CN104807558A - 温度传感设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及温度传感设备,还涉及用于测量空间单元(1)外的温度的方法,所述方法包括以下步骤:测量所述空间单元(1)的被密封的壳体内的第一温度;测量所述空间单元(1)的被密封的壳体内的第二温度;测量所述空间单元(1)的壳体外的且沿着所述壳体的前盖(4)的风速(12);向所述第一温度加上所述第一温度与所述第二温度之间的差值的倍数;进一步加上风速|vA|与所述第一温度与所述第二温度之间的差值的乘积的倍数。
Description
技术领域
本公开涉及用于电气设备的改善的温度传感。本公开关注测量空间单元或房间单元(room unit)外的温度的温度传感。
背景技术
用于建筑物自动系统的最新一代的空间单元变得越来越紧凑。用户如今要求空间单元具有扁平设计,因此这些装置的厚度趋于减小。由于这些设计要求引起的困难可至少部分地通过采用夹层设计得到克服。因此,空间单元由彼此堆叠的数个层构成。同时,这些单元的技术复杂性增加。
技术复杂性的增加导致更多的部件比如微处理器等,以及更高的整体电力消耗。更高的整体电力消耗还促进空间单元内的更高热损失。另外,增加的电气部件意味着附加的部件可能阻碍穿过装置的任何自然的空气流。这些改进导致非所需的副作用,因此它们使得用于冷却装置的附加努力变得必要。目前的空间单元的更紧凑的设计进一步加剧情况,因为损失发生在具有更小体积的单元内。因此,空间单元的每单位体积的热量散发显著地增加。
对于空间单元来说常见的是还测量温度。这些温度然后被发送至空间自动系统,其控制加热、通风、空气调节、照明、窗口遮光帘等。为了使空间自动系统按预期工作,空间内的温度的准确测量是必要的。
早期设计趋于在空间单元内配置温度探头。温度探头用于暴露于直接的空气流。只要穿过装置的空气流充足,并且装置内的热量散发相当低,则空间单元内的温度测量是准确的。空间单元内的温度于是至少十分接近建筑物内的实际温度。
然而该情形现在随着新的高度紧凑的并且技术上更复杂的空间单元的出现而发生了改变。目前的空间单元的扁平设计基本上阻止了空间单元与其环境之间的对流热交换。空间单元内的温度测量现在反映的是单元内散发的热量,而不是建筑物内的温度。
用以克服以上困难的常见途径是使用强制空气冷却。强制空气冷却意味着在空间单元内安装风扇。风扇然后生成穿过装置的足够空气流。该解决方案在不希望有噪音的环境中是不可接受的。此外,风扇增加了另一部件,其容易发生机械或电气失效。
通过向壳体增加狭缝或孔口,或者通过使现有狭缝更宽,可以改善穿过单元的任何自然空气流。这些措施生成穿过壳体的额外的空气流,因此将存在更多的对流热交换。不幸的是,在具有扁平设计的空间单元中,狭缝和孔口是有问题的,因为总体厚度减小了。
通过选择具有低热损失的电气部件,也能降低空间单元内的热量散发。该途径就成本效率和性能而言具有负面影响。
此外,通过调节空间单元与任何相邻壁之间的距离,可以改善空间单元与其环境之间的热交换。热交换还可以由于装置的厚度增加而得到改善,因此与相邻壁的表面的距离将增大。该措施就准确的温度测量而言,对于最终用户来说提供了独特的优点。它实际上涉及了前述缺点,比如美学性差。目前的最终用户需求的是向壁面进行齐平安装的空间单元。实际上,空间单元的制造商寻求将单元设计成它们将在广泛的环境条件下可靠地工作。
本公开的目标是至少缓解前述困难,并提供具有温度传感的空间单元,使得空间单元满足前述要求。
发明内容
本公开基于以下发现,即通过考虑空间单元的表面上的风速,温度测量会变得更准确。
本公开的一个目的是提供一种具有温度传感设备的空间单元,使得单元外的温度被准确地测量。温度传感设备应该与具有扁平设计的空间单元兼容。温度传感设备还应准确地确定空间单元的壳体不设置狭缝或孔口情况下的温度。温度传感设备应该为其壳体被密封以抵抗水分和灰尘的任何侵入的空间单元的一部分。此外,空间单元的温度传感设备应被构造成补偿单元表面上的风速的影响。
