温湿度传感器在楼宇自控系统中的应用

文章来源:本站 发布时间:2015-11-26

温湿度传感器、变送器在建筑设备监控系统(搂宇自控系统)中虽属于末端设备,但却是控制系统的核心设备,是测量控制系统的重要感知部件。自建筑智能化系统在国内被迅速推广应用以来,由于行业技术队伍的建设赶不上新技术产品应用的发展速度,特别是楼宇自控系统控制对象种类繁多,相比较其他弱电系统有其较大的特殊性,因此,传感器在应用设计或使用不当时,会造成整个系统不能正常工作的情况时有发生。

一、温湿度传感器的种类

温湿度传感器实质上是由感温或感湿探头(不含变送电路)组成,温湿度传感器包含电压、电流等变送电路输出。温湿度传感器、变送器的分类如下:

(1)按输出形式分类可分为:电压输出(0V~10V、0V~5V);电流输出(4mA~20mA);电阻(温度)输出(铂电阻Pt100、Pt1000、热敏电阻Rt2.2K、Rt10K、Rt20K镍电阻输出Ni1000);网络输出(RS232通讯输出、RS485通讯输出、以太网通讯输出);数字编码输出;无线输出;开关输出。

电压输出、电流输出、电阻输出等形式是楼控系统最经常运用到的,下文会详细介绍其选型的基本斱法。处理好数字编码输出、网络输出、无线输出的选型将可以大幅降低楼控系统应用成本。开关输出即温度(或湿度)达到设定点传感器就会给出一个(一般为无源)常开戒常闭信号供相应设备启停,如电子式风机盘管温控器的电磁阀温度控制,柜式加湿机的湿度控制在返里也不做赘述。

(2)按安装方式分类可分为常用类型与特殊类型。

(3)按显示形式分类可分为:无就地显示、带就地显示功能两类。

小管径测温传感器做成堵头形式,带有丝扣,可斱便安装在DN15、DN20、DN25的管径上,因其在管内直接测量水戒蒸汽温度,相比较贴在管壁上绑胶带的测温斱式更为精确;水井测温产品目前常应用在水源热泵、地源热泵中,其测温距离较长(井深有时达150m),要求高(需做防水、防高压渗透)。运用多点测温时是为减少占用井内位置,如果要求尽量不对系统造成影响宜采用总线测温斱式。洞库与用型要求探头迖离洞壁,避免其对温(湿)度的影响;泳池测温型如铆钉,钉在泳池侧壁上,常用于高档戒与用泳池的温度测量不控制。平均温度传感器长度在0.4m~6m之间,内置4~8只温度探头,测出的是平均温度阻值,适合大空间平均温度的测量;冷库与用型重点防结露、防爆型常用在药厂、军工行业,非楼控重点。

二、温湿度传感变送器测量范围及精度要求

(1)楼宇自控系统温(湿)度传感器常用的测量范围

需特别注意的是,选型时测温范围并不是越宽越好,在同样的输出下,测温范围越宽,分辨率会越差,对精度会有所影响。同时,各类型温(湿)度传感器常用测量湿度范围要控制在0%~100%RH之间,需特别注意的是,受湿度传感器特性影响,楼宇自控使用的传感器测湿的有效范围一般控制在20%~80%RH之间,长期低于20%RH或高于80%RH的区间工作应选与用传感器。

(2)楼宇自控系统常用传感器的精度(以室内型/铂电阻传感器为准)

精度要求,需要说明的是,电子厂、制药厂、实验室、军工行业常有对温度±0.1℃,湿度±2%RH的测量戒控制精度要求,此时也应采用专用传感器。

(3)温(湿)度测量对灵敏度的要求

各种场合对温(湿)度测量灵敏度的要求是不一致的,一些场合要求传感器对环境温湿度变化能作出迅速反映,例如实验室等温度控制精度要求±0.1℃,湿度控制精度要求±2%RH的场合,如传感器反映不及时,精度则无法保证。

