专利名称：一种新型空调智能传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空气调节、采暖、通风及其设备。特别涉及一种用于房间高舒适度要求的空气调节器的智能空调传感器。
背景技术：
空气调节器分为工业空调和舒适空调。最早的空调先应用在工业上，称为工业空调，后来逐渐发展舒适空调，安装在居住房间。工业空调起源于15世纪末，到了19世纪后半叶得到很大发展。我国第一台房间空调器是1965年由上海空调厂生产。随着我国空调工业迅速发展和人民生活水平的不断提高，空调的产量、种类、式样、功能、质量等有很大的突破和发展。
20世纪90年代，我国家庭购买的空调器都是定速空调器。随着新世纪的到来变频空调也跟着进入家庭，空调的质量性能越来越好。其中起主要作用的电器控制部分的传感器也在不断更新换代。如20世纪80年代以前生产的窗式空调器中，都是采用机械压力式温度控制器，其温度调节范围为18℃～30℃，控制精度为±2℃；之后，使用热敏电阻传感器配合单片机，能够自动启停空调器，并具有保护电路和故障判断的作用，其中定速空调器的温度波动大于1.5℃，变频空调器为±0.5℃。由此可知，到目前为止变频空调器是舒适度最高的空调器。但包括变频空调在内的所有空调在室内控制方面都是采用热敏电阻作为室内温度控制器，只是考虑了皮肤和大气的温差对皮肤散热速度的影响，并没有考虑皮肤表面给热系数的影响，对于舒适度指标来说还是不够理想。况且，用作温度传感器的热敏电阻本身与热电阻相比，其互换性和稳定性都较差，且非线性较严重，也直接影响到控制的质量。
生命过程属于在恒体温下不间歇消耗化学能、释放反应热的生化过程。为了维持体温始终处在正常的范围之内，有相当一部分反应热需要通过皮肤释放到大气环境中。当人的活动强度一定时，需要通过皮肤散热的速度是相对固定的。皮肤散热速度不仅与皮肤和周围大气的温差成正比，而且还与皮肤表面给热系数成正比。外界温度的高低是由皮肤感知的，使人感到舒适的体表温度的范围与大气温度的变化范围相比要窄得多。理想的空调器应当能够在舒适的体表温度下直接设定并控制皮肤散热速度，具有将体表温度和皮肤散热速度同时维持在舒适范围的功能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种新型空调智能传感器，使用该传感器的空调器可使房间的舒适度指标更高。它是模拟生命循环过程中皮肤散热机理而设计的空调智能传感器。
本实用新型所述的一种新型空调智能传感器，是由惠斯通电桥和负反馈放大器组成热丝恒温电路；所述负反馈放大器的两个输入端分别接惠斯通电桥的输出电压端，负反馈放大器的输出端接惠斯通电桥的电源端，所述惠斯通电桥的两个输出电压端与接地端之间串接的分别是一个恒温热丝传感器和一个可调电阻。
如上所述的一种新型空调智能传感器，其中的恒温热丝传感器为碳纤维一铂复合材料制成的细丝。
如上所述的一种新型空调智能传感器，恒温热丝是在φ5-10μm的碳纤维上镀一层4-6μm厚的铂膜。
如上所述的一种新型空调智能传感器，所述的负反馈放大器包括依次连接的输入端、放大电路、保护电路、变化量叠加电路、电源电路和输出端。
本实用新型所述的热丝恒温电路用作空调器的智能传感器，可使空调器具有将体表温度和皮肤散热速度同时维持在舒适范围的功能，更能客观表达皮肤的散热内涵与舒适需求，对提高现有空调的舒适度具有实际意义。
图1是本实用新型的热丝恒温电路图。
图2是本实用新型的负反馈放大器的电路方框图。
图3是本实用新型采用热丝恒温电路传感器的空调控制系统框图。
具体实施方式
本实用新型为了达到理想空调器的要求，用热丝恒温电路控制的与正常体温相接近的恒温热丝，作为空调智能传感器以取代普通的热敏电阻空调温度传感器，把与恒温热丝的散热速度有确定对应关系的热丝恒温电路输出电压U作为空调控制系统基本设定参数，并用实时输出电压值对空调系统进行控制，对房间空气参数进行调控，以营造出使人体感觉更舒适的生活空间。
热丝恒温电路见图1，用恒温热丝模拟皮肤表面散热，并把热丝恒温电路作为空调智能传感器用于空调控制系统。它由惠斯通桥和负反馈放大器所组成。在惠斯通桥中，Rw为微米尺寸的碳纤维—铂复合材料制成的细丝。设在环境温度Ta下，其电阻为Ra，当有电流通过时，阻值随着电流的变化而变化，即电流Iw越大(小)，温度Tw越高(低)，Rw越大(小)。热丝恒温电路的工作原理当电路正常工作时，负反馈放大器具有自动调节施加在惠斯通桥上的输出电压U，改变流经Rw的电流Iw大小，使Rw的电阻值恒定在高于它在环境温度Ta下的电阻Ra的某一设定电阻值的功能，即具有使Rw的温度设置在恒定高于环境温度Ta的某一数值的功能。我们可以把Rw的温度Tw设定在人们感觉舒适的正常的皮肤温度Ts(对应的电流为Is，电阻为Rs)。本电路中，通过调整Rc可得到Rs从而得到Ts。即模拟的皮肤温度可由Rc来设定。