上述问题通过本公开的独立技术方案的方法和空间单元的温度传感设备得到解决。本公开的优选实施例由从属技术方案覆盖。
本公开的另一目的是提供一种具有温度传感的空间单元,其中空间单元的前盖是透明的,并且由玻璃或塑料制成。
本公开的另一目的是提供一种具有温度传感的空间单元,其中空间单元提供显示器,比如液晶显示器。
本公开的一相关目的是提供一种具有温度传感的空间单元,其中显示器配置在由玻璃或塑料制成的前盖之后。
本公开的又一目的是提供一种空间单元,其被构造成测量风速,并将其测量值输送至空间自动系统。
附图说明
从以下对所公开的非限制性实施例的详细描述中,各特征将对于本领域技术人员变得显而易见。伴随详细描述的附图可被简要地描述如下:
图1示出了根据本公开的具有温度传感的空间单元的剖视图。
具体实施方式
图1示出了安装至建筑物的壁2的空间单元1。图1上示出的空间单元1部分地安装在壁中。然而,单元1的大部分部件4-7安装在壁上。
该单元包括前盖4。前盖4优选由玻璃和/或任何其它(透明)聚合物制成。电子组件5配置在前盖5之后。电子组件5优选包括比如印刷电路板和/或微处理器和/或传感器和/或(无线)通信模块等元件。一优选实施例具有显示器6,其安装在电子组件5的顶部上,使得显示器6经由前盖4是可见的。通常,显示器6是液晶显示器或由有机发光二极管构成的显示器。
显示器6和前盖4通过间隙7分离。间隙7通常充注有空气。在另一实施例中,间隙7(主要)充注有氦气或氮气。
空间单元1的壳体还包括侧壁8。壳体的侧壁8密封空间单元1,以抵抗水分或灰尘的任何侵入。为此,侧壁8不设置狭缝或孔口。换言之,空间单元1提供壁,其从所有侧面大致密封该单元,因此没有水分或灰尘能沉降在单元内。空间单元1不必是防水的或密闭地密封的。然而,必要的是单元1内的任何温度测量不受进入或离开单元1的空气流的影响。
如本文中所公开的温度测量是基于空间单元1内的热量。在一具体实施例中,热量主要由电子组件5散发出。图1上的箭头9指示从空间单元1的内部经由前盖4到单元1的外部的热量流的方向。当然还存在沿其它方向从电子组件5到壁2的热量流。
空间单元1进一步包括两个温度传感器10、11。第一温度传感器10理想地配置在显示器6的下方或刚好配置于显示器6外。温度传感器10也可以安装成相邻于电子组件5或安装在电子组件5的内部。如图1示出的温度传感器10靠近侧壁。在另一实施例中,温度传感器10、11配置成更靠近空间单元1的中心。传感器10、11设置成更靠近空间单元1的中心将缓解穿过侧壁的热量流的任何不利影响。
温度传感器10、11优选间隔10mm,更优选为5mm,并且更优选为2mm。传感器10、11之间的距离大到足以能够准确地测量传感器之间的温度下降。
第二温度传感器11优选安装在前盖4下方。在该位置,传感器11与间隙7内的流体(空气)直接接触。温度传感器11也可以配置在前盖4内,因此将不存在与间隙7内的任何流体的直接接触。
温度传感器10、11优选为热电偶、或正热阻元件、或负热阻元件。温度传感器10、11也可以是光学传感器,不是电气元件。光学传感器通常通过光纤连接,而不是通过电线连接。还可想到的是,经由拉曼散射(Raman scattering)测量温度。
空间单元1外的环境温度TA还取决于单元1外的风速vA。环境风vA在图1上由另一箭头12指示。通过将环境风纳入考量,温度TA为
TA = TD – c1 · (TS – TD) + c2 · |vA| · (TS – TD),
其中,TD表示由传感器11测量的温度,而TS表示由传感器10测量的温度。以上关系式表明空间单元外的温度TA取决于从传感器10和11取得的测量值之间的差值TS-TD。以上关系式进一步暗示温度TA是环境风的大小的函数。TA被视为独立于环境风的方向。
