空调通风系统常用传感器有哪些?各有什么特点?

通风空调系统的控制原理

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在通风空调系统中，传感器把温度、湿度、压力等被控物理量转换成电信号后送到通风空调系统的控制器中，
控制器根据预设的控制逻辑，把输入的电信号与设定值比较，将其偏差经相应的调节后输出开/关信号或连续的控制信号，去调节、控制相应的通风空调系统执行器，以实现对被控量的控制。
传感器的选择原则

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传感器的类型和使用条件应满足实际通风空调系统的运行要求。

根据控制要求，确定合理的传感器测量范围和测量精度，并不是范围越大越好，也不是精度越高越好。
所选择的传感器应能适应其工作环境，比如高温高湿环境、低温环境、易燃易爆环境、强电磁环境、烟雾粉尘环境、有腐蚀性介质的环境等。
一般按工作环境的温湿度范围、风、雨、尘、腐蚀性、易燃易爆性等选择传感器。
舒适性空调被控参数类型

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空调常见控制参数


    冷热源系统控制参数


     水系统控制参数


风系统控制参数及特点
传感器的安装原则

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传感器需安装在远离振动、电磁辐射干扰的位置，并符合产品技术要求，安装在冷流体内的传感器，应防止凝结水流向接线盒。
管道安装的传感器，其插入深度应满足要求，安装在流体流动稳定的管段。
室外温湿度传感器应安装在通风良好且不受太阳辐射影响的地方，室内温湿度传感器安装在人员活动区，不受太阳辐射和其它电磁辐射干扰，远离室内空调冷热源和送风口。安装在风管或设备内的空气温湿度传感器应安装在气流混合充分、温湿度均匀的位置。
流量传感器应安装在流体流动稳定的管段，其上游直管段长度应大于或等于5倍管径，下游直管段长度宜大于3倍管径。    压力传感器位置避免管道流体涡流区域。
常用传感器类型

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在通风空调系统中，常用的传感器有:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、液位传感器、速度传感器、水质传感器、空气品质（成分）传感器。
按输出信号分为输出数字量和输出模拟量两种。
按安装方式分为管道内、室内等。
各类型传感器的特点及适用场合

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1 温度传感器
在暖通空调系统中，最常用的是采用热电阻型温度传感器，热电阻型温度传感器是利用金属电阻值随温度变化的原理工作的，通过测量其电阻值便可测出相应的温度。
铂电阻温度传感器精度较高的温度传感器，比如Pt100中Pt后的100即表示它在0℃时阻值为100Ω，Pt后的1000即表示它在0℃时阻值为1000Ω。在暖通空调系统中一般推荐使用铂电阻温度传感器。
在使用热电阻测温时，要注意热电阻与外部导线的连接，避免产生额外电阻，外部的连接导线与热电阻是串联的，如果导线电阻及触点电阻不确定，测温是无法进行的。
温度传感器常用有两线制和四线制接法，两线制传感器对导线的长度有要求，一般需要严格按厂配导线来接线，不允许切割，而四线制则不受导线长度和类型的影响。
传感器输出信号一般为DC0~10V或4~20mA。   

温度传感器在管道上的安装2 湿度传感器
湿度传感器是通过湿敏元件来实现湿度测量，湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。
湿敏电阻的特点是在基片上覆盖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。
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发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。
将电容湿度传感器与特制的电子线路组合在一起构成电容式湿度变送器，该电子线路产生比例于相对湿度的电压信号，即0~10V标准信号。
电容式湿度变送器具有工作温度和压力范围较宽、精度高、反应快，不受环境温度、风速的影响，抗污染的能力及稳定性好等优点。在暖通空调系统中电容式应用较普遍。
湿度传感器的输出信号一般为DC0~10V或4~20mA。
风道式湿度传感器常与温度传感器制成一体式的温、湿度传感器来应用。   

温湿度传感器在管道上的安装
风管上温湿度传感器安装注意事项：
1）风道温湿度传感器应安装在气流稳定的风管直管段上，并应在风管保温层完成之后安装。
2）感温元件位于探针顶端，为避免产生较大的误差，应将探针顶部接近风道中央。
3）应根据风管的实际尺寸，确定风道温湿度传感器的探针长度。室外空气温湿度传感器安装位置示意



