2.3 智能楼宇的检测技术
除传感器外，智能楼宇还需要一定的检测技术，用于有选择地实现信号转换。检测技术就是针对复杂问题的检测方法、检测结构及检测信号处理等方面的综合研究。
2.3.1 温度检测技术
温度反映物体的冷热程度。温度检测原理就是选择合适的物体作为温度敏感元件，其某一物理性质随温度变化而变化的特性为已知，通过温度敏感元件与被测对象的热交换，测量相关的物理量，即可确定被测对象的温度。
温度检测的方式有接触式测温和非接触式测温两大类。采用接触式测温时，温度敏感元件与被测对象有良好的热接触，通过传导或对流进行热交换。但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，它往往会破坏被测对象的热平衡，存在置入误差，而且需要一定的时间才能达到热平衡，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高温度的测量，如热电阻传感器等。采用非接触式测温时，温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或者是温度敏感元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能的大小推出被测对象的温度，这种方法测温响应快，对被测对象干扰小，可测量高温、运动的被测对象或用于有强电磁干扰、强腐蚀的场合，但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，其测量误差较大，如红外高温传感器、光纤高温传感器等。
温度检测方法的分类如表2-1所示。
表2-1 温度检测方法的分类
温度检测仪的结构有壁挂式、风道式、水管式等，如图2-13所示。
图2-13 智能楼宇中的温度检测仪
图2-14所示为T7420A快速浸入式温度传感器，用于加热、制冷或生活用热水温度控制，区域性采暖或制冷控制。其工作范围是-10～+110℃，传导延时小于2s，配有1m长的电缆线，它可以将探头直接插入介质。
图2-14 T7420A快速浸入式温度传感器
2.3.2 湿度检测技术
在智能化楼宇中对湿度的检测主要用于室内外的空气湿度、风道的排风和回风的湿度检测等。
湿度是指大气中所含的水蒸气量。最常用的表示方法有两种，即绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指一定大小空间中水蒸气的绝对含量，用g/m3表示。绝对湿度也可称为水蒸气浓度或水蒸气密度。
绝对湿度可用水蒸气压力表示。设空气中水蒸气密度为ρV，根据理想气体状态方程，得出如下关系式。
式中：M为水蒸气的摩尔质量；R为摩尔气体常数；pV为水蒸气压力；T为热力学温度。
相对湿度为某一被测气压与相同温度下饱和水蒸气压力比值的百分数，常用%RH 表示，这是一个无量纲值。显然，绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出了大气的潮湿程度，故使用广泛。
湿度的检测方法很多，传统的方法是露点法、毛发膨胀法和干湿球温度测量法。随着科学技术的发展，利用潮解性盐类、高分子材料、多孔陶瓷等材料的吸湿特性可以制成湿敏元件，构成各种类型的湿度检测仪器。
干湿球湿度计的使用十分广泛，常用于测量空气的相对湿度。这种湿度计由两个温度计组成，一个温度计用来直接测量空气的温度，称为干球温度计；另一个温度计在感温部位包有被水浸湿的棉纱吸水套，并经常保持湿润，称为湿球温度计。当棉套上的水分蒸发时，会吸收湿球温度计感温部位的热量，使湿球温度计的温度下降。水的蒸发速度与空气的湿度有关，相对湿度越高，蒸发越慢；反之，相对湿度越低，蒸发越快。所以，在一定的环境温度下，干球温度计和湿球温度计之间的温度差与空气湿度有关。
图2-15所示为阿斯曼干湿球湿度计，其外层镀铬，装有两个温度计和一个干湿计，干湿计上配有机械通风设备。
图2-16所示为HM1500湿度检测器，采用高分子聚合物湿敏元件设计而成，带防护棒式封装， 5V直流供电，1～4V直流电压输出，湿度量程范围为0～100%RH，精度为±3%RH，防灰尘，可有效抵抗各种腐蚀性气体物质，具有非常低的温度依赖性。
图2-15 阿斯曼干湿球湿度计
图2-16 HM1500湿度检测器
