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    ?樓宇自動化系統常用傳感器

    fuzhika 2018-10-11 464人圍觀 ,發現0個評論 ?樓宇自動化系統自動化傳感器
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    樓宇自動化系統常用傳感器

    廣義的BAS是實現建筑物或建筑群內的電力、照明、空調、給排水、防災、保安、車庫管理等設備或系統的集中監視、控制和管理綜合系統。傳感器/探測器是必不可缺的重要組成部分。這里只簡單討論溫度、濕度、壓力、流量等現代建筑中常用非電物理量的測量傳感器的工作原理。用于火災、防盜、入侵等防災、保安的傳感器/探測器在后面對應系統的章節中進行專門討論。另外,由于電量信號檢測與轉換的原理易于理解,這里不再進行專門的討論。

    1溫度傳感器

    溫度是表征被測對象冷熱程度的物理量,它在樓宇控制中是一個極為重要的參數。溫度的自動調節能給人們提供一個舒適的工作與生活環境,通過合理的溫度控制又能有效地降低能源的消耗。

    現代建筑中對溫度的測量通常根據下列方法進行。

    (1)電阻測溫

    銅電阻(-5℃~150℃)鉑電阻(200℃~600℃)、熱敏電阻(-200℃~0℃、-50℃,50℃、0℃~300℃)的阻值隨溫度變化而變化,通過測量感溫電阻阻值來測量溫度。

    (2)半導體測溫

    半導體PN結的結電壓隨溫度的變化而變化,通過測量感溫元件(結)電壓變化來測量溫度變化。

    (3)熱電偶測溫

    根據熱電效應,將兩種不同的導體接觸并構成回路,若兩個接點溫度不同,回路屮產生熱電勢。通過測量熱電偶的電勢測量溫度。

    1.熱電阻溫度傳感器

    利用導體電阻隨溫度變化而變化的特性制成的傳感器,稱為熱電阻溫度傳感器在測量低于150℃的溫度時,經常利用金屬導體的電阻隨溫度變化的特性進行測溫。例如:銅電阻溫度系數為4.25×10-3/℃,當溫度從0℃升高到100℃時,銅電阻增加大約40%,因此只要確定電阻的變化就能得知溫度的高低。用金屬電阻作為感溫材料,要求金屬電阻溫度系數大,電阻與溫度成線性關系,在測溫范圍內物理化學性能穩定。在常用感溫材料中首選銅和鉑

    金屬電阻與溫度的線性關系如下

    RRo (1+at

    式中,R1為溫度t時的電阻值;R0為零攝氏度時的電阻值;a為電阻的溫度系數;鉑金屬a=3.908×10-3/℃,銅金屬a=(4.25~4.28)×103/℃。鉑金屬電阻特點是精度高,性能穩定可靠,被國際組織規定為-259℃~+630℃間的基準,但鉑屬于貴金屬,價格高。銅金屬制成的熱電阻,優點是價格便宜,電阻與溫度之間線性度好;缺點是電阻率低(pcu17×10Q·mm2/m,p2=9.81×10g2·mm2/m),所以做成一樣的熱電阻,銅電阻要更細更長,機械強度差,體積也大些。另外,锏高溫時易氧化,只能在低溫及沒有侵蝕性介質中工作。用鎳制成的熱電阻,正好能彌補銅電阻缺陷,價格又比鉑低。因此,在要求高精度、高穩定性的測量回路中,通常用鉑熱電阻材料的傳感器。對精度要求不高時,可選用鎳電阻傳感器或銅電阻傳感器,前者較后者穩定性高。在使用熱電阻測溫時,要充分注意熱電阻與外部導線的連接,因為外部的連接導線與熱電阻是串聯的,如果導線電阻不確定,測溫是無法進行的,因此不管外接導線長短,必須使導線電阻符合規定值(由檢測儀表決定,一般為5g2),如果不足,用錳銅電阻絲補齊。為了提高測量精度,常用三線熱電阻電橋測量法。利用半導體的電阻隨溫度變化的屬性制成溫度傳感器,是常采用的又一種測溫方法。半導體的電阻對溫度的靈敏度特別高,在一些精度要求不高的測量和控制電路中得到泛應用,上述提及的銅電阻當溫度每變化1℃時,阻值變化0.4%~0.5%。而半導體電阻溫度每變化1℃,則阻值變化可達2%~6%,所以其靈敏度要比其他金屬電阻高一個數量級,因此將它作為熱敏電阻時,其測量和放大線路非常簡單