室外空气温湿度传感器安装位置示意   

室内空气温湿度传感器安装位置示意
室内外温湿度传感器安装注意事项：
1）壁挂式室内温湿度传感器及温控面板应安装在空气流通、能反映被测区域空气状态的位置;不应安装在阳光直射或靠近风口处;也不应安装在靠近灯具的地方或散热器上方、避免安装在烟道墙体和有热水管道的隐蔽墙体上和门附近及窗帘后面。
2）安装在墙壁(钢材、水泥等)时，使用绝热衬背。
3）温控面板避免成排安装。
4）图中打√处为正确的安装位置，打x处为错误的安装位置。
3 压力传感器
压力传感器的种类多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
暖通空调系统中常用的是电阻应变片压力传感器，它是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。   

水管道压差传感器的安装
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种，通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密地粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，将其转换成DC4~20mA信号输出。

风道压力传感器安装
空气压力传感器安装工注意事项：
1）测压点应选在直管道上流动稳定的位置并满足产品需要的安装条件，不能位于气流受到阻挡或者扰动的地方。    2）测量气体时，安装孔应设置在管道上部。
3）导压管应与介质流动方向垂直，管口与器壁平齐。引压管管径粗细要合适，内径通常为6mm~10mm，长度应尽可能短。
4 压差开关
压差开关与压差传感器是有区别的，它们的区别在于：压差开关主要是用于系统故障报警，因为其输出值为开关量，测量的是某压力点的开关动作。压差传感器可以连续输出电信号，根据信号大小通过二次仪表可实时显示变化的压差。
空气压差开关常被用来探测空气过滤器前后的压差，当空调机组过滤器的压差过一定值，压差开关动作，系统报警，提醒需要清洗或更换过滤器。
水流开关是压差开关的一种，主要用在水管路中，起到在流量高于或者低于某一个值的时候触发开关，输出报警信号，常安装于冷水、冷却水管路上,保证管路内水流动后才启动冷水机组。


压力传感器在管道上的安装
水流开关有很多种，常见的有靶流开关、挡板式流量开关、压差式流量开关，还有活塞式流量开关、热式流量开关等。   

水流开关在管道上的安装
5 空气压差计、微压差变送器
空气压差计适合于空气的微压差测量，它广泛应用于制药、微电子产业、医疗及放射性元素厂房等洁净空调区对环境微压差的检测显示。
空气压差计可采用嵌入方式或悬挂式安装在洁净室的墙体外侧，无需电源，灵敏度高，测量精度较高。



空气压差计也是一种超低量程、廉价、结构牢固的现场指示仪表，它是利用无摩擦的Magnehelic运动原理（通过利用两个不同的压力产生一定高度的红油液柱差，‌这个红油液柱差的压强代表了两个压力的压差），消除了磨损、迟滞和间隙。可迅速指示出低压、非腐蚀气体的压力[正压、负压(真空)和差压。


传感器在中央空调水系统中的应用
空气压差计有多种量程，小量程有0~60Pa，监测房间微压差(5~10Pa)时，选用0~60Pa微差压计。对于检查粗、中、高效空气过滤器的阻塞情况，可选用250Pa、500Pa或1kPa等差压计，可随时观测过滤网的压差，以便更换过滤器。
而微压差变送器可将现场测量的微压差变为电信号输出，一般工作电压为10~35V，输出信号4~20mA。   

空气压差开关安装
6 流量计
在暖通空调领域，应用最为广泛的是电磁流量计和超声波流量计以及根据这两种流量计制成的冷/热量表。
电磁流量计
电磁流量计是在一个短管外设置电磁感应线圈，通过测量感应电动势来进行流量测量的。其原理是导体在磁励磁线圈场中运动并切割磁力线时，在导体中产生感应电动势。


电磁流量计由于利用的是流体导电的特性进行工作的，因此不能用于不导电的软化水和纯水的流量测量。
由于电磁流量传感器的感应信号在整个充满磁场的空间形成，它与管道截面上流速的平均值成正比。因此，对管道内流速分布不敏感，要求流量计上、下游的直管段相对其他类型的流量计短。
电磁流量计衬里均为非导磁材料，可以根据使用条件选择聚四氟乙烯(-40~80℃)或氯丁橡胶(-40~80℃)。    电磁流量计可以根据实际流量选择管径，流速在0.1~5m/s范围内较为合适;安装位置应远离大功率电机或变频器。      超声波流量计
超声波流量计传感器安装在管路外部就能够进行测量，因此常作为移动的流量监测仪器，在工程调试中被广泛采用。
作为安装在管道上的流量计，与前面的电磁流量计类似，均为一段短管。短管上成对地安装上换能器(超声波传感器)，两个换能器是相同的，通过电子开关控制，可交替作为发射器和接收器，超声波流量计依据换能器的相对位置可分为直射式和反射式。
与电磁流量计相比，超声波流量计为了提高低流速小信号时的信号强度，有时会不采用缩小管径的方法，这样会造成管路系统的阻力增加。

