传感器及应用 第09章 传感器在家用电器及安全防范中的应用

传感器及应用第9章要点：1.家用电器中常用的传感器种类2.防盗报警探测器的类型、特点及安装注意事项3.复合探测技术的特点及安装4.火灾的类型及特点5.火灾探测器的种类、特性、安装及复合探测技术6.电阻型感温探测器原理第9章传感器在家用电器及安全防范中的应用主要内容●9.1传感器在家用电器中的应用●9.2传感器在防盗报警系统中的应用●9.3传感器在火灾探测报警的应用家用电器是家庭自动化的基础。“安全防范技术”是入侵防盗报警、防火、防暴及安全检查技术的统称。显然，家用电器和防火、防盗报警系统都是智能建筑的重要组成部分。也是传感器的重要应用领域。家用电器的种类很多，使用的传感器种类也很多。例如测量温度、湿度、气体、烟雾、压力、流量、转速、转距及力等物理量的传感器，它们有电阻式、热电式、光电式、磁电式、压电式、接触式、气敏、湿敏、超声波等类型。9.1传感器在家用电器中的应用●制冷与空调用传感器●厨用电器用传感器●洗涤与卫生电器用传感器9.1.1传感器在电冰箱与空调中的应用电冰箱用以制冷；空调器则兼有制冷机、电暖器及电风扇的功能，用以调节室内的空气。它们主要使用温度传感器，其类型多为热敏电阻。1.传感器在电冰箱中的应用（1）传感器在电冰箱中的作用电冰箱控制系统主要包括：温度自动控制、除霜温度控制、流量自动控制、过热及过电流保护等。完成这些控制需要检测温度和流量（或流速）的传感器。图9-1所示是常见的电冰箱电路，它主要由温度控制器、温度显示器、PTC启动器、除霜温控器、电动机保护装置、开关、风扇及压缩机电动机等组成。图9-1常见电冰箱电路原理图θ1—温控器θ2—除霜温控器RL—除霜热丝S1—门开关S2—除霜定时开关F—热保护器RT1—PTC启动器RT2—测温热敏电阻（2）电冰箱中的温度传感器①压力式温度传感器：压力式温度传感器有波纹管式和膜盒式两种形式，主要用于温度控制器和除霜温控器。如图9-2所示，传感器由波纹管（或膜盒）与感温管连成一体，内部填充感温剂。图9-2压力式温度传感器1—感温剂2—波纹管3—感温管②热敏电阻式温控电路。热敏电阻式温控电路如图9-3所示。热敏电阻Rt与电阻R3、R4、R5组成电桥，经IC1组成的比较器、IC2组成的触发器、驱动管V、继电器K控制压缩机的启停。图9-3热敏电阻温控电路③热敏电阻除霜温度控制。如图9-4所示是用热敏电阻组成的除霜温控电路，使除霜以手动开始，自动结束，实现了半自动除霜。图9-4热敏电阻组成的除霜温控电路9.1.2传感器在厨具中的应用一般的厨具如电饭煲等大都使用双金属片温度控制器，无须介绍。1.微波炉2.自动抽油烟机自动抽油烟机的电气部分主要由排油烟风扇和气敏监控电路组成。气敏监控电路主要由气体传感器和运算放大器LM324组成，如图9-8所示。图9-8自动抽油烟机气敏监控电路图如图9-9所示是电饭锅用磁钢限温器的结构原理图。传感器的受热板1紧靠内锅锅底，当压下煮饭开关时，通过杠杆将永久磁铁推上，与热敏铁氧体相吸，簧片开关接通电源。当热敏铁氧体的温度超过居里点温度，将失去磁化特性。铁氧体的吸力不仅与温度有关，还与其厚度有关。选择热敏铁氧体的材料配方和弹簧的弹性力，当锅中米饭做好，锅底的温度升高到103℃时，弹簧力大于永久磁铁与热敏铁氧体吸力，弹簧力将永久磁铁压下，电源被切断。图9-9电饭锅的磁钢限温器1—受热板2—热敏铁氧体3—弹簧4—永久磁铁5—驱动开关3.热敏铁氧体传感器在电饭锅中的应用9.1.3传感器在洗涤及卫生电器中的应用1.传感器在电热淋浴器中的应用燃气直流式热水器中一般设置有防止不完全燃烧的安全装置、熄火安全装置、空烧安全装置及过热安全装置等。前两个安全装置主要由温度传感器（热电偶）构成，后两个安全装置由水气联动装置来实现。9.1.3传感器在洗涤及卫生电器中的应用燃气直流式加热器的工作原理如图9-11所示。在热水器中的两个热电偶，一个设置在长明火的旁边，其热电动势加在电磁阀Y线圈的两端，在松开开关S时维持电磁阀的工作。