2.3 智能樓宇的檢測(cè)技術(shù)

除傳感器外，智能樓宇還需要一定的檢測(cè)技術(shù)，用于有選擇地實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。檢測(cè)技術(shù)就是針對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的檢測(cè)方法、檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)信號(hào)處理等方面的綜合研究。

2.3.1 溫度檢測(cè)技術(shù)

溫度反映物體的冷熱程度。溫度檢測(cè)原理就是選擇合適的物體作為溫度敏感元件，其某一物理性質(zhì)隨溫度變化而變化的特性為已知，通過(guò)溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的熱交換，測(cè)量相關(guān)的物理量，即可確定被測(cè)對(duì)象的溫度。

溫度檢測(cè)的方式有接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類(lèi)。采用接觸式測(cè)溫時(shí)，溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象有良好的熱接觸，通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟M(jìn)行熱交換。但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，它往往會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象的熱平衡，存在置入誤差，而且需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高溫度的測(cè)量，如熱電阻傳感器等。采用非接觸式測(cè)溫時(shí)，溫度敏感元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱交換，或者是溫度敏感元件接收被測(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能的大小推出被測(cè)對(duì)象的溫度，這種方法測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可測(cè)量高溫、運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象或用于有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合，但受到物體的發(fā)射率、測(cè)量距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大，如紅外高溫傳感器、光纖高溫傳感器等。

溫度檢測(cè)方法的分類(lèi)如表2-1所示。

溫度檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)有壁掛式、風(fēng)道式、水管式等，如圖2-13所示。

圖2-14所示為T(mén)7420A快速浸入式溫度傳感器，用于加熱、制冷或生活用熱水溫度控制，區(qū)域性采暖或制冷控制。其工作范圍是-10～+110℃，傳導(dǎo)延時(shí)小于2s，配有1m長(zhǎng)的電纜線，它可以將探頭直接插入介質(zhì)。

2.3.2 濕度檢測(cè)技術(shù)

在智能化樓宇中對(duì)濕度的檢測(cè)主要用于室內(nèi)外的空氣濕度、風(fēng)道的排風(fēng)和回風(fēng)的濕度檢測(cè)等。

濕度是指大氣中所含的水蒸氣量。最常用的表示方法有兩種，即絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度。絕對(duì)濕度是指一定大小空間中水蒸氣的絕對(duì)含量，用g/m3表示。絕對(duì)濕度也可稱(chēng)為水蒸氣濃度或水蒸氣密度。

絕對(duì)濕度可用水蒸氣壓力表示。設(shè)空氣中水蒸氣密度為ρV，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，得出如下關(guān)系式。

式中：M為水蒸氣的摩爾質(zhì)量；R為摩爾氣體常數(shù)；pV為水蒸氣壓力；T為熱力學(xué)溫度。

相對(duì)濕度為某一被測(cè)氣壓與相同溫度下飽和水蒸氣壓力比值的百分?jǐn)?shù)，常用%RH 表示，這是一個(gè)無(wú)量綱值。顯然，絕對(duì)濕度給出了水分在空間的具體含量，相對(duì)濕度則給出了大氣的潮濕程度，故使用廣泛。

濕度的檢測(cè)方法很多，傳統(tǒng)的方法是露點(diǎn)法、毛發(fā)膨脹法和干濕球溫度測(cè)量法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用潮解性鹽類(lèi)、高分子材料、多孔陶瓷等材料的吸濕特性可以制成濕敏元件，構(gòu)成各種類(lèi)型的濕度檢測(cè)儀器。

干濕球濕度計(jì)的使用十分廣泛，常用于測(cè)量空氣的相對(duì)濕度。這種濕度計(jì)由兩個(gè)溫度計(jì)組成，一個(gè)溫度計(jì)用來(lái)直接測(cè)量空氣的溫度，稱(chēng)為干球溫度計(jì)；另一個(gè)溫度計(jì)在感溫部位包有被水浸濕的棉紗吸水套，并經(jīng)常保持濕潤(rùn)，稱(chēng)為濕球溫度計(jì)。當(dāng)棉套上的水分蒸發(fā)時(shí)，會(huì)吸收濕球溫度計(jì)感溫部位的熱量，使?jié)袂驕囟扔?jì)的溫度下降。水的蒸發(fā)速度與空氣的濕度有關(guān)，相對(duì)濕度越高，蒸發(fā)越慢；反之，相對(duì)濕度越低，蒸發(fā)越快。所以，在一定的環(huán)境溫度下，干球溫度計(jì)和濕球溫度計(jì)之間的溫度差與空氣濕度有關(guān)。

