十二月 16, 2021

HVAC系统中的湿度与流量控制

作者:IST工程师 李驰

湿度控制

 

湿度控制是HVAC系统中非常重要的话题。我们常用相对湿度的概念计量环境中的湿度水平。相对湿度是指空气中水分子的数量对所能容纳水分子最大数量的占比,相对湿度通过百分比的形式表征。空气储存水分子的能力随温度变化,温度越高空气储水能力越强。

空气的湿度水平与人的生活健康,工业生产,货物存储,息息相关。例如,在中国南方,高湿的冬天,使人有一种阴冷刺骨的湿冷感;而夏天的高湿,会使人的体感温度高于环境,产生明显的湿热感;锂电池生产车间对湿度水平有着严格的要求,通常情况下,锂电池生产干燥房的温度一般控制在20-25℃,湿度1%以下,几近绝对干燥的湿度环境就是为了保证锂电池的生产质量;一般电子工业产品的存储环境湿度应该40%以下,有的电子产品要求湿度更低;但是低湿环境也会使得电子产品的防静电性能明显下降,造成可能的生产安全隐患。

湿度测量中的关键指标是在可接受的响应时间内稳定检测正确的湿度水平。传感器必须覆盖0 % RH~100 % RH的完整测量范围。更不用说,即使是长时间在苛刻的条件下使用,稳定性也应保持不变。凭借特别开发的聚合物材料,IST AG的湿度传感器和模块能够很好地应对温度周期变化和接触腐蚀性化学品所带来的挑战。

Figure 1 P14-W湿度电容芯片

P14 湿度电容器是被动湿度元件。传感器芯片设计和材料选择是在过去几十年 HVAC 市场对优质产品需求不断增加的支持下不断发展的结果。如今,多年的经验使得P14即使在结露的情况下以及在一些种腐蚀性环境中也能进行测量。由于采用陶瓷基板和专有聚合物所构成的防水设计,它可提供出色的稳定性和持久的测量结果。对于打算从底层湿度电容芯片开始设计产品的 HVAC 传感制造商来说,P14是极佳选择。

Figure 2 从左至右依次为:HYT271, HYT221, HYT939

HYT系列是基于P14湿度电容芯片开发的模块产品。集成到用于高端 HVAC 应用的数字和完全校准的温度和湿度模块的开发成果。HYT模块进行九点校准以确保在较宽的温度和湿度带宽范围内具有高精度,而正确的材料选择(例如氧化铝陶瓷作为基板)也使得传感器具有令人满意的使用寿命。传感器组件及其周围材料经过精心设计,可确保几乎零吸湿并防止因错误的微环境影响而导致误读。

HYT 模块提供外露传感器元件版本以及两个带保护版本,用于快速集成到风管变送器、压缩空气变送器或壁挂式恒温器中。同时 HYT 模块可以通过定制校准,使得在 0-50 % 相对湿度范围时,其精度可优于 +/- 1.4 % RH。

HYT 271:数字湿度的基本解决方案,受到变送器,测量仪器和HVAC应用制造商的青睐。
HYT 221:防尘,防颗粒,可通过O型圈将其密封在管壁上,通常用于工业干燥系统,农业和医疗设备,如孵化器。
HYT 939:该模块还可以防止灰尘和颗粒进入,并通过O形圈密封在管壁上,压力等级最高为16 bar。它的特点是在压缩空气中露点测量,还用于实验室应用,医疗和干燥系统。

流量控制

HVAC系统中的流量测量可以用于监测系统的运行状态,进而提高系统的运行效果与效率,并对可能的故障进行及时的诊断。

Figure 3 FS7 流量传感器

 

FS7 流量传感器的开发理念是易于用户集成的,用于 HVAC 应用的热式流量传感器。 通过一个具有双电阻结构的单芯片,在简单电路中实现恒定风速计原理的测量。将芯片直接插入气流中,即可以获得很高的灵敏度。可以在 0 m/s 至 25 m/s 或更高的典型 HVAC 风管流速范围内进行测量。FS7 的高灵敏度特点不仅很好适应 0 m/s 至 2 m/s 的低流速测量,同时兼顾了很宽的动态范围,FS7最高可以测量100 m/s 的流速。

FS7 的常见应用包括:经典的风管流量变送器,与空气净化器结合用于过滤器监测, 高性能应用包括吸入火灾探测器和压缩空气质量流量计。

Figure 4 SFS01 硅流量传感器

Figure 5 MFS02 流量传感器

MFS02 和 SFS01传感器芯片的设计目标是实现超快速和超灵敏的流量测量,同时为 HVAC 系统中电池供电的流量计量设备提供解决方案。 MFS02 使用玻璃基板开发而 SFS01 使用硅基板,流量测量器件位于芯片组件中的薄膜上,这允许利用非常小的热质量进行流量测量,并且使得传感器具有极快的相应速度:MFS02 的响应时间小于 10 ms,SFS01 的响应时间小于 5 ms,还可以通过低至 5 mPa 的无噪声分辨率实现差压应用中的超灵敏测量。

传感器集成在正压送风系统,过滤器监控,真空手套箱,微流体气体,电池供电设备中。

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