常数c1和c2从数学上以及通过实验确定。以良好定义的风速vA以及良好定义的环境温度TA在实验室中实施一系列测量。然后在壳体内测量温度TS和TD。通过在计算机上拟合这些测量值,确定常数c1和c2。该方法优选对于温度传感器10、11的每种配置分别地实施。
实验表明本温度测量的优点之一是速度。在先解决方案依赖于空间单元1内的温度探头与环境之间的热交换。典型的时间常数在数分钟的范围内,典型值为15分钟。本文提出的方法和传感设备允许实现更快的温度测量。典型的时间常数现在为2.5分钟。低于1分钟的时间常数在技术上变得可行。
为了依据以上公式确定环境温度TA,有必要考虑风速vA的大小。通过应用柏努利(Bernoulli)原理,风速vA的测量是可能的。根据该原理,沿着前盖4的表面的空气流导致垂直于该表面的管道中的压力下降。然后基于垂直管道中的压力下降(或压力上升)的大小来计算风速。
风车风速计也允许确定环境风。螺旋桨可以例如安装在前盖4的表面上。螺旋桨的角速度和/或施加至螺旋桨的扭矩于是变成风速vA的量度。
声波风速计也能得到准确的风速测量。声波风速计依赖于声波脉冲的飞行时间。为了声波风速计被包括在本空间单元中,在前盖上配置一对换能器(transducer)。通常,这对换能器间隔10cm~20cm。
热线风速计是用以确定风速的又一技术手段。为了在空间单元1中实施热线风速计,在前盖4的表面上配置电导体。在一优选实施例中,导体是TiO2或ZnO的膜。导体优选被薄的不导电涂层覆盖。不导电涂层减小由于水分、灰尘、油脂等造成的测量误差。同时,涂层足够薄,使得导体沿着前盖的表面通过任何环境风得到有效地冷却。
热线风速计的导体配置为与温度传感器10、11相距一定距离。该特定配置减小温度传感器10、11的加热,从而减小由于导体影响造成的错误读数。
表面上的ZnO或TiO2也可以被采用来直接测量环境温度。导体的电阻也是温度的函数。因此,可以从导体的电阻计算环境温度。
在又一实施例中,不是由空间单元(1)自身而是由空间自动系统的部件来测量风速。后述部件与空间单元(1)分离。后述部件可以是空间自动系统自身。
值得强调的是,用于确定常数c1和c2的以上方法也可能必须对于不同风速计分别地实施。
本公开的再一优点是,现在空间单元1也测量风速vA。在某些实施例中,风速计将甚至确定环境风的方向。风速(以及可能的风向)的测量值是待从空间单元1发送至空间自动系统的又一测量值。风速值于是可以支持空间自动系统内的决策过程。换言之,对遮光帘、照明、加热、通气等的控制将变得更准确和更可靠。
本申请中描述的计算、温度和风速的数据采样、方法和处理步骤可以由软件进行,所述软件由通用处理器或由数字信号处理器(DSP)、由专用集成电路(ASIC)、由现场可编程门阵列(FPGA)、由离散部件或其任意组合来执行。不同硬件和/或软件部件可以用于执行不同区块的功能,甚至为单个区块。
因此根据本申请的方法的步骤可以实施在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或者在两者的组合中。软件可以包括固件、在操作系统中运行的硬件驱动器或应用程序。因此,本发明还涉及用于执行本文中提出的操作的计算机程序产品。如果被实施在软件中,则所描述的功能可以存储为计算机可读介质上的一个或多个指令。可以被使用的存储介质的一些示例包括随机存取内存(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、其它光盘、或可由计算机或任何其它IT设备和器具访问的任何可获得的介质。
应该明白的是,前述内容只涉及本发明的某些实施例,并且可以在其中做出众多的变化,而不背离如由后附权利要求书限定出的本发明的精神和范围。还应该明白的是,本发明并不局限于所示实施例,并且可在后附权利要求书的范围内做出各种变型。
附图标记
1:空间单元
2:壁
3:空间单元的安装在壁中的部件
4:前盖
5:电子组件
6:显示器
7:间隙
8:壳体的侧壁
9:热量流的方向
10、11:温度传感器