    半導體熱敏電阻的溫度系數是負的,溫度升高時,半導體材料內部載流子密度增加,故

    電阻下降,其電阻和溫度關系為

    ?樓宇自動化系統常用傳感器(2-2)

    式中,Rr、R分別表示T(K)與7(K)時的電阻阻值,尸為常數,與材料成分及制造方法有關由于半導體熱敏電阻的特性曲線不太一致,互換性差,使其在實際應用上受到一定的限制。目前半導體熱敏電阻的使用溫度為-50℃~+300℃

    2.熱電勢溫度傳感器

    半導體測溫、熱電偶測溫都屬于利用熱電勢測溫的范圍。

    (1)以熱電偶為材料的熱電勢傳感器

    兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路時,若兩個不同材料接點處溫度不同,回路中就會出現熱電動勢,并產生電流。這一熱電動勢包括接觸電勢和溫差電勢兩部分,主要是由接觸電勢組成。兩種不同導體A、B接觸時,由于兩邊自由電子密度不同,在交界面上產生電子的相互擴散,致使在A、B接觸時產生電場,以阻礙電子的進一步擴散,達到最后平衡。平衡時接觸電動勢取決于兩種材料的種類和接觸點的溫度,這種裝置稱為熱電偶將熱電偶材料一端溫度保持恒定(稱為自由端或冷端),而將另一端插在需要測溫的地方,這樣兩端的熱電勢就是被測溫度(工作端或熱端)的函數,只要測出這‘電勢值,就能確定被測點的溫度。組成熱電偶的材料,必須在測溫范圍內有穩定的化學與物理性質,熱電勢要大,與溫度接近線性關系。鉑及其合金屬于貴金屬,其組成的熱電偶價格最貴,優點是熱電勢非常穩定。銅、康銅價格最便宜;鎳鉻、考銅居中,且它的靈敏度又最高。由于熱電偶的熱電勢大小不僅與測量溫度有關,還決定于自由端(冷端)溫度,即電勢的大小取決于測量端與自由端的溫差。由于自由端距熱源較近,因而其溫度波動較大,給測量帶來誤差,為克服這個缺點,通常需采用補償導線和熱電偶連接,補償導線的作用就是將熱電偶的自由端延長到距熱源較遠、溫度比較穩定的地方,對補償導線的要求是它在溫度比較低時的特性與熱電偶相同或接近,且價格低廉。常用的各種熱電偶材料、測量范圍、靈敏度及特點見表2.1。

    表2-1幾種常用的標準型熱電偶

    (2)以半導體PN結為材料的熱電勢傳感器

    利用溫度變化引起半導體PN結結電壓變化的傳感器,稱為熱電勢傳感器。常用的集成溫度傳感器,就是這類熱電勢傳感器。這種傳感器使用方便,工作可靠,價格便宜,且具有高精度的放大電路。在-50℃~150℃之間,按1μA/K的恒定比值,輸出一個與溫度正比的電流,通過對電流的測量,即可測得所要的溫度值。集成溫度傳感器,輸出阻抗高,適用于遠距離傳輸。

    2濕度傳感器

    在現代建筑中,根據不同的場所,不同的工作環境,需要把空氣濕度控制在相應的范圍,濕度過高、過低都會使人感到不適。在一定的溫度和壓力下,單位體積空氣中所含的水蒸氣量稱為絕對濕度,單位為g/m3。空氣中所含實際水蒸氣量與同溫度下所含最大水蒸氣量的比值用百分比表示,稱為相對濕度,單位為%RH。相對濕度與該溫度下空氣的最大水蒸氣量有關,是一個與溫度相關的物理量。在一定壓力下,含一定量水蒸氣的空氣,當溫度降到一定值時,空氣中的水蒸氣將達到

    飽和狀態,開始由氣態變成液態,稱為“結露”,此時的溫度稱露點,單位為℃。溫度繼續下降,液態可能要變成固態,即結冰。冰凍會給設備帶來一定的危害,這在系統控制中一定要加以注意。