如果发生意外使长明火熄灭，电磁阀关闭，切断燃气通路。缺氧保护热电偶2设置在燃烧室的上方，与热电偶1反极性串联。热水器正常工作时，热电偶2的热电动势较小，不影响电磁阀的工作。当氧气不足时，火焰变红且拉长，热电偶2被拉长的火焰加热，产生较大的热电动势，抵消了热电偶1的热电动势，使电磁阀Y关闭，起到了缺氧保护的作用图9-11燃气直流式加热器的工作原理1—进燃气电磁阀2—热电偶13—长明火4—水气联动开关5—主燃烧器6—热电偶27—热交换器8—燃烧室2.传感器在洗衣机中的应用在全自动洗衣机中使用的传感器有水位传感器、布量传感器和光电传感器等，使洗衣机能够自动进水、控制洗涤时间、判断洗净度和脱水时间,并将洗涤控制于最佳状态。如图9-12所示是传感器在洗衣机中应用的示意图。（1）水位传感器洗衣机中的水位传感器用来检测水位的等级。它由三个发光元件和一个光敏元件组成，根据依次点亮三个发光元件后，光到达光敏元件的变化而得到水位的数据。（2）布量传感器布量传感器是用来检测洗涤物的重量,是通过电动机负荷的电流变化来检测洗涤物的。（3）光电传感器光电传感器由发光二极管和光敏三极管组成，安装在排水口上部。根据排水口上部的光透射率，检测洗涤净度，判断排水、漂净度及脱水情况。在微处理器控制下，每隔一定时间检测一次，待值恒定时，则认为洗涤物已干净，便结束洗涤过程。在排水过程中，传感器根据排水口的洗涤泡沫引起透光的散射情况来判断排水过程。漂洗时，传感器可通过测定光的透射率来判断漂净度。脱水时，排水口有紊流空气使透光散射，光电传感器每隔一定时间检测一次光的透过率，当光的透过率变化为恒定时，则认为脱水过程完成，便通过微处理器结束全部洗涤过程。图9-12传感器在洗衣机中的应用示意图1—脱水缸2—光电传感器3—排水阀4—电动机5—布量传感器6—水位传感器3.传感器在家用吸尘器中的应用吸尘器中的传感器主要用来测量吸尘的风量或吸入管出口处的压力差，通过检测值与设定的基准值比较，经相位控制电路将电动机转速控制在最佳状态，以获取最好的吸尘效果。如图9-13所示是硅压力传感器在吸尘器内的安装图，传感器的输入端设置在吸入管的出口处，另一端与大气连通。当吸尘器接近床铺或地毯时，压力增大，电动机转矩下降，使床面或地毯上的灰尘充分吸入吸尘器。如图9-14所示是吸尘器风压传感器的结构示意图，它主要由风压板和可变电阻器等组成。吸入的空气流通过风压板带动可变电阻器转动，将风压转换为电阻的变化，以控制电动机的转矩大小，使其达到最佳的工作状态。9-13吸尘器中的压力传感器1—电动机2压力传感器3—吸气流4—吸气孔5—滤清器6—吸入物图9-14吸尘器风压传感器的结构示意图1—可变电阻2—弹簧3—风压板小结：1.电冰箱和空调器中所用传感器及其作用。2.橱用电器中所用传感器及特点。3.燃气淋浴器中热电偶的作用。4.洗衣机中所用传感器的作用。5.吸尘器中所用传感器的作用。作业：9-2、9-3。9.2传感器在防盗报警系统中的应用9.2.1入侵探测和防盗报警系统概述1.防盗系统的组成和功能防盗报警装置或系统大体上可分为微型、小型、中型和大型四种。无论哪种类型的防盗报警装置或系统，都由传感器（或探测器）、控制部分、警报产生部分、声光报叫部分和供电电源等基本部分组成。各部分的配置，视安全防范技术要求、用途和场合分别设计，可简单可复杂，可大可小。电子防盗报警装置的基本组成如图9-16所示。图9-16电子防盗报警装置基本组成框图2.入侵探测器的类型和选型（1）入侵探测器的选择原则根据防范技术要求和实际使用场合，入侵探测器可选用不同信号的传感器，如位移、振动、压力、红外等单传感技术方式，也可采用双传感技术方式或组合探测方式。入侵探测器的类型和级别，应根据防范技术要求、工作环境或场合来选择。入侵探测器的使用环境可分为室温、一般条件及室外严酷环境三种。按照正常条件下平均无故障工作时间（MTBF），入侵探测器分为四级：A级(1000h)、B级(5000h)、C级(2000h)和D级(6000h)。