建筑设备自动化-传感设备及选择(精品).ppt

传感设备及选择建筑设备自动化常用的传感器（1）温度传感器温度传感器：接触式、非接触式；用途：测量室内、室外、水管以及风管的平均温度；通常是以铂、镍、热电阻或热电偶作为传感元件。原理：温度与电阻或热电势值相对应，将其变化信号经线性化处理，再转换成与温度变化成比例的 DC 0 10 V 或 4 20 mA 的输出信号，或者按其阻值或热电势变化作出相应温度变化的校正曲线进行量程的变换。室内、外气温检测范围在-40 45；风道温度检测范围在-30 130；水管内水温检测范围在 0 100，测量精度优于 1%。（2）湿度传感器用于测量室内外和管道的相对湿度。通常电容式、卤化锂电阻式测量相对湿度，能保证良好的线性度和传感器的长期稳定性，即使在相对湿度（RH）较高的情况下也具备了线性度和稳定性。匹配二极管温度补偿，保证了相对湿度测量范围内的精度，其输出信号通常为 4 20 mA，在 0 100%量程范围内，精度一般为 2%5%。（3）压力、压差传感器和压差开关压力、压差传感器是将气体或液体压力信号转换为 4 20 mA 或 0 10 V 的电信号的变换装置；压差开关是随着气体或液体的流量、压力或压差引起开关动作的装置。主要用于空气压力、流量和液体压力、流量的监测。电容式压差传感器可以测量 0 5 000 Pa的空气压力，其精度达 l%，具有良好的稳定性，并且在非常低的压力下仍具有良好的分辨力。空气压差开关是利用在两个传感孔检测到的压差，作用于控制器薄膜的两侧，使弹簧承托的簿膜移动并启动的开关，用于监视风机运行状态和过滤器阻力状态的监测，检定通风管道内的空气流量，变风量系统最大空气流量控制等。液体压差传感器，通常采用由霍尔元件作为磁电转换的元件组成的霍尔压力变送器，静态承受压差 额 定 值 为 16 MPa，其 精 度 可 达 1.5%。薄 膜 型 液 体 压 力 传 感 器 其 精 度 可达-0.25%1%。（4）流量传感器常用的流量传感器有电磁流量计和涡轮式流量计。电磁流量计是基于电磁感应定律而工作的流量检测仪表，被测介质的流量经检测单元变换成感应电势，然后经放大转换成 4 20 mA 的直流信号输出。涡轮式流量计是一种速度式流量计，当流体流过涡轮叶片时，叶片前后的压差产生的力推动涡轮叶片转动。在一定的流量范围内，管道中流体的容积流量与涡轮转速成正比，涡轮的转速通过检测线圈和磁电转换装置转换成对应频率的电脉冲信号。（5）空气质量传感器空气质量传感器是根据不同气体具有不同热导能力的特性来反映多种不同气体成分的程度和测量总不纯度，其输出可以是 DC 0 10 V 信号或继电器输出报警信号。空气质量传感器可检测各种烟雾，CO、CO2、丙烷等多种气体。（6）电量变送器变配电所各种电气参数要进入计算机监控系统，必须先通过电量变送器，将各种交流电气参数变为统一的直流参数。常用的电量变送器有电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数和有功电度变送器等。电压变送器通常将单相或三相的交流电压 110、220、380 V 变换为直流 0 5 V、0 10 V电压或者 0 20 mA、4 20 mA电流输出。电流变送器通常将 0 5A 的交流电流变换为直流 0 5 V、0 10 V 电压或者 0 20 mA、4 20 mA电流输出。频率、有功功率、无功功率、功率因数和有功电度变送器等同样是将相应的电参数变换为与上述相同的电信号输出。（6）智能传感器传感器、变送器做在一起的智能型传感器。它的输出完全采用数字通信标准与控制器连接，数据传递方式与控制器之间的方式相同，通讯接口一般采用 RS232 或 RS485 标准。由于内部装有计算机，它可以进行全部线性化转换、数据滤波、误差修正等处理，实现真正的“智能化测量”。由于它以数字通信方式传递测量结果，因此不会因干扰而产生误差，处理适当时还可实现长距离传递数据。这种一体化的传感器与变送器代表着今后的发展方向。执行器u暖通空调设备自动控制系统中常用的执行器有风阀、水阀、水流开关等。执行器安装在工作现场，长年与工作现场的介质直接接触，执行器的选择不当或维护不善常使整个控制系统工作不可靠，严重影响控制品质。u执行机构按使用的能源种类可分为气动、电动、液动 3 种。在建筑设备自动化系统中常用电动执行器 1）执行器与控制系统的连接数字量输出通道 DO：它可以由控制软件将输出通道置成高电平或低电平，通过驱动电路即可带动继电器或其他开关元件，也可以驱动指示灯显示状态。模拟量输出通道 AO：输出的信号是 0 5 V、1 10 V 间的电压或 0 10 mA、4 20 mA间的电流。这种可连续变化的模拟量信号是通过数字/模拟转换电路（D/A）产生的。2）电动执行器电磁阀其结构简单；价格低廉，多用于两位控制中。电磁阀最大的特点是，传动部分无转动机械部件，可靠性高，可控范围大。电动调节阀电动调节阀是以电动机为动力元件，将控制器输出信号转换为阀门的开度，是一种连续动作的执行器。输出：直行程、角行程和多转式三种类型。电动调节阀主要有：直通单座调节阀、直通双座调节阀（平衡阀）、隔膜调节阀、蝶阀（翻板阀）、闸板阀等。风门执行器在空调风系统中用得最多的执行器是风门执行器，风门用来控制风的流量。