    濕度測量一般用濕敏元件,常用濕敏元件有阻抗式和電容式兩種。阻抗式濕敏元件的阻抗與溫度呈非線性關系,電容式濕敏元件的阻抗與溫度基本呈線性關系。

    阻抗式濕度傳感器

    (1)金屬氧化物濕度傳感器

    硒蒸發膜濕度傳感器是利用硒薄膜具有較大的吸濕面這一特點研制而成的。在絕緣管上鍍上一層鉑膜,然后以細螺距將鉑膜刻成寬約為0.lcm的螺旋狀,以此作為兩個電極,在兩個電極之間蒸發上硒,兩極間電阻大小隨著吸濕面硒上的濕度大小而變化。這種傳感器能在高濕度環境中連續使用,性能穩定。

    (2)磁膠體濕度傳感器

    磁膠體濕度傳感器采用在氧化鋁基片上制做一對梳狀金電極,然后選用粒徑100~250A(埃)優質純磁粉制成膠狀體,用噴涂法在電極上涂約30μm,最后在100℃~200℃溫度下加熱1小時,即可得到很實用的濕度傳感器。這類傳感器制作容易,價格便宜,可以做成各種形狀,互換性能好。隨著相對濕度的增加,兩電極間電阻接近線性下降。這類傳感器濕度檢測范圍在30%~95%RH的相對濕度內。通常用金屬氧化物制作的濕度傳感器的特性曲線會出現滯后現象,但磁膠體濕度傳感器的滯后現象不明顯,并且它的濕度特性也較好。使用阻抗式濕度傳感器時,需對傳感器供電,供電頻率為1kHz,相對濕度的變化使傳感器電抗隨之變化,如40%RH時,阻抗為68kg;60%RH時,阻抗為29kg;80%RH時,阻抗為7kg。這使調試更為方便、簡單

    2.電容式濕度傳感器

    電容式濕度傳感器,先是在一玻璃基片上做一個電極,上面噴涂一層1μm厚的聚合物,聚合物容易吸收空氣中的水分,也容易將水分散發掉,在聚合物上再做一個可透氣的金屬薄膜為第二電極,厚度為100A(埃),相對濕度的變化影響了聚合物的介電常數,從而改變了傳感器的電容值。電容與濕度基本呈線性關系。電容式濕度傳感器元件尺寸小,響應快,溫度系數小,有良好的穩定性,也是常選用的濕度傳感器。

    3壓力傳感器

    壓力傳感器是將壓力轉換成電流或電壓的器件,可用于測量壓力和液位。對壓力的測量由于條件不同,測量精度的要求不同,所使用的敏感器件也不一樣。

    1.利用金屬彈性制成的壓力傳感器利用金屬材料的彈性制成的測壓元件來測量壓力是常用的一種測壓方法。在民用建筑中最常用的彈性測量元件有彈簧、彈簧管、波紋管和彈性膜片。這些測壓元件是先將壓力變化轉換成位移的變化,然后再將位移的變化通過磁電或其他電學方法轉換成能方便檢測、傳輸、處理、顯示的電物理量。

    (1)電阻式壓差傳感器

    將測壓彈性元件的輸出位移變換成滑動電阻的觸點位移,這樣被測壓力的變化就可轉換成滑動電阻阻值的變化,把這一滑動電阻與其他電阻接成橋路,當阻值發生變化時,電橋輸出不平衡電壓。

    (2)電容式壓差傳感器

    這是現在最常見的一種壓力傳感器。它是用兩塊彈性強度好的金屬平板作為差動可變電容器的兩個活動電極,被測壓力分別置于兩塊金屬平板兩側,在壓力的作用下,能產生相應位移。當可動極板與另一電極的距離發生變化時,則相應的平板電容器的電容值發生變化,最后由變送器將變化的電容轉換成相應的標準電壓或電流信號

