隨著科技的不斷進步,人們對生活質(zhì)量的要求不僅僅停留在物質(zhì)條件不斷得到滿足,從而逐漸衍生出具有安全、便捷、高效、快捷、智能化、個性化特點的智能家居系統(tǒng),其對于改善現(xiàn)代人類生活質(zhì)量,創(chuàng)造舒適、便捷高效的生活空間有著非常重要的意義。
在智能家居備受關(guān)注的同時,其內(nèi)部各種自動控制、檢測、空調(diào)設備等系統(tǒng)也同樣受到重視,該系統(tǒng)中所應用的電子元件幾乎都與特種陶瓷密不可分,比如自動控溫設備中所應用的熱敏陶瓷,自動調(diào)節(jié)濕度設備中所應用的濕敏陶瓷,光檢測元件中的光敏陶瓷等。
1 敏感陶瓷的工作原理
熱敏陶瓷、濕敏陶瓷及光敏陶瓷都屬于特種陶瓷中的一個細小的分支,它們都屬于功能陶瓷中的半導體陶瓷(又稱敏感陶瓷)。半導體陶瓷是指具有半導體性質(zhì)的陶瓷材料。半導體陶瓷主要用于制作各種敏感元件,是各種信息傳感器的關(guān)鍵材料,因而又被稱為敏感陶瓷。
熱敏陶瓷是一類電阻率隨溫度發(fā)生明顯變化的陶瓷。一般按溫度系數(shù)可分為電阻隨溫度升高而增大的正溫度系數(shù)(PTC),與之相反的負溫度系數(shù)(NTC)和電阻在特定溫度范圍內(nèi)急劇變化的臨界溫度系數(shù)(CTR)等熱敏陶瓷。
濕敏陶瓷是一類電阻隨濕度變化而發(fā)生明顯變化的陶瓷。
敏感陶瓷在應用時可作為同時檢測兩個及以上參數(shù)的多功能傳感器,例如熱敏陶瓷可以以熱敏電阻傳感器、溫度傳感器等形式應用;濕敏陶瓷主要以濕度傳感器的形式加以應用。
2 敏感陶瓷在智能家居系統(tǒng)中的應用舉例
在一套完善的智能家居中,經(jīng)常接觸到的最基本的系統(tǒng)有空調(diào)通風系統(tǒng)和防火排煙系統(tǒng),在此工作系統(tǒng)中對各工作元件都有嚴格的精度要求,例如:濕度傳感器、溫度傳感器的測試精度、準確度等。
2.1 空調(diào)通風系統(tǒng)
智能家居中的空調(diào)通風系統(tǒng)主要作用是室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)??照{(diào)調(diào)節(jié)是指通過采用一定的技術(shù)手段,在某一特定空間內(nèi),對空氣環(huán)境(溫度、濕度及空氣流動速度)進行調(diào)節(jié)和控制,使其達到并保持在一定范圍內(nèi),以滿足工藝過程和人體舒適性的要求。舒適空調(diào)一般指夏季室內(nèi)溫度為24℃~28℃,相對濕度40%~65%;冬季室內(nèi)溫度為18℃~22℃,相對濕度40%~60%。在智能家居系統(tǒng)中,通過空氣調(diào)節(jié)可以創(chuàng)造出合適的室內(nèi)氣候環(huán)境,以利于人們的生活、學習和休息。
空調(diào)通風系統(tǒng)工作時,在濕度相對較高的夏季主要是采用供冷空氣的方式使室內(nèi)的溫度達到理想的數(shù)值,在溫度相對較低的冬季時供暖空氣以達到供暖的目的。夏季供的冷空氣,冬季供的熱空氣都是經(jīng)過處理的。在冬季,一般來說空氣比較干燥,所需的空氣需要進行加濕調(diào)節(jié)??諝庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)需要多種傳感器,同時對這些傳感器又有很高的工藝要求。濕度傳感器、溫度傳感器要能夠自動實時地檢測新風、送風、回風和被控環(huán)境的濕溫度;壓力傳感器、流量傳感器要能夠自動實時地檢測蒸汽壓力、流量;同時,溫度傳感器還應測定熱水溫度及制冷水的溫度;還要能根據(jù)氣象參數(shù)及不同的控制要求,自動調(diào)節(jié)和切換各個閥門,從而控制新風處理狀態(tài)及全空氣空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)狀態(tài)。
在智能家居系統(tǒng)中,對通入室內(nèi)的空氣溫度及濕度有很高的要求,并且室內(nèi)的溫度、濕度會隨外界溫度的變化而變化,這就要求傳感器要快速做出反應進行自動調(diào)節(jié)。在這里傳感器起到監(jiān)控的作用,接受信號后馬上反鎖到總控制系統(tǒng)并自行地進行調(diào)試。
2.2 消防水滅火系統(tǒng)
在防火排煙系統(tǒng)中,敏感陶瓷在自動噴水滅火系統(tǒng)中的應用:
1)自動噴水滅火系統(tǒng)是一種利用固定管網(wǎng)、噴頭能自動噴水滅火,并同時發(fā)出火警信號的滅火系統(tǒng)。
2)它利用火災時產(chǎn)生的光、熱及壓力等信號傳感而自動啟動,將水灑向著火區(qū)域,用來撲滅火災或控制火災蔓延。
3)它既有探測火災并報警的功能,又有噴水滅火、控制火災發(fā)展的功能,起著隨時監(jiān)測火情、自動啟動滅火裝置的作用。
敏感陶瓷所制備的元件主要應用于閉式噴頭、濕式報警器、報警裝置中。
閉式噴頭由噴水口、感溫釋放結(jié)構(gòu)和濺水盤等組成。在系統(tǒng)中擔負著探測火災、啟動系統(tǒng)和噴水滅火的任務。主要是由熱敏陶瓷制備的溫度傳感器對溫度進行測試。
報警控制閥是自動噴水滅火系統(tǒng)中控制水源、啟動系統(tǒng)和水力警鈴等報警設備的專用閥門。報警控制裝置在自動噴水滅火系統(tǒng)中起監(jiān)測、控制和報警的作用,并能發(fā)出聲、光等信號的裝置,主要由控制器、檢測器和報警器等組成。