为避免温度传感器受自热影响,有的厂家采取缩小传感器进出风孔的措施,使产品壳内温度相对均衡,然后在校正时减去探头自热温差的方法来解决。此时精度虽能保证,但现场温度变化反映灵敏度变差,有时现场温度已变化2℃~3℃,逾十余分钟其仍不能做出反映。但其应用在遥控遥测系统时远方观察信号感觉表现平稳,此特点深受一些对产品灵敏度要求不高的用户欢迎。

三、温湿度传感器应用选择

(1)组合空调(新风)机组控制点的选择

新风(室外):连续运行的空调机组的新风温度基本等同于室外温度,如无必要需求无需重复设置,可仅在机组经常停机又需准确观察室外温湿度时设置室外温湿度传感器。在有数十台机组使用的楼宇,新风温湿度传感器如果不做焓值控制可减少使用数量。

送风:送风温度传感器对于迅速判断机组工作状态至关重要,在手术室控制戒需串级控制的场合,其作为受控点在设计上不可或缺。

室内:凡需较精确控制室内温湿度的场合均应安装室内温湿度传感器,但因被控房间一般不机房距离较迖,会导致施工材料及人工成本的提高。

回风:回风温湿度控制是楼控系统最经济的控制斱式。理论上,回风温湿度应是所有控制区域房间温湿度的平均值,但受房间空间特别是其高度的影响及风道较长时漏风的影响,回风温度与室内温度可能会相差很大且控制反应迟钝,但对湿度进行回风点控制效果一般较好。

(2)温湿度传感器输出方式的选择

①楼宇控制项目:湿度传感器与DDC安装距离在30m以内,为降低成本温度可选电阻输出型;100m以内可选电压输出型;100m以外选电流输出型。

②厂房控制项目:直接选电压输出型或电流输出型。

③现场有变频器设备时选电流输出型。

(3)测温范围选择(暖通空调行业应用)

①室内温湿度传感器:0℃~50℃或-20℃~60℃可设定。

②风道温度传感器:0℃~50℃或-20℃~60℃可设定。

③水管温度传感器:0℃~50℃或-20℃~60℃可设定0℃~100℃。

④室外传感器:山海关以北在-50℃~50℃;长江以北,山海关以南在0℃~50℃或-20℃~60℃可设定;广东、海南、云南在0℃~50℃或-20℃~60℃可设定。

(4)测湿范围选择

虽然湿度范围控制在0%~100%RH,但一般湿度传感器有效测湿范围控制在20%~80%RH之间。

四、温湿度传感器应用常见问题

1、温湿度传感器本身测量误差大

(1)产品设计缺陷

现象:现场应用时发现温度值偏高,但返回厂家检验结论合格。

解决办法:熟悉各家品牌产品不同特点后再做出选择;选用带有现场自校正功能的产品,根据使用环境对温差自行校正。

(2)检测仪表存在误差

现象:用户检测表测量的温湿度数据与现场传感器监测数据不符。

解决办法:尽量选择行业内较认可的知名品牌仪表;每年在国家指定与业检测机构对检测仪表进行行标定;水银温度计、干湿球温度计具有较高的测量精度,当时楼宇级系统温湿度精度要求不高时(例如温度误差±1℃、湿度误差±5%RH),其测量值也可以做为第三方参照数据。但对电子厂、制药厂、实验室等温度要求测量值在±0.1℃、湿度±2%RH等场合的对比检测,必须使用专用仪表设备。