    (3)霍爾壓力傳感器

    霍爾壓力傳感器是通過霍爾元件,將彈性元件感受的壓力變化所引起的位移轉換成電壓霍爾元件實際上是一塊半導體元件。如果在霍爾元件縱向端口通入控制電流Ⅰ,在與Ⅰ垂直的方向加一磁場,其磁感應強度為B,則在與電流和磁場垂直的霍爾元件橫向端將產生電位差V,這種現象稱為霍爾效應,產生的電位差叫霍爾電勢,這種半導體元件稱為霍爾元件,原理如圖2.3所示。霍爾電勢大小與控制電流和磁感應強度的乘

    ?樓宇自動化系統常用傳感器

    圖2.3霍爾效應原理示意圖

    積成正比,與沿磁場方向的霍爾元件厚度d成反比

    ?樓宇自動化系統常用傳感器(2-3)

    式中

    d:霍爾片厚度(m);

    B:磁感應強度(A/m)

    f:形狀因子,一般取088~099;

    Ⅰ:控制電流(A);

    Rn:霍爾系數(m/)(RH=a);

    m:材料載流子的遷移率(m2/V·s);

    d:材料電導率(s/m)。

    把霍爾元件固定在彈性元件上,當彈性元件受壓變形后產生位移,帶動霍爾元件運動,將霍爾元件放在具有均勻梯度的磁場內(不均勻磁場),當霍爾元件隨壓力變化而運動時,則作用于霍爾片上的磁場強度變化,霍爾電勢也隨之變化,霍爾電勢的大小正比于位移的變化,這樣也就完成了壓力變化→機械位移→霍爾電勢的變化。霍爾壓力傳感器只能用于測量動態壓力和快速脈動壓力,而對其他壓力的測量這種壓力傳感器就無能為力了。

    2.壓電式壓力傳感器

    壓電傳感器是利用某些材料的壓電效應原理制成的,具有這種效應的材料如壓電陶瓷壓電晶體稱之為壓電材料。壓電效應就是壓電材料在一定方向受外力作用而產生形變時,內部將產生極化現象,同時在其表面上產生電荷,當去掉外力時,又重新返回不帶電的狀態,這種機械能轉變成電能的現象,稱之為壓電現象,而壓電材料上電荷量的大小與外力的大小成正比。通常的壓電材料是人工合成的,天然的壓電晶體也有壓電現象,但效率低,利用難度較大,應用較少。只有在高溫或低溫狀態下,才用單晶石英晶體。

    (1)壓電陶瓷傳感器

    壓電陶瓷是人工燒結的一種常用的多晶壓電材料。壓電陶瓷燒結方便,容易成形,強度高,而且壓電系數高,為天然單晶石英晶體的幾百倍,而成本只有石英單晶的百分之一,因此壓電陶瓷廣泛被用做高效壓力傳感器的材料。常用的壓電陶瓷材料有鈦酸鋇( BaTiO3)、鋯鈦酸鉛等。壓電陶瓷材料燒結后,經過極化才具有壓電性。這種陶瓷材料內部有許多無規則排列的“電疇”’,這些“電疇”在一定外界溫度和強極化電場的作用下,按外電場的方向整齊排列,這就是極化過程。極化后的陶瓷材料,撤去外界的極化電場,其內部電疇的排列不變,具有很強的極化排列,這時陶瓷材料才具有壓電性

    如圖2-4所示,壓電陶瓷的極化方向為z軸方向,而在z軸方向上受外力作用,則垂直于z軸的x、y軸平面的上、下面出現正負電荷若在材料x軸方向或y軸方向接受外力作用,同樣在x、y軸平面的上下面出現電荷的堆積,電量大小與受力的大小成正比,壓電陶瓷受外力作用,在晶體上下面

    ?樓宇自動化系統常用傳感器

    圖2-4壓電陶瓷極化方向示意圖

    出現感應電荷,相當于形成一個靜電場,或是一個以壓

    電材料為介質的電容器。電容量大小為

    ?樓宇自動化系統常用傳感器(2-4)

    式中:

    E:真空介電常數(8.85×10-12F/m);

    G:壓電材料相對介電常數;

    A:極板面積(m2);

    d:壓電材料厚度。

    而電容兩端開路電壓U=QC,Q為極板上電荷量,其大小取決于外界力的大小。因為電量Q很小,因此感應出的電壓也很小。為了能檢測到U的變化量,要求陶瓷本身有極高的阻抗,同時前級放大器也應有極高的輸入阻抗,通常檢測電路的前級放大器使用場效應管。由于輸入阻抗極高,極易串入干擾信號,為此希望前級放大器直接接在傳感器的輸岀端,信號經放大后輸出一個高電平、低阻抗的檢測信號。

