Những thách thức tiềm ẩn trong thiết kế cảm biến phòng
13/12/2024
Lượt xem: 45
Thiết bị cảm biến là một thiết bị phát hiện tín hiệu hiện trường, được lắp đặt và sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau trong đó có lĩnh vực HVAC. Trong đó, cảm biến phòng là một bộ phận quan trọng nhưng thường bị đánh giá thấp của hệ thống HVAC. PGTECH hiện đang cung cấp các giải pháp Cảm biến hệ HVAC và công nghiệp của thương hiệu Belimo Thuỵ Sỹ, nhà sản xuất thiết bị cảm biến, thiết bị điều khiển tự động hoá hàng đầu thế giới. Nổi bật trong số cảm biến này phải kể tới dòng cảm biến 3 trong 1: với chức năng cảm biến nhiệt độ độ ẩm và khí CO2 công nghệ cao, độ chính xác cao và hoàn hảo của Belimo Thuỵ Sỹ. Nhờ vào khả năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực HVAC, cảm biến của Belimo nổi lên trong giới công nghệ thế giới bởi tính đa dạng, nhỏ gọn, hiệu quả và điều khiển thông minh.
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và khí CO2 ba trong một cho hệ HVAC đa chức năng và nổi tiếng nhất của Belimo
Chỉ có một số ít người biết được cần phải có bao nhiêu công sức và sự chuẩn bị để tạo ra một thiết bị có thể đo nhiệt độ chính xác – xuống đến phần mười độ – cho các điều kiện bên ngoài khác nhau. Tiến sĩ Sebastian Eberle, Trưởng phòng Phát triển Công nghệ Cảm biến Môi trường tại Belimo và Yoram Mottas nói về những thách thức phải đối mặt trong ứng dụng này và cách nhà sản xuất Belimo sử dụng các giải pháp sáng tạo để giải quyết những vấn đề này nhằm cung cấp cảm biến phòng nhanh chóng và chính xác.
Yêu cầu về điều kiện hoạt động
Con người chỉ cảm thấy thoải mái trong một khoảng không gian môi trường hẹp. Không đươc quá nóng hoặc quá lạnh – thật ngạc nhiên là nhiều người có thể phân biệt được sự thay đổi nhiệt độ trong khoảng ±0,5 °C – và độ ẩm tương đối phải vừa phải. Hình 1 thể hiện Khoảng nhiệt độ và độ ẩm mà con người cảm thấy thoải mái được minh họa bởi Giáo sư Tiến sĩ Kỹ sư Wolfram Frank, Trưởng khoa Cơ học chất lưu và Giáo sư danh dự tại Khoa Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Đại học Siegen, Đức).
Điều này gây ra nhiều áp lực lên các hệ thống HVAC và, với hầu hết các thành phần cảm biến hiệu suất cao cung cấp độ chính xác ±0,2 °C, điều này chỉ để lại biên độ sai số ±0,3 °C để thiết kế một thiết bị cảm biến phòng có thể đáp ứng các yêu cầu về sự thoải mái và tuân thủ các tiêu chuẩn của ngành.
Kiểm định bù (Testing and compensating)
Hiểu được cơ chế truyền nhiệt nào – dẫn nhiệt, đối lưu hoặc bức xạ – gây ra hiện tượng cụ thể có thể giúp các kỹ sư thiết kế đúng hướng. Loại thử nghiệm này đòi hỏi phải kiểm soát chính xác các thông số môi trường, sử dụng thiết lập như trong Hình 2.
Việc đo nhiệt độ với độ chính xác như vậy vốn dĩ là rất khó, nhưng lại càng phức tạp hơn nữa do các yếu tố bên ngoài có thể ảnh hưởng đến kết quả đo nhiệt độ, chẳng hạn như luồng không khí, độ ẩm, nguồn nhiệt và các biến động điện áp trên toàn thế giới.
Ngoài ra, giá trị đo được cần phải biểu thị nhiệt độ ở giữa phòng khi cảm biến được gắn trên tường. Điều này gây ra thêm nhiều phức tạp vì các nhà sản xuất cảm biến có ít quyền kiểm soát cách lắp đặt, nghĩa là thiết bị cần được thiết kế theo cách mà thông số bổ sung này không ảnh hưởng đến kết quả đo.
Buồng thử nghiệm chứa cảm biến được cung cấp luồng khí tầng liên tục có thể được kiểm soát chính xác từ 0,05 m/giây đến 0,3 m/giây, mô phỏng môi trường trong nhà. Sau đó, thiết bị này được đặt trong một vỏ cách nhiệt có khả năng điều chỉnh nhiệt độ với độ chính xác 0,1 °C.
Vì luồng không khí bên trong vỏ cao hơn nhiều so với luồng khí bên trong buồng thử nghiệm, nên có thể đạt được (hoặc thay đổi) nhiệt độ mong muốn rất nhanh. Thiết lập này cũng cung cấp khả năng kiểm soát các thông số như độ ẩm và điện áp nguồn, cung cấp một công cụ mạnh mẽ để tạo hồ sơ hiệu chuẩn chi tiết và đánh giá riêng các đóng góp riêng lẻ của từng cơ chế trao đổi nhiệt.