入侵探测器在正常气候条件下连续7天工作应不出现误报和漏报现象，其灵敏度和探测范围的变化不应超过10％。（2）入侵探测器的类型及其特点入侵探测器的类型很多，常见的有震动、超声波、微波、红外、电场畸变、开关和激光式探测器等。震动式入侵探测器有机械式、电动式和压电式等，可用于入侵者的走动，门、窗的相对移动或震颤以及保险柜发出的震动等点的探测。开关型报警器有磁控开关、微动开关、压力垫，或用金属条、金属箔、金属丝等，也属于点控制型传感头。电场畸变探测器主要用于户外的周界防范，一般可保护300～500m的周界。超声波、微波和红外式探测器可用于空间探测。激光是一种特殊光源，可归类于主动式红外探测。表9-2列出了超声波、微波和红外探测技术的警戒功能、工作特点和适于(不适于)工作的环境条件，供选型时参考。9.2.2红外入侵探测器红外入侵探测分为主动式和被动式。1.主动式红外入侵探测报警技术主动式红外探测报警是指由探测装置发射红外光束，并接收被测物遮挡光束的信号，然后进行报警的方法。主动红外探测报警器属于直线红外光束遮挡型，一般采用较细的平行光束构成一道人眼看不见的封锁线，当有人穿越或遮断这条红外光束时，启动报警控制器，发出声光报警信号。（1）主动式红外探测报警器的组成及工作原理如图9-18所示，主动式红外探测报警器由红外发射机、红外接收机和报警控制器等组成。分别置于发、收端的光学系统一般采用光学透镜，将红外光聚焦成较细的平行光束，形成警戒线。按红外光束的形式，分为单音脉冲式、载波调制式和有消隐波门的红外探测报警系统。在红外探测报警系统中，一般采用脉冲编码方式。图9-18红外光发射与接收系统的基本组成框图红外探测系统的有效作用距离决定于馈送给PIR的峰值电流，而不是其消耗的平均电流。一个以正常速度行走的人在通过任何一个给定场点时，约需200ms，PIR只需以远小于200ms的周期重复发射即可，如周期为50ms、发射持续时间为1ms的20kHz的脉冲列。这样，在保证决定有效作用距离不变的情况下，载波调制方式所消耗的电流仅为单音脉冲方式所消耗电流的1/50。这就大大降低了对红外发射器和发射功率的要求，同时也使发射效率大为提高。主动式红外探测报警器可根据防范要求以及实际防范区大小、形状的不同，视具体情况布置单光束、双光束或多光束，分别形成警戒线、警戒墙、警戒网等不同的封锁布局。如：红外发射机(T)和接收机(R)对向放置，形成单光束或多光束的红外警戒线；成对发、收装置对射，可构成红外警戒面；采用反射镜(转向镜)形成红外警戒线、警戒面或警戒网。对于有分岔的长走廊，可用一个红外发射器、两个反射镜和安装在走廊两端的两个红外接收器进行红外警戒；对于远距离主动红外警戒，可采用中继方式。（3）主动红外探测器的安装注意事项安装主动红外探测器时应注意：隐蔽、防破坏，防热、光、电气及小动物、昆虫及落叶等干扰。2.被动式红外探测报警技术被动式红外探测器即热释电红外探测器，它不需要附加红外光源，接收被测物的辐射。这种探测器具有二维探测、识别特性，且必须满足两个条件才能报警，即具有一定体温的生物体和具有一定的移动速度。热释电红外探测器对人体有很高的灵敏度，常用于室内和空间的立体防范。（1）热释电传感器与菲涅尔透镜的配接根据被动式红外探测器(PIR)的结构、警戒范围及探测距离的不同，大致可分为单波束型探测器和多波束型探测器两种。单波束型探测器是由红外传感器和曲面反射镜组成的，反射镜将来自目标的红外光能会聚在红外传感器上。单波束型探测器的警戒视场角较窄，一般在5°以下。但由于能量集中，故探测距离较远，可长达100m左右，适合探测狭窄的走廊、过道，封锁门窗、道口等。多波束型红外探测器采用采用菲涅尔光学透镜聚焦。菲涅尔透镜通常是在聚乙烯材料薄片上压制有宽度不同的分格竖条制成的。如图9-19所示，单个竖条平面实际上是一些同心的螺旋线形成多层光束结构的光学透镜，在不同探测方向呈多个单波束状态，组成立体扇形监测区域