    (2)有機壓電材料傳感器

    有機壓電材料是新研究開發的新型壓電材料,如聚氯乙烯PVC、聚二氟乙烯FVF2。它們具有柔軟、不易破碎的特點,因此也廣泛地應用在壓力測量領域。

    3.半導體壓力傳感器

    半導體壓力傳感器是利用Si晶體的壓電電阻效應的半導體壓力測量元件。當半導體材料Si受外力作用時,晶體處于扭曲狀態,由于載流子遷移率的變化而導致結晶阻抗變化的現象稱為壓電電阻效應,用△R表示晶體阻抗的變化,它的變化率為

    △R/R=(4p/p)t=Go (2-5)

    式中:

    t:壓電電阻系數;

    p:電阻率;

    :應力;

    G:比例因子。

    半導體壓力傳感器的比例因子G高達200,G越高,靈敏度越高。

    圖2-5為半導體壓力測量元件的結構圖

    當Si膜片受壓時,應力分布如圖2.6(a)所示。擴散電阻阻值發生變化,把R1、R2、R3、R4接成橋路,如圖2.6(b)所示。輸出電壓隨壓力的變化而變化,且線性較好。

    (a)硅膜片表面應力分布圖

    (b)橋式輸出電路圖

    圖2.6硅膜片上的電阻、硅膜片應力分布、測量輸出電路用來檢測壓力的傳感器還有靜電容壓力傳感器和硅振動式壓力傳感器。靜電容壓力傳感器是將壓力膜微小的位置變化轉化成靜電容變化的傳感器。硅振動式壓力傳感器是用微加工

    方法將硅膜片加工成長50μm、寬20~30μm、厚5μm的硅振子膜片,當膜片受到壓力,就把壓力轉換成張力,使膜片產生振動。為防止振子的污染和劣化,使振子不直接與測量物體接觸,而將其全部封在真空室內,硅振動式壓力傳感器對工作條件的要求是極高的,有關內容就不再詳述了。

    4流量傳感器

    測量流量的方法很多,常用節流式、速度式、容積式和電磁式,使用時經常根據精度要求、測量范圍,選擇不同的方式。

    1.節流式

    在被測管道上安裝一節流器件,如孔板、噴嘴、靶、轉子等,使流體流過這些阻擋體時,流動狀態發生變化,根據流體對節流元件的推力和節流元件前后的壓力差,可以測定流量的大小。再根據上節所述把節流元件兩端的壓差或節流元件上的推力轉換成標準的電信號。壓差式流量計是在管道中按上一孔板作為節流元件,當流體經過這一孔板時,載流面縮小,流速加快,壓力下降,測出孔板前后壓力差,而流量的大小與節流元件前后壓力差的平方根成正比,把壓力差轉換成相應的電壓或電流量信號。壓差流量計精度稍差,但結構簡單,制造方便,是一種常用的流量儀器。靶式流量計則是把節流元件做成一個懸掛在管道中央的小靶,輸出信號取自作用于靶上的壓力。同樣可以得出通過管道流體的流量與靶上的壓力成正比,只要測出靶上的推力F,就得到流量的大小。靶式流量計和壓差流量計的原理是相似的,靶式流量計則經常用于高黏度的流體,如重油、瀝青等流量的測量,也適用于有浮物、沉淀物的流體轉子流量計是把可以轉動的轉子放在圓錐型的測量管道中,當被測流體自下而上流過時,由于轉子的節流作用,在轉子前后產生壓差,而轉子在這壓差的控制下上下移動,這時轉子平衡位置的高低能反映流量的大小,把轉子的位置用電器發送就能轉換成電信號,也就直接反映了流量大小。

