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暖通建筑物中的传感器应用
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传感器展厅
差压变送器, 压力变送器, 压力传感器, 压力开关, 张力传感器, ...
暖通在学科分类中的全称为供热供燃气通风及空调工程,包括:采暖、通风、空气调节这三个方面,从功能上说是建筑的一个组成部分。本文将主要介绍在暖通建筑物中的几种传感器应用,分别是风速传感器、水温传感器和湿度传感器。

风速传感器

变风量末端装置是变风量空调系统的主要设备之一。风速传感器又是变风量末端装置的关键部件,因此,风速传感器的类型与性能直接影响到系统风量的检测和控制质量。风速传感器种类多,最常用的是皮托管式、超声波涡旋式、螺旋桨式、热膜式等。风速测量方法有很多,如气压法、机械法与散热率法等。

例如,WD41皮托管式风速传感器专为测量风管风量而进行研发,彻底解决了风管内气流紊流问题,在低风速下仍然能保证高精确测量,抗污染能力强、维护成本低、性价比高。

标准皮托管是一根弯成直角的金属细管,它由感测头、外管、内管、管柱与全压、静压引出导管等组成。在皮托管头部的顶端,迎着来流开有一个小孔,小孔平面与流体流动方向垂直。在皮托管头部靠下游的地方,环绕管壁的外侧又开了多个小孔,流体流动的方向与这些小孔的孔面相切。顶端的小孔与侧面的小孔分别与两条互不相通的管路相连。进入皮托管顶端小孔的气流压力(称为全压),除了流体本身的静压,还含有流体滞止后由动能转变来的那部分压力,而进入皮托管侧面小孔的气流压力仅仅是流体的静压,根据全压和静压即可求出动压,从而求出风速。用皮托管只能测量某一点处的流速,而流体在管道中流动时,同一截面上各点的流速各不相同。

在变风量末端装置中,由于管道截面较大,测量某一点的流速不能反映该截面的平均流速。实际上,人们采用一种变形的皮托管(即均速管)来测量流经末端装置的风速,对被测截面上各测点的动压取平均值,求取平均流速。

水温传感器

水温水位传感器一直起着举足轻重的作用,暖通建筑中热水供应的智能化、人性化都与水温水位传感器密不可分。但是热水温度传感器要解决以下两大问题。

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耐高温问题 传感器要长期工作在水箱之中,使水箱温度能长时间达到100℃左右,短时间能达到130℃,甚至150℃,这就对传感器带来了耐高温问题。传感器的材料在耐高温方面一直存在缺陷,在长期的水煮过程中、在长期的汽蒸过程中,不管是电子器件还是其他的传感器材料都很容易老化、损坏。

要突破这一难题,进入水箱的传感器部分必须能够耐高温,比如聚丙烯材料能够在150℃的环境中正常使用,短时间能耐170℃高温,导电的电极部分使用优质不锈钢材料SUS316L,既能满足耐高温,又能满足耐腐蚀的要求;而不耐高温的电路部分,可以选取远离高温水箱的结构。这样,传感器的耐高温问题就解决了。

耐水垢问题 我国水质不一,很多地区的水质问题很严重,水垢给传感器带来很多麻烦,水垢附着在电极和感温块上,造成传感器感知水位水温不准确。突破这一难题,就必须从电路上找突破口,在连续的模拟电路作用下,Ca2+、Mg2+等离子受到一个固定方向的电磁力作用,有利于传感器金属探头上水垢的形成,且钢铁等金属物质本身都极易形成水垢,当水的温度升高时,他们之间的分子势能会增大,就是说分子间距增大,当分子间距大到一定程度的时候,Ca2+、Mg2+等离子就会附着在金属的表面,时间长了就会形成一层水垢膜,水垢膜的分子间隙较大,所以形成水垢膜后,水垢生成速度加快,最终导致传感器电路部分感受不到准确的水温和水位,电路部分再转变成错误的电信号输出,即传感器失灵。

而电路部分采用小信号触发原理的数字电路能大大克服这一缺点,小信号触发原理能有效减小Ca2+、Mg2+等离子受到的电磁力,而数字信号使水分子受到很小的电磁力且不连续——时有时无,能有效减少因电路导致水垢的形成。要解决金属本身形成水垢的问题,可以使用一种导电的硅胶材料作为优质不锈钢材料的保护体,硅胶材料不易形成水垢,这是硅胶等高分子材料的一大特点,因Ca2+、Mg2+等离子不容易渗透进硅胶高分子链,所以水垢难以形成,即不能附着在硅胶表面。而不锈钢探头同样能够准确地感受水位,能保证传感器正常的工作,水垢问题就此解决了。

湿度传感器

在暖通领域,湿度传感器非常重要。常见的有以下几种:
氯化锂湿度传感器 这类传感器包括电阻式氯化锂湿度计和露点式氯化锂湿度计两种。前者是美国标准局的F.W.Dunmore先生研制出来的。这种元件具有较高的精度,同时结构简单、价廉,适用于常温常湿的测控等一系列优点。后者是由美国的Forboro公司首先研制出来的,其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似,但工作原理却完全不同。简而言之,它利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化的原理而进行工作。

碳湿敏元件 碳湿敏元件是由美国E.K.Carver和C.W.Breasefield于1942年首先提出来,与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比,碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点,因之令人瞩目。我国相关部门也开展了碳湿敏元件的研制,并取得了积极的成果,其测量不确定度不超过±5%RH,时间常数在正温时为2~3s,滞差一般在7%左右,比阻稳定性亦较好。

氧化铝湿度计 氧化铝传感器的突出优点是, 体积可以非常小(例如用于探空仪的湿敏元件仅90μm厚、12mg重),灵敏度高(测量下限达-110℃露点),响应速度快(一般在0.3s 到3s之间),测量信号直接以电参量的形式输出,大大简化了数据处理程序等。另外,它还适用于测量液体中的水份。(end)
  
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