圖2-15所示為阿斯曼干濕球濕度計(jì)，其外層鍍鉻，裝有兩個(gè)溫度計(jì)和一個(gè)干濕計(jì)，干濕計(jì)上配有機(jī)械通風(fēng)設(shè)備。

圖2-16所示為HM1500濕度檢測(cè)器，采用高分子聚合物濕敏元件設(shè)計(jì)而成，帶防護(hù)棒式封裝， 5V直流供電，1～4V直流電壓輸出，濕度量程范圍為0～100%RH，精度為±3%RH，防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)，具有非常低的溫度依賴(lài)性。

有時(shí)，會(huì)把溫度和濕度檢測(cè)功能在一個(gè)裝置中完成，制成溫濕度檢測(cè)儀器。如 RSB525-4型溫濕度檢測(cè)器，其測(cè)量范圍：溫度為0～50℃，精度為±0.5℃；濕度為0～100%RH，精度為±3%RH；溫度的響應(yīng)時(shí)間小于30s，濕度的響應(yīng)時(shí)間小于15s，供電電壓為+24V，功耗小于200mW。

智能樓宇空調(diào)系統(tǒng)中常用到溫濕度檢測(cè)儀表。

2.3.3 壓力檢測(cè)技術(shù)

1.壓力的檢測(cè)方法及分類(lèi)

壓力定義為垂直均勻地作用于單位面積上的力，通常用p表示。主要的壓力檢測(cè)方法及分類(lèi)有如下幾種。

（1）重力平衡方法。重力平衡方法分液柱式壓力計(jì)和負(fù)荷式壓力計(jì)，前者基于液體靜力學(xué)原理，利用被測(cè)壓力與一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力相平衡，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱高度來(lái)測(cè)量，其典型儀表是U形管壓力計(jì)，該壓力計(jì)讀數(shù)直觀、價(jià)格低，但信號(hào)不能遠(yuǎn)傳，可以測(cè)量壓力、負(fù)壓和壓差；后者基于重力平衡原理，其主要形式為活塞式壓力計(jì)。

（2）機(jī)械力平衡方法。這種方法是將被測(cè)壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過(guò)測(cè)量平衡時(shí)的外力，再由變送器變成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，可以測(cè)知被測(cè)壓力。機(jī)械力平衡式儀表可以達(dá)到較高精度，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種類(lèi)型的壓力變送器、差壓變送器在電動(dòng)組合儀表和氣動(dòng)組合儀表中應(yīng)用較多。

（3）彈性力平衡方法。這種方法利用彈性元件的彈性變形特性進(jìn)行測(cè)量。被測(cè)壓力使測(cè)壓彈性元件產(chǎn)生變形，因彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡，測(cè)量彈性元件的變形大小即可知被測(cè)壓力。

（4）物性測(cè)量方法。此種方法基于在壓力的作用下，測(cè)壓元件的某些物理特性發(fā)生變化的原理。

2.壓力檢測(cè)儀

（1）壓力檢測(cè)儀的選用。壓力檢測(cè)儀的選用依據(jù)主要有以下幾個(gè)方面。

① 控制系統(tǒng)對(duì)壓力檢測(cè)的要求。例如，測(cè)量精度、被測(cè)范圍及對(duì)附加裝置的要求等。

② 被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)。例如，介質(zhì)溫度高低、黏稠度大小、有無(wú)腐蝕和易燃易爆情況等。

③ 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件。例如，高溫、腐蝕、潮濕、振動(dòng)等。

除此之外，對(duì)彈性式壓力表，為了保證彈性元件在彈性變形的安全范圍內(nèi)可靠地工作，在選擇壓力表量程時(shí)必須留有余地。一般在被測(cè)壓力較穩(wěn)定的情況下，最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿(mǎn)量程的3/4；在被測(cè)壓力波動(dòng)較大的情況下，最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿(mǎn)量程的2/3。為保證測(cè)量精度，被測(cè)壓力最小值應(yīng)不低于全量程的1/3為宜。