Thiết kế thông minh
Dữ liệu mở rộng thu thập được bằng cách sử dụng giàn thử nghiệm có thể được đưa vào thiết kế cảm biến để tối đa hóa hiệu suất, giảm ảnh hưởng của bức xạ và loại bỏ hiện tượng tự gia nhiệt. Ví dụ, thử nghiệm cho thấy việc tối ưu hóa thiết kế các lỗ thông gió trong vỏ có thể tăng cường sự kết nối giữa bộ phận cảm biến và nhiệt độ thực tế của phòng. Điều này có thể được tối ưu hóa hơn nữa bằng cách thay đổi hình dạng và vị trí của các kênh luồng không khí bên trong thiết bị.
Một cân nhắc quan trọng khác khi thiết kế cảm biến nhiệt độ phòng là các phép đo không bị ảnh hưởng bởi nhiệt sinh ra từ các linh kiện tử bên trong chính thiết bị. Điều này đòi hỏi các chiến lược để cô lập bộ phận cảm biến mà không ảnh hưởng đến yếu tố hình thức của thiết kế tổng thể. Một cách tiếp cận để đạt được điều này được thể hiện trong bản đồ nhiệt ở Hình 3.
Bảng mạch in (PCB) của cảm biến được tạo thành từ hai phần tách biệt về mặt vật lý được kết nối bằng các giá đỡ mỏng. Phần dưới bộ phận cảm biến, trong khi phần trên chứa các linh kiện điện tử – chẳng hạn như bộ vi điều khiển và nguồn điện – tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động bình thường. Như có thể thấy, khu vực này của PCB ấm hơn nhiều so với phần giữ bộ phận cảm biến. Nhiệt không ảnh hưởng đến bộ phận cảm biến thông qua dẫn nhiệt nhờ sự tách biệt vật lý, các giá đỡ nhỏ và thực tế là các mặt phẳng nối đất bằng đồng của hai mạch không được kết nối. Vì đồng là chất dẫn nhiệt rất hiệu quả nên chi tiết này có thể làm giảm đáng kể hiệu ứng tự làm nóng.
Mặc dù nhiều vấn đề có thể được giải quyết trong giai đoạn thiết kế, vẫn còn những yếu tố bên ngoài nằm ngoài tầm kiểm soát của nhà sản xuất – chẳng hạn như luồng không khí, độ ẩm, các nguồn nhiệt khác nhau và nguồn điện khác nhau. Ví dụ, vấn đề sau được giải quyết bằng phép đo thời gian thực bên trong và thuật toán bù trừ. Tuy nhiên, việc phụ thuộc quá nhiều vào khả năng bù trừ có thể khiến thiết bị kém nhạy hơn và phản ứng chậm hơn.
Kết luận
Có rất nhiều yêu cầu khi nói đến cảm biến phòng; chúng cần phải chính xác, nhanh và phù hợp để sử dụng trên toàn cầu và nhiều ứng dụng. Điều này đòi hỏi phải lập kế hoạch kỹ lưỡng khi thiết kế thiết bị để loại bỏ các nguồn lỗi bên trong tiềm ẩn, đồng thời bù đắp cho các biến động bên ngoài không thể tránh khỏi. Bài viết này chỉ đề cập đến những khó khăn liên quan đến phép đo nhiệt độ và thậm chí chưa đề cập đến việc giám sát và kiểm soát các thông số khác cần thiết để đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho không gian trong nhà, chẳng hạn như độ ẩm, mức CO2, vật chất dạng hạt hoặc hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs). Hy vọng rằng, bài viết này đã giúp làm nổi bật sự phức tạp trong việc tạo ra cảm biến nhiệt độ phòng hiệu suất cao và sẽ mang lại cho thiết bị thường bị bỏ qua này một số sự đánh giá xứng đáng. Việc tạo ra một môi trường an toàn cho sức khỏe con người là mục tích hướng tới của nhà sản xuất Belimo Thụy Sỹ. PGTECH đã không ngừng nghiên cứu giải pháp để đưa về thị trường những dòng cảm biến công nghệ cao nhất, tính ứng dụng thiết thực nhất cho hệ thống HVAC hiện đại.
PGTech Co., Ltd - Nhà phân phối các thiết bị, sản phẩm công nghiệp uy tín hàng đầu tại Việt Nam và các nước trong Khu Vực
Copyright © - Bản quyền bài viết thuộc về PGTech Việt Nam
Ban Biên Tập Tin Tức: PGTECH
Kỹ Sư: Đỗ Trường
PGTECH CO., LTD
VPGD: Tầng 3, Tòa Nhà C14-CT2, Bắc Hà, Bộ Công An, Đường Tố Hữu, Nam Từ Liêm, HN.
Địa Chỉ: PGTECH Co., Ltd số 12, Ngõ 28, Đường Tây Hồ, Phường Quảng An, Quận Tây Hồ, TP. Hà Nội
Điện Thoại: 024-730235 88 - Hotline: 0962 875 986
Fax: 024-730235 89
Email: info@pgtech.com.vn sales@pgtech.com.vn
Website: www.pgtech.com.vn