有时，会把温度和湿度检测功能在一个装置中完成，制成温湿度检测仪器。如 RSB525-4型温湿度检测器，其测量范围：温度为0～50℃，精度为±0.5℃；湿度为0～100%RH，精度为±3%RH；温度的响应时间小于30s，湿度的响应时间小于15s，供电电压为+24V，功耗小于200mW。
智能楼宇空调系统中常用到温湿度检测仪表。
2.3.3 压力检测技术
1.压力的检测方法及分类
压力定义为垂直均匀地作用于单位面积上的力，通常用p表示。主要的压力检测方法及分类有如下几种。
（1）重力平衡方法。重力平衡方法分液柱式压力计和负荷式压力计，前者基于液体静力学原理，利用被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡，将被测压力转换为液柱高度来测量，其典型仪表是U形管压力计，该压力计读数直观、价格低，但信号不能远传，可以测量压力、负压和压差；后者基于重力平衡原理，其主要形式为活塞式压力计。
（2）机械力平衡方法。这种方法是将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力，再由变送器变成标准输出信号，可以测知被测压力。机械力平衡式仪表可以达到较高精度，但是结构复杂。这种类型的压力变送器、差压变送器在电动组合仪表和气动组合仪表中应用较多。
（3）弹性力平衡方法。这种方法利用弹性元件的弹性变形特性进行测量。被测压力使测压弹性元件产生变形，因弹性变形而产生的弹性力与被测压力相平衡，测量弹性元件的变形大小即可知被测压力。
（4）物性测量方法。此种方法基于在压力的作用下，测压元件的某些物理特性发生变化的原理。
2.压力检测仪
（1）压力检测仪的选用。压力检测仪的选用依据主要有以下几个方面。
① 控制系统对压力检测的要求。例如，测量精度、被测范围及对附加装置的要求等。
② 被测介质的性质。例如，介质温度高低、黏稠度大小、有无腐蚀和易燃易爆情况等。
③ 现场环境条件。例如，高温、腐蚀、潮湿、振动等。
除此之外，对弹性式压力表，为了保证弹性元件在弹性变形的安全范围内可靠地工作，在选择压力表量程时必须留有余地。一般在被测压力较稳定的情况下，最大压力值应不超过满量程的3/4；在被测压力波动较大的情况下，最大压力值应不超过满量程的2/3。为保证测量精度，被测压力最小值应不低于全量程的1/3为宜。
（2）压力检测装置的原理。常用的压力自动检测装置原理如图2-17所示，它是位移式开环压力变送器。
图2-17 压力自动检测装置原理
在智能化楼宇中，压力的检测主要用于风道静压、供水管压、差压的检测，有时也用来测量液位的高度，如水箱的水位等，大部分的应用属于微小压力的测量，量程在0～5 000Pa。
图2-18 AST4500压力检测器
图2-18所示为 AST4500压力检测器，其能够提供700bar （1bar=105Pa）压力范围内的测量和1～5V及4～20mA的输出。
2.3.4 流量检测技术
1.流量及流量的检测方法
流体的流量是指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比，该时间足够短，以至于可认为在此期间的流动是稳定的。流体数量以体积表示称为体积流量，以质量表示称为质量流量。
流量检测方法可以归为体积流量检测和质量流量检测两种方式。
2.流量计
（1）流量计的分类。测量流量的仪器称为流量计，流量计种类繁多，适合于不同的工作场合。按照检测原理分类的典型流量计如表2-2所示。
表2-2 流量计的分类
（2）流量计的选用。安装在流通管道中的流量计实际上是一个阻力件，在流体通过流量计时将产生压力损失，这会带来一定的能源消耗，这也是流量计选型时的一个重要指标—压力损失。
在使用流量计时不仅要考虑控制系统容许压力损失，最大、最小额定流量，使用场所的环境特点及被测流体的性质和状态，而且也要考虑仪表的精度要求及显示方法等。
（3）典型流量计的原理及应用。下面简介几种流量计的原理及应用。
① 容积式流量计。如图2-19所示，这种流量计是直接根据排出体积进行流量累计的仪表，它利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例，对被测流体进行连续的检测。多数容积式流量计可以水平安装，也可以垂直安装，在流量计上要加装过滤器，调节流量的阀门应位于流量计下游。安装时要注意流量计外壳上的流向标志应与被测流体的流动方向一致。