流量传感器在水管道上的安装热量表
在流量计上集成积算仪并配置一对温度传感器就成了热量表。空调系统中常用的有电磁热量表和超声波热量表。热量表均可实时显示冷量、热量、累量量流供回水温度、当前日期、仪表参数等信息。



热量表是根据流量计的流量信号和配对温度传感器检测的供回水温度信号，以及水流经的时间计算并显示该系统所释放或吸收的热量。   
7 液位传感器
液位传感器分为两类：
第一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器、浮球式液位变送器、磁性液位变送器、投入式液位变送器、电动内浮球液位变送器、电动浮筒液位变送器、电容式液位变送器、磁致伸缩液位变送器、伺服液位变送器等。
静压投入式液位变送器(液位计)，是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成4~20mA、0~5V、0~10mA等标准信号输出。



第二类为非接触式，如:超声波液位变送器。
超声波液位变送器的工作原理是:在测量中脉冲超声波由传感器发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制，
可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。这方式比较适合开式的蓄冰水槽蓄冷前后的液位测量。但是安装距离有一定的盲区。

超声波液位传感器   8 防冻开关
防冻开关不是温度传感器，它是一个内充气体的长敏感元件，敏感元件的任何200mm长部位只要低于设定的温度点，控制器内部接点就会断开，并发出报警信号。使用时将长敏感元件盘设置于需要低温保护的表冷器外表面。



防冻开关动作后，发出信号把新风阀关闭，停用风机，开启热水阀门，防止盘管被冻裂。而当温度达到适当的温度时，防冻开关就会自动开启，并正常运转。防冻开关输出的是开关量信号。


防冻开关安装防冻开关安装注意事项：
1）将防冻开关安装在选定的安装平面上，环境温度不能低于设定温度;避免安装在有温度影响的冷、热源附近或者能使感温毛细管超过80℃的环境中。    2）不可将防冻开关的感温毛细管压扁，否则会改变出厂时的标定结果，而使温度不准。为确保动作准确可靠，感温毛细管盘绕在水盘管等防冻设备上的长度应长过300mm。
3）不要将毛细管过度弯曲(弯曲的最小半径为50mm)。
4）当毛细管要穿越内墙或外墙时，一般采用衬里绝热导管。
5）毛细管在穿越金属片时，应用橡胶套管对其进行保护(以防止损伤)。
6）多余的毛细管需圈成直径约100mm的环状缚起来后再固定在面板上，而且圈起来的环状结构环与环之间不宜太紧。
7）接线前切断电源，以免造成电击或设备损坏。


    传感器在新风热回收机组中的应用
9 二氧化碳传感器
CO2传感器根据其测量原理有以下四种形式、电化学式、半导体陶瓷式、固体电解质式、红外吸收式。目前最常用的是红外吸收式，其测量原理为:各种气体都会吸收光。


不同的气体吸收不同波长的光，比如CO2就对红外线(波长为4.26m)最敏感。COz分析仪通常是把被测气体吸入一个测量室，测量室的一端安装有光源，另一端装有滤光镜和探测器。
滤光镜的作用是只容许某一特定波长的光线通过；探测器则测量通过测量室的光通量。探测器所接收到的光通量取决于环境中被测气体的浓度。CO2传感器的输出信号一般为DC0~10V或4~20mA。   


风道二氧化碳传感器安装
安装说明:
1）应安装在直管段上，如不能安装在直管段上，则应避开风管内通风死角的位置，不得将传感器放置于摇晃或忽冷忽热的地方。
2）二氧化碳比重大于空气，应安装在风管的下部，并保证风管内气流的方向与表示的方向一致。           10 一氧化碳传感器
基于电化学感测原理的CO传感器/变送器是目前使用最多的CO传感器/变送器,它响应速度快、检测精度高，特别是具有高稳定性和选择性。
当CO扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。
当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能。



11 PM2.5传感器
PM2.5传感器采用激光散射原理，当激光照射到通过检测位置的颗粒物时会产生微弱的光散射，在特定方向上的光散射波形与颗粒直径有关，通过不同粒径的波形分类统计及换算公式可以得到不同粒径的实时颗粒物的数量浓度。   



参考资料《民用建筑暖通空调设计统一技术措施2022》《中央空调节能及自控系统设计》《实用供热空调设计手册》《暖通空调系统的检测与监控（通风空调系统分册）》17K803

《暖通空调系统的检测与监控(冷热源系统分册)》18K801

《暖通空调系统的检测与监控(水系统分册)》18K802

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