    2.速度式

    速度式流量計常用的有渦流流量計,該流量計是在導管中心軸上安裝一個渦輪裝置,流體流過管道,推動渦輪轉動,其渦輪的轉速正比于流體的流量。因為渦輪在管道里轉動,其轉速只能通過非接觸的電磁感應方法才能測出。渦輪的葉片采用導磁材料制成,在非導磁材料做成的導管外面安放一組套有感應線圈的磁鐵,渦輪旋轉,每片葉片經過磁鐵下面,改變磁鐵的磁通量,磁通量變化感應出電脈沖。在一定流量范圍內,產生的電脈沖數量與流量成正比,在流量計中每通過單位體積的流體,產生N個電脈沖信號,N又稱為儀表常數。這個常數在儀表出廠時就已經調整好。為了保證流體沿軸向流動推動渦輪,提高測量精度,在渦輪前后均裝有導流器。盡管如此,還要求在渦輪流量計的前后均安裝一段直管,上游直段的長度應為管徑的10倍,下游直管長度應為管徑的5倍,以保證液體流動的穩定性。渦輪流量計線性好,反應靈敏,但只能在清浩流體中使用光纖式渦輪傳感器,在傳感器渦輪葉片上貼一小塊具有高反射率的薄片或一層反射膜,探頭內的光源通過光纖把光線映射到渦輪葉片上,當反射片通過光纖入射口時,入射光線被反射到探測探頭上,探頭由光電器件組成,光線射到光電器件后變成電脈沖,計算出電脈沖數就能算出渦輪的轉速,進而計算出流體的流量。光纖渦輪傳感器具有重現性和穩定性好的特點。不受環境、電磁、溫度等因素干擾的優點,顯示迅速,測量范圍大;缺點是只能用來測量透明的氣體和液體。

    3.容積式

    容積式流量計通常有橢圓齒輪流量計,它靠一對加工精良的橢圓齒輪在一個轉動周期里,排出一定量的流體,只要累計出齒輪轉動的圈數,就可以得知一段時間內的流體總量這種流量計是按照固定的排出量計算流體的流量,只要橢圓齒輪加工精確,防止腐蝕和磨損,就可達到極高的測量精度,一般可達到0.2%~0.55%,所以常用于精密測量,該流量計經常用于高黏度的流體測量。

    4.電磁式

    電磁式流量計常用于測量導電液體流量,被測液體的導電率應小于50~100m。在測量管的兩側安裝磁鐵能在測量管中形成磁場,利用導電液體通過磁場時在兩固定電極上感應出的電動勢測量流速,這一電動勢的大小與流量大小成正比

    電磁流量計的優點是在管道中不設仟何節流元件,因此可以測量各種黏度的導電液體特別適合測量含有各種纖維和固體污物的腐體,此外對腐蝕性液體也適用。除了測量管中對電極與被測流體接觸外,沒有其他零件與之接觸,工作可靠,精度髙,線性好,測量范圍大,反應速度又快。除上述流量計外還有渦街流量計、超聲流量計等其他形式的流量計,在樓宇自動化系統中用到時,可參考相關技術資料和產品說明書,這里就不再討論了。

    5液位檢測傳感器

    在現代化樓宇中,經常要求對供、排水的水位進行檢測和控制。對液位監控的傳感器,可以是電容式的,也可以是電阻式的,傳統的浮球開關作為開關量的傳感器,仍被廣泛地用于液位監測。

    1.電阻式液位傳感器

    電阻式液位傳感器是把液體的電阻作為監控的對象,在液體介質中安裝幾個金屬接點,利用介質的導電性,接通檢測控制回路,檢測液體液位的高低。為了更精確地連續反映液位的高低,也可在容器內安置浮筒,構成浮筒式液位計,浮筒經過一連桿與滑動電阻器中心滑動觸點相連,隨液位升降,滑動電阻器的阻值也相應發生變化。選擇精度較高、性能穩定、線性較好的滑線變阻器,即可由變阻器的電阻值精確反映出液面的高度。也可將浮筒與一壓力彈簧相連,浮筒重量大于浮力,無液體時,浮筒的重量靠彈簧拉力平衡,當有液體時,浮筒受到浮力,減輕了彈簧拉力,浮力的大小與彈簣形變的恢復成正比,通過位移-電壓轉換器,輸出與浮力相對應的檢測電壓。這種檢測儀表結構簡單,價格便宜,但只能用于無腐蝕液體中,否則液體的腐蝕會使彈簧的彈性系數發生變化,給測量帶來誤差。該儀表適用于200cm以內、密度為01~0.5gcm3液體界面的連續測量。