（2）壓力檢測(cè)裝置的原理。常用的壓力自動(dòng)檢測(cè)裝置原理如圖2-17所示，它是位移式開(kāi)環(huán)壓力變送器。

在智能化樓宇中，壓力的檢測(cè)主要用于風(fēng)道靜壓、供水管壓、差壓的檢測(cè)，有時(shí)也用來(lái)測(cè)量液位的高度，如水箱的水位等，大部分的應(yīng)用屬于微小壓力的測(cè)量，量程在0～5 000Pa。

圖2-18所示為 AST4500壓力檢測(cè)器，其能夠提供700bar （1bar=105Pa）壓力范圍內(nèi)的測(cè)量和1～5V及4～20mA的輸出。

2.3.4 流量檢測(cè)技術(shù)

1.流量及流量的檢測(cè)方法

流體的流量是指在短暫時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一流通截面的流體數(shù)量與通過(guò)時(shí)間之比，該時(shí)間足夠短，以至于可認(rèn)為在此期間的流動(dòng)是穩(wěn)定的。流體數(shù)量以體積表示稱(chēng)為體積流量，以質(zhì)量表示稱(chēng)為質(zhì)量流量。

流量檢測(cè)方法可以歸為體積流量檢測(cè)和質(zhì)量流量檢測(cè)兩種方式。

2.流量計(jì)

（1）流量計(jì)的分類(lèi)。測(cè)量流量的儀器稱(chēng)為流量計(jì)，流量計(jì)種類(lèi)繁多，適合于不同的工作場(chǎng)合。按照檢測(cè)原理分類(lèi)的典型流量計(jì)如表2-2所示。

（2）流量計(jì)的選用。安裝在流通管道中的流量計(jì)實(shí)際上是一個(gè)阻力件，在流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)將產(chǎn)生壓力損失，這會(huì)帶來(lái)一定的能源消耗，這也是流量計(jì)選型時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)—壓力損失。

在使用流量計(jì)時(shí)不僅要考慮控制系統(tǒng)容許壓力損失，最大、最小額定流量，使用場(chǎng)所的環(huán)境特點(diǎn)及被測(cè)流體的性質(zhì)和狀態(tài)，而且也要考慮儀表的精度要求及顯示方法等。

（3）典型流量計(jì)的原理及應(yīng)用。下面簡(jiǎn)介幾種流量計(jì)的原理及應(yīng)用。

① 容積式流量計(jì)。如圖2-19所示，這種流量計(jì)是直接根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表，它利用運(yùn)動(dòng)元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例，對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)。多數(shù)容積式流量計(jì)可以水平安裝，也可以垂直安裝，在流量計(jì)上要加裝過(guò)濾器，調(diào)節(jié)流量的閥門(mén)應(yīng)位于流量計(jì)下游。安裝時(shí)要注意流量計(jì)外殼上的流向標(biāo)志應(yīng)與被測(cè)流體的流動(dòng)方向一致。

② 超聲波流量計(jì)。這種流量計(jì)利用超聲波在流體中的傳播特性實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。超聲波在流體中傳播，將受到流體速度的影響，檢測(cè)接收的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流速，從而求得流體流量。超聲波流量計(jì)可夾裝在管道外表面，如圖2-20所示，儀表阻力損失極小，還可以做成便攜式儀表，探頭安裝方便，可以測(cè)量各種液體的流量，包括腐蝕性、高黏度、非導(dǎo)電性流體。由于其價(jià)格較高，目前多用在不宜采用其他流量計(jì)的地方。

③ 差壓式流量計(jì)。如圖2-21所示，這種流量計(jì)是基于在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體通過(guò)阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過(guò)測(cè)量差壓值可以求得流體流量。

2.3.5 液位檢測(cè)技術(shù)

1.液位檢測(cè)的方法

液位指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高度。液位檢測(cè)按測(cè)量方式可分為連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量?jī)纱箢?lèi)。連續(xù)測(cè)量方式能持續(xù)測(cè)量液位的變化；定點(diǎn)測(cè)量方式則只檢測(cè)液位是否達(dá)到上限、下限或某個(gè)特定的位置，定點(diǎn)測(cè)量?jī)x表一般稱(chēng)為液位開(kāi)關(guān)。