图2-19 容积式流量计
② 超声波流量计。这种流量计利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量。超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接收的超声波信号可以测知流速，从而求得流体流量。超声波流量计可夹装在管道外表面，如图2-20所示，仪表阻力损失极小，还可以做成便携式仪表，探头安装方便，可以测量各种液体的流量，包括腐蚀性、高黏度、非导电性流体。由于其价格较高，目前多用在不宜采用其他流量计的地方。
③ 差压式流量计。如图2-21所示，这种流量计是基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。
图2-20 超声波流量计
图2-21 差压式流量计
2.3.5 液位检测技术
1.液位检测的方法
液位指设备和容器中液体介质表面的高度。液位检测按测量方式可分为连续测量和定点测量两大类。连续测量方式能持续测量液位的变化；定点测量方式则只检测液位是否达到上限、下限或某个特定的位置，定点测量仪表一般称为液位开关。
按工作原理分类，液位检测方法有直读式、静压式、浮力式、电气式、超声波式等。
（1）直读式液位检测。该检测采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中液位的高度，方法可靠、准确，但是只能就地指示，主要用于液面不高和压力较低的场合。
（2）静压式液位检测。该检测基于流体静力学原理，容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。此类仪表有压力式、吹气式和差压式等类型。
（3）浮力式液位检测。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体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生相应的变化，从而可以检测液位。此类仪表有各种浮子式液位计和浮筒式液位计。
图2-22 UHF型磁性浮子式液位计
图2-22所示为UHF型磁性浮子式液位计。它是以磁性浮子为感应元件，并通过磁性浮子与显示色条中磁性体的耦合作用，反映被测液位或界面的测量仪表。此液位计和被测容器形成连通器，保证被测量容器与测量管体间的液位相等。当液位计测量管中的浮子随被测液位变化时，浮子中的磁性体与显示条上显示色标中的磁性体作用，使其翻转，红色表示有液，白色表示无液，以达到就地准确显示液位的目的。
用户还可根据工程需要，配合磁控液位计使用，可就地显示，或输出 4～20mA 的标准远传电信号，以配合磁性控制开关或接近开关使用，对液位监控报警或对进/出液设备进行控制。
智能楼宇中，给排水系统均接入楼宇自控系统中。常规做法：在生活水箱和污水池中，至少安装两个水位开关（液位传感器）。就生活水箱而言，低位开关动作时应启泵，高位开关动作时应停泵。实际工程中，更多的情况是安装4个水位开关，即增加超高报警和超低报警水位。
（4）电气式液位检测。其检测原理是将电气式液位敏感元件置于被测介质中，当液位变化时，其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的变化可知液位。
图2-23 便携式7ML5221超声波式液位计
（5）超声波式液位检测。图2-23所示为西门子生产的便携式7ML5221超声波式液位计。这种液位计能够连续测量液位，最大量程为12m；使用自动虚假回波抑制技术可避免固定的障碍物的影响，提高声噪比，使精度达到量程的0.15%或6mm；内置的温度传感器可以对不同的温度变化进行补偿。
2.液位检测的影响因素
在实际的测量过程中，被测对象很少有静止不动的情况，因此会影响液位测量的准确性，影响液位测量的因素对于不同介质各有不同，影响因素包含在液位测量的特点中，具体如下所述。
① 稳定的液面是一个规则的表面，但是当液体流进流出时，会有波浪使液面波动，在某些情况下还可能出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。
② 大型容器中常会有各处液体的温度、密度和黏度等物理量不均匀的现象。
③ 容器中的液面呈高温、高压、高黏度，或含有大量杂质、悬浮物等。