型号仪表的“短名单”。“万丈高楼平地而起”,更加智能的数据中心自动化运营系统,需要这样夯实的地基。
目前腾讯数据中心的温湿度计芯片绝大部分属于瑞士品牌Sensirion,其型号有SHT1X、SHT2X、SHT3X、SHT7X等,目前温湿度计使用频率最高的是SHT1X和SHT2X,其外观如图1:
图1:SHT1X和SHT2X外观
SHT1X和SHT2X的芯片参数曲线可以从图2、图3看出:
图2:SHT1X芯片参数曲线
图3:SHT2X芯片参数曲线
不难看出这两个系列的传感器芯片在10-80%RH下,湿度采集较为稳定,不同型号精度各异;然而不同温度下,两个型号的传感器精度差距明显,SHT2X表现相对较好。
数据中心常用的湿度传感器的工作原理是怎样的呢?首先,湿敏元件是最简单的湿度传感器,它主要有电阻式、电容式两大类。
电阻式湿度传感器原理
其湿敏电阻的基片上覆盖着一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。
电容式湿度传感器原理
其湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数随之改变,电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。
腾讯数据中心根据温湿度计测试样品(采样覆盖MDC用和传统数据中心环境用的温湿度计),以及腾讯数据中心具体运营环境,制定如下测试计划及内容:
一、测试内容:
规格 | 参数 | 描述 |
---|---|---|
电源输入 | DC12V | RJ45接口直接取电 |
通信端口 | RS-485 | |
接口形式及串连 | 2个RJ45 | 多传感器首尾串联 |
通信参数 | 9600,8,N, 1 | 默认通信参数。 |
通信协议 | Modbus RTU | |
精度 | 温度:±1℃湿度:±5% | |
响应时间 | < 300ms | 取回单一传感器所有数据的最大响应时间应小于300ms |
显示 | 带液晶显示屏 | 用来显示当前温度和湿度值,以及当前的通信参数。 |
配置方式 | 通过面版配置,或者通过拔码、跳线配置。 | 可配置设备地址等。 |
表1:温湿度计技术要求
二、测试环境:
腾讯某基础设施环境实验室温箱,箱内环境温、湿度可调可控。
图4:恒温恒湿箱
三、测试设备:
安捷伦34972A、直流电源及串口服务器等。
图5:温湿度采集设备
四、测试方法:
1、将温湿度计放入温箱并同时接入串口服务器采集数据;
图6:各品牌型号温湿度计
2、分步测试15℃、20℃、25℃、30℃四个温度50%RH下的各温湿度计的表现,各温度需等环境温度稳定后才开始采集数据。
五、测试数据结果
注:
xx℃下温湿度数据为温箱设置温度,而物理温度数据为精密仪器准确测量而出,以物理温度数据为真实温度数据。质检及格线为温度±1℃,湿度±10%。由于篇幅原因只列出部分具有代表性的测试数据结果。
1、15℃下温湿度数据
图7:15℃温度数据汇总
图8:15℃湿度数据汇总
2、20℃下温湿度数据
图9:20℃温度数据汇总
图10:20℃湿度数据汇总
3、25℃下温湿度数据
图11:25℃温度数据汇总
图12:25℃湿度数据汇总
4、30℃下温湿度数据
图13:30℃温度数据汇总
图14:30℃湿度数据汇总
5、温升变化如下图:从图表来看,各品牌设备温升基本正常。
图15:不同温度下温升变化曲线
6、湿度变化如下图:从图形来看,有四个设备湿度变化较大,但基本在规定范围之内。
图16:不同温度下湿度变化曲线
六、测试结论
经测试如下品牌型号符合腾讯数据中心温湿度技术要求:华为(ENJ1DETA)、中兴(ZX-RHT-11-LCD)、爱默生(IRMS02TH)、拓普瑞(microTP400)、拓普瑞(TP410)、宇泰(UT-5521P)、速力思(S80-A3-ATHT02-A02)、BTR(TH-802P)。
详细测试数据如下:
规格 | 参数 | 描述 | 华为 | 中兴 | 爱默生 | 某品牌 | 某品牌 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