按工作原理分類(lèi)，液位檢測(cè)方法有直讀式、靜壓式、浮力式、電氣式、超聲波式等。

（1）直讀式液位檢測(cè)。該檢測(cè)采用側(cè)壁開(kāi)窗口或旁通管方式，直接顯示容器中液位的高度，方法可靠、準(zhǔn)確，但是只能就地指示，主要用于液面不高和壓力較低的場(chǎng)合。

（2）靜壓式液位檢測(cè)。該檢測(cè)基于流體靜力學(xué)原理，容器內(nèi)的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關(guān)系，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)密度不變時(shí)，通過(guò)測(cè)量參考點(diǎn)的壓力可測(cè)知液位。此類(lèi)儀表有壓力式、吹氣式和差壓式等類(lèi)型。

（3）浮力式液位檢測(cè)。其工作原理基于阿基米德定律，即漂浮于液面上的浮子或浸入液體中的浮筒，在液面變動(dòng)時(shí)其浮力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而可以檢測(cè)液位。此類(lèi)儀表有各種浮子式液位計(jì)和浮筒式液位計(jì)。

圖2-22所示為UHF型磁性浮子式液位計(jì)。它是以磁性浮子為感應(yīng)元件，并通過(guò)磁性浮子與顯示色條中磁性體的耦合作用，反映被測(cè)液位或界面的測(cè)量?jī)x表。此液位計(jì)和被測(cè)容器形成連通器，保證被測(cè)量容器與測(cè)量管體間的液位相等。當(dāng)液位計(jì)測(cè)量管中的浮子隨被測(cè)液位變化時(shí)，浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標(biāo)中的磁性體作用，使其翻轉(zhuǎn)，紅色表示有液，白色表示無(wú)液，以達(dá)到就地準(zhǔn)確顯示液位的目的。

用戶(hù)還可根據(jù)工程需要，配合磁控液位計(jì)使用，可就地顯示，或輸出 4～20mA 的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳電信號(hào)，以配合磁性控制開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)使用，對(duì)液位監(jiān)控報(bào)警或?qū)M(jìn)/出液設(shè)備進(jìn)行控制。

智能樓宇中，給排水系統(tǒng)均接入樓宇自控系統(tǒng)中。常規(guī)做法：在生活水箱和污水池中，至少安裝兩個(gè)水位開(kāi)關(guān)（液位傳感器）。就生活水箱而言，低位開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)應(yīng)啟泵，高位開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)應(yīng)停泵。實(shí)際工程中，更多的情況是安裝4個(gè)水位開(kāi)關(guān)，即增加超高報(bào)警和超低報(bào)警水位。

（4）電氣式液位檢測(cè)。其檢測(cè)原理是將電氣式液位敏感元件置于被測(cè)介質(zhì)中，當(dāng)液位變化時(shí)，其電氣參數(shù)如電阻、電容等也將改變，通過(guò)檢測(cè)這些電量的變化可知液位。

（5）超聲波式液位檢測(cè)。圖2-23所示為西門(mén)子生產(chǎn)的便攜式7ML5221超聲波式液位計(jì)。這種液位計(jì)能夠連續(xù)測(cè)量液位，最大量程為12m；使用自動(dòng)虛假回波抑制技術(shù)可避免固定的障礙物的影響，提高聲噪比，使精度達(dá)到量程的0.15%或6mm；內(nèi)置的溫度傳感器可以對(duì)不同的溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。

2.液位檢測(cè)的影響因素

在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，被測(cè)對(duì)象很少有靜止不動(dòng)的情況，因此會(huì)影響液位測(cè)量的準(zhǔn)確性，影響液位測(cè)量的因素對(duì)于不同介質(zhì)各有不同，影響因素包含在液位測(cè)量的特點(diǎn)中，具體如下所述。

① 穩(wěn)定的液面是一個(gè)規(guī)則的表面，但是當(dāng)液體流進(jìn)流出時(shí)，會(huì)有波浪使液面波動(dòng)，在某些情況下還可能出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象，使液面變得模糊。

② 大型容器中常會(huì)有各處液體的溫度、密度和黏度等物理量不均勻的現(xiàn)象。

③ 容器中的液面呈高溫、高壓、高黏度，或含有大量雜質(zhì)、懸浮物等。