将传感元件(“恒温热丝”)的温度设定在人们感觉舒适的正常的皮肤温度，利用“在稳定状态下，单位时间内大气从‘恒温热丝’带走的热量等于单位时间内恒温电路向‘恒温热丝’提供电流所产生的热量。”这一原理，可以得到，电桥输出电压的平方与大气从恒温热丝带走的热量之间存在着线性关系，即可利用热丝恒温电路输出的易采集的电压信号的大小直接来表达恒温热丝散发热量的快慢(散热速度)；还可以推出电桥输出电压是大气温度、流速、湿度等参数的综合表述。当把热丝的温度恒定在使人感到舒适的表皮温度范围之内时，周围大气对恒温热丝的冷却条件与周围大气对皮肤的冷却条件比较相似，就可以参照恒温热丝的散热速度的快慢来模拟评估皮肤表面的散热速度的快慢，即可以通过检测热丝恒温电路输出电压U的大小来得知(或判断)皮肤散热速度的快慢。通过理论推导和实验验证U是大气温度、流速、湿度(与热导率K有关)等参数的综合表述。所以，U是对空调器的工作状态进行最优化控制的关键参数，热丝恒温电路可用作空调器的智能传感器，这是普通的用热敏电阻作为室温传感器所不能比拟的。因为，将热丝恒温电路作为一种新型传感器替代原来的室温传感器，可使空调器具有将表皮温度和皮肤散热速度同时维持在舒适范围的功能。该传感器也可用于对湿度的检测和控制。
放大器的组成框图如图2首先拾取由惠斯通桥输出的代表环境变化的电信号并加以放大，然后与固定电源叠加，再加到桥的电源端。也即给电桥加的不是通常应用时的固定不变的直流电压，而是随着环境变化而变化的电压。另外，该电路还有保护功能，当热丝开路或电桥故障，能自动切断对电桥的供电。电路的作用使加在电桥上的电压自动跟踪环境条件变化，维持热丝的温度在设定值不变，该电压就是对空调器的控制电压。
在碳纤维(φ5-10μm)上镀一层铂膜(4-6μm厚)替代金属细丝(φ5-25μm铂丝或钨丝)，可有效降低传感器的断损率，且易焊接。
复合材料的优点与金属丝(铂丝或钨丝)相比，因碳纤维弹性模量与抗拉强度高，电阻率比纯铂高，与铂复合后可制备长径比小、容易焊接、结实耐用的传感器，有利于改善恒温电路工作的稳定性。
本实用新型应用举例用热丝恒温电路作为空调智能传感器的空调控制系统组成请参见图3所示，其中MCU包含有程序存储器、数据存储器、输入输出接口、运算处理与控制程序等。
如前所述，当人的活动强度一定时，通过皮肤散热的速度有一个舒适的范围，它对应着热丝恒温电路输出电压U的一个范围，称之为“适宜电压范围”，从中可选择若干不同的适宜电压值Uo事先存储在数据存储器内，并按序进行编码，供启用空调器时选择。这样在使用空调器时，就可以通过“遥控接收或面板设置”很方便的任意选择Uo。当环境气候过冷或过热时，热丝恒温电路输出电压U将超出“适宜电压范围”。当空调器启动后，“MCU”将通过不断比较U与Uo的大小，经运算处理后输出控制电压，自动调节压缩机和风机的工作参数，改变制冷量和风速等，以尽快缩小U与Uo的差值。即尽快使皮肤散热速度达到稳定，营造出舒适的室内空气环境。
权利要求1.一种新型空调智能传感器，其特征在于该传感器是由惠斯通电桥和负反馈放大器组成热丝恒温电路；所述负反馈放大器的两个输入端分别接惠斯通电桥的输出电压端，负反馈放大器的输出端接惠斯通电桥的电源端，所述惠斯通电桥的两个输出电压端与接地端之间串接的分别是一个恒温热丝传感器和一个可调电阻。
2.如权利要求1所述的一种新型空调智能传感器，其特征在于其中的恒温热丝传感器为碳纤维—铂复合材料制成的细丝。
3.如权利要求2所述的一种新型空调智能传感器，其特征在于在φ5-10μm的碳纤维上镀一层4-6μm厚的铂膜。
4.如权利要求1所述的一种新型空调智能传感器，其特征在于所述的负反馈放大器包括依次连接的输入端、放大电路、保护电路、变化量叠加电路、电源电路和输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种新型空调智能传感器，其特征在于该传感器是由惠斯通电桥和负反馈放大器组成热丝恒温电路；所述负反馈放大器的两个输入端分别接惠斯通电桥的输出电压端，负反馈放大器的输出端接惠斯通电桥的电源端，所述惠斯通电桥的两个输出电压端与接地端之间串接的是一个恒温热丝传感器和一个可调电阻。本实用新型所述的热丝恒温电路用作空调器的智能传感器，可使空调器具有将体表温度和皮肤散热速度同时维持在舒适范围的功能，更能客观表达皮肤的散热内涵与舒适需求，对提高现有空调的舒适度具有实际意义。
文档编号G05D23/30GK2876856SQ20062000298
公开日2007年3月7日 申请日期2006年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者万平英 申请人:北京联合大学