12:空间单元的表面上的风速
Claims (15)
1. 一种空间单元(1),包括:
壳体,所述壳体包括前盖(4),
电子组件(5),位于所述壳体内,被构造成散发热量,
第一温度传感器(10),位于所述壳体内,
第二温度传感器(11),位于所述壳体内,
所述第二温度传感器(11)配置成与所述第一温度传感器(10)相隔一定距离,使得所述传感器(10、11)被构造成测量由从所述电子组件(5)朝向所述前盖(4)的热量流(9)引起的不同温度,
其特征在于,
所述壳体相对于环境被密封,使得由进入或离开所述壳体的空气流造成的对所述传感器(10、11)的读数的任何影响被减小至最低或被消除。
2. 根据权利要求1所述的空间单元(1),其中,所述空间单元(1)进一步包括风速计,其被构造成测量所述壳体外的风速(12)。
3. 根据权利要求2所述的空间单元(1),其中,所述风速计被构造成测量所述壳体外且沿着所述前盖(4)的风速(12)。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的空间单元(1),其中,所述空间单元(1)被构造成计算所述壳体外的温度,方法是通过向所述第一传感器(10)的温度加上或减去所述传感器(10、11)之间的温度差的倍数。
5. 根据权利要求2-4中任一项所述的空间单元(1),其中,所述空间单元(1)被构造成计算所述壳体外的温度,方法是通过向所述第一传感器(10)的温度加上或减去所述传感器(10、11)之间的温度差的倍数,以及通过进一步加上或减去所述传感器(10、11)之间的温度差的第二倍数,其中所述第二倍数为风速的绝对值|vA|的线性函数。
6. 根据权利要求5所述的空间单元(1),其中,所述传感器(10、11)之间的温度差的第一倍数和所述传感器(10、11)之间的温度差的第二倍数对于所述传感器(10、11)之间的所有温度差来说均不为零。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的空间单元(1),其中,所述空间单元(1)进一步包括处理器,其被构造成对来自所述传感器(10、11)的温度读数进行加、减、乘、除。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的空间单元(1),其中,至少一个温度传感器(10、11)为热电偶、或正热阻元件、或负热阻元件、或光纤传感器。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的空间单元(1),其中,所述前盖(4)是透明的。
10. 根据权利要求9所述的空间单元(1),其中,所述空间单元(1)进一步包括显示器(6)。
11. 根据权利要求10所述的空间单元(1),其中,所述显示器(6)通过间隙(7)与所述前盖(4)分离。
12. 根据权利要求10-11中任一项所述的空间单元(1),其中,所述第一温度传感器(10)配置成相邻于所述显示器(6)或位于所述显示器(6)内。
13. 根据权利要求10-12中任一项所述的空间单元,其中,所述第二温度传感器(11)配置成相邻于所述前盖(4)或位于所述前盖(4)内。
14. 用于测量空间单元(1)外的温度的方法,所述方法包括以下步骤:
测量所述空间单元(1)的被密封的壳体内的第一温度,
测量所述空间单元(1)的被密封的壳体内的第二温度,
测量所述空间单元(1)的壳体外的且沿着所述壳体的前盖(4)的风的风速(12),
向所述第一温度加上或减去所述第一温度与所述第二温度之间的差值的倍数,
进一步加上或减去风速|vA|与所述第一温度与所述第二温度之间的差值的乘积的倍数。
15. 一种非临时性的有形的计算机可读介质,具有可被处理器执行的指令,用于在所述指令被执行时,执行如权利要求14所述的方法。
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