风门的流量特性，同调节阀一样，风门也有流量特性供应用选择。执行器构成电动水阀、风门的电动执行器一般由 1 台三相或单相电机通过机械减速系统与阀连接，控制电机的正、反转或停转，可以使阀门开大、关小或不动。机械减速系统还与一可变电阻器相连，这样阀门的不同位置使可变电阻器输出不同电阻值，成为反映阀位状态的电反馈信号。为了防止阀门全开后或全关后电机继续运转，执行器内还在相应位置设有限位开关。当阀门到达全开或全关位置时，通过机械装置切断限位开关，使电机停止。图 2.48 为常规的执行器的控制电路控制电路原理框图。与要求的阀门输出成正比的控制信号以 0 5 V、0 10 V 电压或 0 10mA，4 20 mA 电流信号的形式送入比较器，与测出的实际阀位进行比较，当实际阀位小于设定值时，正转开关打开，电机正转，开大阀门直到比较器输出为 1 时，电机停止；反之则电机反转使阀门关小。控制器必须将内部的数字信号通过 D/A 转换，成为模拟量输出信号 AO，送到比较器。为了使控制器了解阀门的实际位置，识别机械故障，一般将阀位的测量信号接到控制器的模拟量输入通道 AI中。有些电动阀门的控制器还允许将全开和全关的限位开关信号作为控制器 DI口的输入信号，接入计算机，使计算机可以辨别这些超调状态。交流接触器交流接触器是启停风机、水泵及压缩机等设备的执行器。通过控制器的 DO 输出通道带动继电器，再由继电器的触头带动交流接触线圈，实现对设备的启/停控制。为了使计算机了解接触器是否真正吸合，一般要将接触器的一个辅助触头接至控制器的输入通道，从而使控制器能随时测出接触器的实际工作状况。变频器及可控硅此类执行器是直接改变供电频率以改变风机、水泵的电机转速，或改变供电电压以调整电加热器加热量。变频器和可控硅调压器产品一般都设计成电压或电流式的输入信号，通过控制器的模拟量输出 AO 与其相联。由于是直接调整供电参数，一般都会产生很大的电干扰，有时使控制计算机不能正常工作。为此，在选择这类执行器时一定要充分注意选择干扰小的产品，并在计算机一侧采取相应的措施。调节阀的选择u暖通工程师往往依据水力管径选择电动调节阀，同时基本不考虑阀门的流量特性。u这会导致电动调节阀选择过大，使阀门在小开度频繁动作，加剧阀门的磨损，易于使控制过程振荡；u阀门的流量特性不适合，也会使控制系统的控制性能达不到要求。1、调节阀流量特性所谓调节阀的流量特性是指流过调节阀介质的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系：相对流量，也即调节阀某一开度下的流量与全开流量之比；相对开度，调节阀某一开度下的行程与全开时行程之比。流量特性分为：直线特性、等百分比特性、抛物线特性及快开特性四种。在楼宇自控工程中，应用较多的是直线流量特性方程和等百分比特性的对数方程。2、理想流量特性 假设流体在涡流和亚临界状态下，阀前后压差、流体的密度和温度在流量改变时保持不变条件下得到的流量特性。直线流量特性：在小开度工作时，流量相对变化太大，调节作用太强，易产生超调引起振荡；而在大开度时，调节太弱。等百分比流量特性：小开度时，流量小，流量的变化也小，调节阀放大系数小，调节平稳缓和；大开度时，流量大，流量的变化也大，调节阀放大系数大，调节灵敏有效。适用于建筑环境设备系统中空调水系统。3、实际流量特性 定义：S称为阀权度（又称阀门能力），表示阀门在管路系统中总压力的分配比例。由上式可看出，S随 增大而减小。阀门与管路串联的实际流量特性，（a）直线流量特性（b）等百分比流量特性u当S=1时，实际流量特性与理想流量特性吻合，随S减小，理想的直线特性趋向快开特性，理想的等百分比趋向直线特性。uS1时，阀门具有最好的可控性，但这种情况在实际使用中不可能出现；S0时，阀失去调节能力。S愈小，阀门的控制能力就愈差，实际流量特性趋向两位阀，。u因此，通常分配阀门的压差与被控对象的压差相等，即取S0.5。按工程经验分配给阀门的压差为3050kPa。4、流量特性的选择控制系统中，当各控制环节的动态特性为线性时，控制系统具备良好的可控性。以水为介质的换热设备，换热量近似与流量是非线性的；对以蒸汽为介质的换热设备，其换热量与流量基本成线性关系，。利用与之反向的非线性阀门来补偿非线性的换热设备，从而使使阀门的相对开度与换热设备的换热量成线性关系。在以水为介质的执行环节应尽量选择等百分比流量特性的阀门；以蒸汽为介质的执行环节宜选用直线流量特性的阀门。执行机构线性化示意图 5、调节阀的口径选择在阀门的流量特性确定后，还需确定调节阀的口径。确定调节阀的压差，此时，需确定S值的大小；计算调节阀的流通系数CV；根据流通系数CV，选出调节阀的规格或口径。CV：流通系数是指当调节阀全开、阀两端压差为105Pa、流体密度为1g/cm3时，每小时流经调节阀的流量数；水介质的CV计算公式：计算实例：空气处理机组的送风量为11130 m3/h，冷冻水流量Q17.028 m3/h，冷冻水管径为DN80，水侧压力损失52kPa。计算：取S0.5，即认为调节阀的压差与水侧压力损失相当，50 kPa，将 、Q代入CV计算式，计算出CV23.6，考虑余量系数为1.15，则CV27.14。选调节阀口径为DN50。可见，通过计算得出的调节阀口径DN50比水力管径DN80小两号。说明确定调节口径不等于水力管径。