随着科技的不断进步,人们对生活质量的要求不仅仅停留在物质条件不断得到满足,从而逐渐衍生出具有安全、便捷、高效、快捷、智能化、个性化特点的智能家居系统,其对于改善现代人类生活质量,创造舒适、便捷高效的生活空间有着非常重要的意义。
在智能家居备受关注的同时,其内部各种自动控制、检测、空调设备等系统也同样受到重视,该系统中所应用的电子元件几乎都与特种陶瓷密不可分,比如自动控温设备中所应用的热敏陶瓷,自动调节湿度设备中所应用的湿敏陶瓷,光检测元件中的光敏陶瓷等。
1 敏感陶瓷的工作原理
热敏陶瓷、湿敏陶瓷及光敏陶瓷都属于特种陶瓷中的一个细小的分支,它们都属于功能陶瓷中的半导体陶瓷(又称敏感陶瓷)。半导体陶瓷是指具有半导体性质的陶瓷材料。半导体陶瓷主要用于制作各种敏感元件,是各种信息传感器的关键材料,因而又被称为敏感陶瓷。
热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变化的陶瓷。一般按温度系数可分为电阻随温度升高而增大的正温度系数(PTC),与之相反的负温度系数(NTC)和电阻在特定温度范围内急剧变化的临界温度系数(CTR)等热敏陶瓷。
湿敏陶瓷是一类电阻随湿度变化而发生明显变化的陶瓷。
敏感陶瓷在应用时可作为同时检测两个及以上参数的多功能传感器,例如热敏陶瓷可以以热敏电阻传感器、温度传感器等形式应用;湿敏陶瓷主要以湿度传感器的形式加以应用。
2 敏感陶瓷在智能家居系统中的应用举例
在一套完善的智能家居中,经常接触到的最基本的系统有空调通风系统和防火排烟系统,在此工作系统中对各工作元件都有严格的精度要求,例如:湿度传感器、温度传感器的测试精度、准确度等。
2.1 空调通风系统
智能家居中的空调通风系统主要作用是室内空气调节。空调调节是指通过采用一定的技术手段,在某一特定空间内,对空气环境(温度、湿度及空气流动速度)进行调节和控制,使其达到并保持在一定范围内,以满足工艺过程和人体舒适性的要求。舒适空调一般指夏季室内温度为24℃~28℃,相对湿度40%~65%;冬季室内温度为18℃~22℃,相对湿度40%~60%。在智能家居系统中,通过空气调节可以创造出合适的室内气候环境,以利于人们的生活、学习和休息。
空调通风系统工作时,在湿度相对较高的夏季主要是采用供冷空气的方式使室内的温度达到理想的数值,在温度相对较低的冬季时供暖空气以达到供暖的目的。夏季供的冷空气,冬季供的热空气都是经过处理的。在冬季,一般来说空气比较干燥,所需的空气需要进行加湿调节。空气调节系统需要多种传感器,同时对这些传感器又有很高的工艺要求。湿度传感器、温度传感器要能够自动实时地检测新风、送风、回风和被控环境的湿温度;压力传感器、流量传感器要能够自动实时地检测蒸汽压力、流量;同时,温度传感器还应测定热水温度及制冷水的温度;还要能根据气象参数及不同的控制要求,自动调节和切换各个阀门,从而控制新风处理状态及全空气空调系统的室内状态。
在智能家居系统中,对通入室内的空气温度及湿度有很高的要求,并且室内的温度、湿度会随外界温度的变化而变化,这就要求传感器要快速做出反应进行自动调节。在这里传感器起到监控的作用,接受信号后马上反锁到总控制系统并自行地进行调试。
2.2 消防水灭火系统
在防火排烟系统中,敏感陶瓷在自动喷水灭火系统中的应用:
1)自动喷水灭火系统是一种利用固定管网、喷头能自动喷水灭火,并同时发出火警信号的灭火系统。
2)它利用火灾时产生的光、热及压力等信号传感而自动启动,将水洒向着火区域,用来扑灭火灾或控制火灾蔓延。
3)它既有探测火灾并报警的功能,又有喷水灭火、控制火灾发展的功能,起着随时监测火情、自动启动灭火装置的作用。
敏感陶瓷所制备的元件主要应用于闭式喷头、湿式报警器、报警装置中。
闭式喷头由喷水口、感温释放结构和溅水盘等组成。在系统中担负着探测火灾、启动系统和喷水灭火的任务。主要是由热敏陶瓷制备的温度传感器对温度进行测试。
报警控制阀是自动喷水灭火系统中控制水源、启动系统和水力警铃等报警设备的专用阀门。报警控制装置在自动喷水灭火系统中起监测、控制和报警的作用,并能发出声、光等信号的装置,主要由控制器、检测器和报警器等组成。
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