    2.電容式液位傳感器

    電容式液位計是用于對液體液位進行連續精密測量的儀器。它是用金屬棒和與之絕緣的金屬外筒作為兩電極,外筒電極底部有孔,金屬筒高為L。被測液體能夠進入內外電極之間的空間中,當液面低于液位計、電極間沒有液體時,此時液位計相當于一個以空氣為介質的同心圓筒電容,其電容值為:

    ?樓宇自動化系統常用傳感器(2-6)

    空氣的介電常數;

    L:圓筒電極的高度;

    D:外電極的內徑;

    d:內電極的外徑。

    i液面上升到高度H(HL)時,則液位計的電容為兩段電容的并聯,上段電容介質為空氣,高為L一H,介電常數為c0,下段電容介質為液體,高度為H,介電常數為e,故此時電容量為

    ?樓宇自動化系統常用傳感器(2-7)

    從式(2-7)可知,電容量與液面高度H成線性關系,測得此刻的電容量值,便可測知液面高度。測量靈敏度與(E-60)成正比,與ln(Dd)成反比。這種方法經常用于測量油類非導電性液體的液位如被測液體是水或導電液體,則可在內電極上套一絕緣層,如搪瓷、塑料套管等;若容器是金屬,則可用容器外殼作為一個電極。如容器直徑太大,則可用一個金屬圓筒作為一個外電極,當沒有液體時,液位計的容量內介質是空氣和棒上的絕緣層,電容量很小。當液體液位上升到H時,由于液體的導電性能,電容量大大增加,此刻電容量的大小與液位的高度成正比。使用電容式液位計時,應充分考慮液體的介電常數隨溫度、雜質成分等變化可能引起的測量誤差。若把內電極做成一個外表面絕緣的浮筒,套在外筒內(如容器是金屬的,則容器當做另電極),外筒當做另一電極,浮筒是一個活動的電極。當液體發生變化時,浮筒位置隨之發生變化,相當于電容的極板面積的變化。這時,極板面積又與液位高低成正比,即此刻液位計的電容量C就與液位的高低成正比,讀出電容量C就能得出液位高度

    6空氣質量傳感器

    現代樓宇要求有一個舒適的生活和工作環境,除了要提供一個合適的溫度和濕度環境外,同時還應不斷補充新鮮空氣,因此對空氣質量的監測也是非常重要的。空氣質量傳感器主要是用于檢測空氣中CO2和CO的含量。如果室內CO2含量過高,應啟動新風機組,向室內補充新鮮空氣以提高空氣質量。汽車庫內的空氣質量傳感器主要用以檢測車庫內CO2與CO的濃度,檢測汽車尾氣的排放量,及時啟動排風機,以加強車庫的換氣量,保證庫內空氣質量與環境安全空氣質量傳感器最常用的為半導體氣體傳感器。傳感器平時加熱到穩定狀態,空氣接觸到傳感器的表面時被吸附,一部分分子被蒸發,殘余的分子經熱分解而固定在吸附處,有些氣體在吸附處取得電子變成負離子吸附,這種具有負離子吸附傾向的氣體稱為氧化型氣體,或電子接收型氣體,如O2、NO。另一些氣體在吸附處釋放電子而成為正離子吸附,具有這種正離子吸附傾向的氣體,稱為還原型氣體,或電子供給型氣體,如H2、CO、氧化合物和酒類等。當這些氧化性氣體吸附在N型半導體上,還原性氣體吸附在P型半導體上時,將使半導體的載流子減少。反之,當還原性氣體吸附到N型半導體上,而氧化性氣體吸附到P型半導體上時,使載流子增加。正常情況下,敏感器件的氧吸附量為一定,即半導體的載流子濃度是一定的,如異常氣體流到傳感器上,器件表面發生吸附變化,器件的載流子濃度也隨之發生變化,這樣就可測出異常氣體濃度大小。半導體氣體傳感器的優點是制作和使用方便,價格便宜,響應快,靈敏度高,因此被泛地用在現代建筑的氣體監控中


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