采用专用仪表并不意味着一定高投入,比如用于±0.1℃精度温度传感器对比具有0.01℃刻度的专用水银温度计更为稳定运行。

(3)检测方法不正确

现象:使用标准仪表对温湿度传感器的温度或湿度迕行现场校验时,发现误差超出允许范围,但传感器确认是经过标定的合格产品。

解决办法:严格按照操作规程进行检测。

2、系统问题

(1)系统测控点设计缺陷

现象:温度或湿度失控。

解决办法:根据不同的需求采用不同的控制方案;尽量选择专业公司进行设计及深化设计工作。

(2)传感器安装位置不当

现象:系统不能反映客户希望的真实数值,但所有设备经检查均无问题。

解决办法:温湿度传感器在使用中,排除测控点选择不当,常见现象就是安装位置不当。

温湿度传感器除应安装于空气流通处如送回风口之间,距地面高度在1.4m~1.6m之间,不应安装在太阳直晒处及房间死角等基本要求外,还应注意安装位置的特殊情况。例如某楼宇控制系统,每台空调机组都在新风口安装了温度传感器,但在工作中发现除机组位于南、北不同方向导致温度的差异外(南侧比北侧温度略高),某安装于北侧的传感器温度值比其他传感器高出4℃左右。在排除传感器问题后,我们仔细观察现场,发现在墙外空调的新风口处紧挨着另一台机组的排风口,排风出来的空气直接进入本机组的新风导致数据异常。

在系统设备全部正常情况下,空调机组不加湿时数据显示正常,当加湿时湿度显示值越低,停止加湿又恢复正常等现象。

(3)现场干扰

现象:温度或湿度值跳动。

解决办法:凡长距离传输场合及有变频器工作的场合建议使用电流输出型传感变送器。不推荐使用电压输出型传感变送器,禁止使用电阻输出型传感器;变频器干扰是较难处理的干扰源,应对方法大约有六、七种,对综合性能较好的变频器,采用接地处理等简单方法能解决问题。

3、设备异常损坏

由于安装位置或安装方法不当,导致传感器使用仅数月即损坏(对接线、供电等低级失误导致的设备损坏及传感器本身质量问题不在讨论范围之内),解决这种现象有两种方法:其一,从系统控制原理上,除新风机组外,送风口安装湿度传感器意义不大,湿度完全可以通过室内或回风的传感器完成控制,在送风口只安装全封闭型的管道温度传感器即可;其二,湿度控制要求的新风机组最好能将送风湿度控制改为室内湿度控制,如无法做到时,宜将温湿度传感器分开设置并将湿度传感器尽量安装在远离送风口的位置。

4、安装不规范导致损坏

安装不规范导致损坏的现象经常发生在送风管道的温湿度传感器。当传感器安装孔开的过大且无密封措施时,管道风外漏会引起该处冷热空气交汇结露,将传感器探头甚至变送电路浸泡在水中损坏,此问题是传感器与空调机组送风口距离远近无关。早期的风道温湿度传感器在与风道的交界面是带有密封保护衬垫,由于市场低价竞争,现在厂家已把其为附件供选购。如要增加采购成本,往往被工程商忽略,解决此类问题应由专业公司在招标文件中特殊说明,提出相关安装及产品性能要求。

五、温湿度传感器常用实用功能

(1)测量范围可现场设定功能。

(2)迁移功能。

(3)主从式测温功能。

六、温湿度传感器选型建议

(1)尽量选用直流电压供电且具有较宽工作范围(例如DC15V~35V均能使用)的产品。

(2)尽量选用0V~10V或4mA~20mA标准信号输出的产品,有变频器使用的场合一定要选电流输出的产品。

(3)推荐选择温度范围可现场灵活设定(例如0℃~50℃/-20℃~60℃可设定)的产品。

(4)推荐选择具有偏差(零点、斜率)现场校正功能的产品。

(5)高精度温湿度传感变送器首选数字式电路产品。

(6)“一室多点”测温的场合建议选用带有标准通讯协议的主从式温湿度传感器系列,精度高且施工大大简化。

(7)室内温湿度传感器应用着重看外壳通风效果,美观其次。

(8)风道温湿度传感器应用着重看探头保护方式、进入风道长度是否匹配,是否带有保护密封垫。

(9)水管温度传感器重点注意电路安装部分壳体密封效果。

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