传感器的典型工业应用-HVAC系统

一、概述

人们不断追求更好的工作、购物或居家的舒适性，在适宜的温湿度，才能保持愉悦的心情和良好的状态。随着智能建筑概念的兴起，对室内空气进行适度调节，保持舒适、均匀的温度与湿度，是HVAC(Heating,Ventilation and Air Conditioning) 最重要的功能。同时在工厂环境中，温度与湿度控制对于确保机器长期运行以及生产环节也至关重要。

2021年一场覆盖全行业的可持续发展绿色行动已经拉开帷幕，在实现碳中和的过程中，HVAC的节能及环保问题，也成为了目前业界所关心的问题。首先是环保，空调制冷剂含有挥发性有机化合物，会危害臭氧层。而针对节能话题，据清华大学建筑节能中心测算，2018年我国建筑运行碳排放在21亿吨左右，约占全社会排放总量的20%。

如今，为了实现HVAC的高效管理，提高生产力并增强建筑的可持续性，降低能耗的同时尽量提升舒适性，便捷性，HVAC系统正在引入更多IoT技术。

包括可以对温湿度进行智能调节，也可以更好地对暖通设备进行监控与运维，实现智能化的管理。随着HVAC系统的不断优化，HVAC 用传感器的需求也迅 速提升。据Industry ARC分析报告指出，2023年，HVAC传感器市场估计将超过24.07亿美元，在2017年至2023年期间的增长率为5.10％ 以上。

传感器在HVAC系统中主要布局在管道，房间，电缆，墙壁，浸入式等场所。传感器主要用于减少能耗、准确控制温湿度以及预测性维护等方面，测量及监控环境中的各种指标，例如温度、湿度、压力和空气质量。HVAC应用传感器类型包括温度传感器，湿度传感器，

压力传感器传感器，占用传感器，气体和挥发性有机化合物传感器等。

二、湿度传感器

HVAC的发展历时悠久，功能已经从仅控制温度（加热或冷却或兼而有之） 发展到不仅监测和控制温度，而且还监测控制湿度、空气质量等其他方面。从湿度角度来看，几乎所有新型系统都可以监测和显示湿度，尤其是在工业环境中，可以控制建筑物内的相对湿度水平。为了始终能够高效提供理想的室内环境，很多暖通空调系统现在都配备了用于加湿和除湿的特定组件。湿度传感器不仅在监测室内外的湿度方面发挥着关键作用，而且还可以负责监测和控制用于修改湿度设备的关键元件。湿度传感器已经从具有有限测量范围和精确度的简单电阻设备，发展到可以在各种条件下高精度测量温度和湿度的全数字产品。

TE一款可表面贴装的湿度/温度数字输出组合传感器 HTU31，采用 2.5 x 2.5 x 0.9 mm 6引脚DFN封装，是市场上尺寸小且精确度高的湿度传感器。即使在严苛的环境下，HTU31也能够提供响应速度快、测量精确度高、迟滞低和持续性能好的特点。

这些高精度传感器每个都经过校准，并进行了序列化以实现可追溯性，其相对湿度的典型精度为 ±2%，温度的典型精度为±0.2°C。具有响应时间快，功耗小的特点。

这些传感器既提供可配置地址的数字I2C接口版本，也提供具有0.5-4.5V输出的模拟接口版本。除HTU31外，TE 还拥有其他一众湿度感测产品，包括HTU2x系列数字湿度/温度传感器、HTU35和HTU38 湿度和温度模块、HM和HTM 湿度/温度和单湿度探头，以及HS1101LF湿度元件。TE湿度传感器系列采用电容式传感技术，该技术可以感应整个0-100%范围内的相对湿度，能够对变化的相对湿度水平迅速做出反应，并且可以从冷凝中快速恢复。配备的温度传感器，可以直接计算露点，并且能够监测房间或外壳内的温度。

三、压力测试

在暖通自控系统当中，末端传感器和控制器是保证整个系统平稳运行且达到节能效果的关键部件。

在中央空调的室内通风口处，压差式压力传感器被用来监测出风口处的滤网两端的气压差。过滤网用来过滤通风管道中的灰尘杂质，随着时间的累积，过滤网上的灰尘越积越多，渐渐影响到滤网的空气流通，也影响人们的身体健康。由于空气流通不畅，滤网两端的气压差不断增大。压力传感器感测到压力变化，上位机接收到来自压力传感器的信号，当这个信号值达到报警点时，就会开始报警，提醒更换或者清洗滤网。

压力传感器还可以通过测量空气流量和压力来提高空调系统的效率。通过对空气压力、质量和通风的评估和监测，压力传感器可准确判断出合适的通风量。此外，通过测量不同位置或房间的压力和气流，HVAC系统可以优化供暖、冷却及空气流动，降低能耗与成本。

随着TE收购SMI，现在可提供超低压传感器，可用于监视压缩空气系统中的过滤器，并监视、调节变风量和分区系统中的气流。

SM9000 / SM7000 / SM6000 / SM5000系列产品在表压、差压或不对称差压配置中提供0.07至2.49 PSI的压力范围。这些传感器能够检测到细微的压力变化，且精确度高，可提供长期的稳定性。该系列提供JEDEC 标准SOIC-16封装，具有双垂直或水平安装选项，适合表面贴装。通过双端口传输，可以进行基准测量，从而最大限度减少环境压力变化造成的误差。该系列压力传感器内部集成了信号调理ASIC，可以从数字接口获取高水平的校准压力信号。这消除了对额外电路（如包含自定义校正算法的补偿网络或微控制器）的需求。

压力传感器在HVAC系统中的应用

传感器是大多数供暖、通风、空调和制冷（HVACR）系统不可分割的组成部分之一。它们不仅能够帮助保持舒适的室内环境，还可以将HVAC系统与建筑自动化系统集成在一起，提高系统运行效率。

传统的HVAC系统使用压力、温度传感器以及开关来控制系统的基本操作，如打开或关闭阀门、通风口等。随着HVAC系统对效率的要求越来越高，对各子系统之间联动控制的准确性也随之提高，越来越多的传感器被应用到系统之中，在提高系统效率方面发挥了重要作用。

随着楼宇维护需求的增加，无论是商业还是工业建筑，通过与压力技术相结合，大楼安全性和居住舒适性都能够得到提升。主要体现在以下方面：

在HVAC系统当中，末端传感器和控制器是保证整个系统平稳运行且达到节能效果的关键部件。

在中央空调中，过滤网用来过滤通风管道中的灰尘杂质，室内通风口处的压力传感器则被用来监测出风口处的滤网两端的气压差。随着时间的累积，过滤网上的灰尘越积越多，渐渐会影响到滤网的空气流通，空气流通不畅时，滤网两端的气压差不断增大。当压力传感器感测到压力变化，上位机接收到来自压力传感器的信号，当这个信号值达到报警点时，就会开始报警，提醒保洁人员更换或者清洗滤网。除了这个作用，压力传感器还被用来参与控制送风口的送风量。

2．改善室内空气质量

建筑物内需要流动的空气来保障室内人员的舒适性和健康，而空气流量的多少取决于建筑物的功能和住户的人数。传感器常被用来测量空气流量和压力以提高空调系统的效率，这其中，压力传感器可以确保大量的气流被抽回建筑物，通过对空气压力、质量和通风的评估和监测，保障室内人员的呼吸。

3．优化系统

通过测量单个房间的压力和气流，可以优化供暖、冷却和空气流动，提高HVAC系统的效率，对探测区域的维修也可以减少能源成本，防止不必要的能源负荷导致设备故障，可以看出，通过传感器可以降低建筑物能耗和成本。

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