电源输入 | DC12V | RJ45接口直接取电 | √ | √ | √ | √ | √ |
通信端口 | RS-485 | √ | √ | √ | √ | √ | |
接口形式及串连 | 2个RJ45 | 多传感器首尾串联 | √ | √ | √ | √ | √ |
通信参数 | 9600,8,N, 1 | 默认通信参数。 | √ | √ | √ | √ | √ |
通信协议 | Modbus RTU | √ | √ | √ | √ | √ | |
精度 | 温度:±1℃ | 优(±0.2) | 优(±0.3) | 优(±0.2) | 不合格(±1.5) | 优(±0.3) | |
湿度:±5% | 优(±2) | 优(±2) | 良(±3) | 合格(±4) | 优(±1.5) | ||
响应时间 | < 300ms | 取回单一传感器所有数据的最大响应时间应小于300ms | √ | √ | √ | √ | √ |
显示 | 带液晶显示屏 | 用来显示当前温度和湿度值,以及当前的通信参数,便于现场校准。 | √ | √ | √ | √ | 不带液晶 |
配置方式 | 通过面版、拔码、跳线配置。 | 可配置设备地址等。 | √ | √ | √ | √ | √ |
一致性 | 出厂家应校准,同一环境下读数一致。 | √ | √ | √ | √ | √ | |
可校准性 | 要求传感器可通过超级终端或专用工具软件进行校准。 | ||||||
芯片厂商 | SHT20 | SHT21 | SHT20 | SHT10 | SHT20 | ||
型号 | ENJ1DETA | ZX-RHT-11-LCD | IRMS02TH |
表2:各品牌测试项及表现
规格 | 参数 | 描述 | 拓普瑞 | 宇泰 | 速力思 | BTR | 某品牌 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
电源输入 | DC12V | √ | √ | √ | √ | X | |
接口形式 | RJ45/端子/DB9/TCP/无线 | √ | √ | √ | √ | √ | |
通信协议 | Modbus/SNMP | √ | √ | √ | √ | X | |
精度 | 温度:±1℃ | 优(±0.1) | 良(±0.5) | 优(±0.2) | 合格(±0.7) | - | |
湿度:±5% | 优(±1) | 优(±2) | 优(±2) | 良(±3) | - | ||
响应时间 | < 300ms | 取回单一传感器所有数据的最大响应时间应小于300ms | √ | √ | √ | √ | - |
显示 | 带液晶显示屏 | 用来显示当前温度和湿度值,以及当前的通信参数。 | √ | √ | √ | √ | - |
配置方式 | 通过面版配置、拔码、跳线配置 | 可配置设备地址等。 | √ | √ | √ | √ | - |
测量范围 | 温度: -10- 50℃湿度:0-100% | √ | √ | √ | √ | - | |
一致性 | 出厂家应校准,同一环境下读数一致 | √ | √ | √ | √ | - | |
可校准性 | 要求传感器可通过超级终端或专用工具软件进行校准。 | ||||||
芯片厂商 | SHT20 | SHT11 | SHT20 | ||||
型号 | TP410 | UT-5521P | S80-A3-ATHT02-A02 | TH-802P |
表3:各品牌测试项及表现
备注:温度精度(优:±0.3℃,良:±0.5℃,合格:±1℃);湿度精度(优:±1%,良:±3%,合格:±5%)
七、结语
经过此番对温湿度传感器的质量抽查测试,我们发现目前腾讯数据中心产品提供商提供的仪表品质良莠不齐。今后,我们还将对腾讯数据中心其他采集设备进行抽查、测试,并及时通过“腾讯数据中心”微信公众号发布。腾讯数据中心基础设施测试平台将严把设备设施品质关,筛选出更优的产品以提高自动化运营效率。腾讯数据中心希望,这些质量测试不是基础设备质量评估的终点,而是其质量进步的起点。
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