εταιρικά νέα για Πώς πρέπει να επιλέγονται οι αισθητήρες πίεσης και ροής;

Πώς πρέπει να επιλέγονται οι αισθητήρες πίεσης και ροής;

Τόσο οι αισθητήρες πίεσης όσο και οι αισθητήρες ροής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της ροής αέρα.

Σε πολλές εφαρμογές, και οι δύο τύποι αισθητήρων χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνδυασμό με διατάξεις περιορισμού ροής για τη δημιουργία διαφοράς πίεσης. Ορισμένοι αισθητήρες "ροής αέρα" ονομάζονται αισθητήρες "διαφορικής πίεσης" λόγω των μεθόδων βαθμονόμησής τους και όχι με βάση τις εσωτερικές τους τεχνολογίες. Οι ακόλουθες εξηγήσεις αποσκοπούν να διευκρινίσουν τις διαφορές μεταξύ αυτών των δύο τύπων αισθητήρων, να εξηγήσουν τις διακρίσεις τους και να υποδείξουν ποιος τύπος είναι πιο κατάλληλος για συγκεκριμένες εφαρμογές.

Τι είναι ένας αισθητήρας ροής αέρα;

Με απλά λόγια, ένας αισθητήρας ροής αέρα, πιο σωστά γνωστός ως αισθητήρας ροής μάζας αέρα, είναι μια συσκευή με δύο θύρες πίεσης, από τις οποίες το αέριο ρέει προς την άλλη θύρα (βλέπε Σχήμα 1). Μέσα στον αισθητήρα, υπάρχει ένα στοιχείο επαγωγής με θερμαινόμενη επιφάνεια. Όταν το αέριο ρέει μέσω του αισθητήριου στοιχείου, η θερμότητα μεταφέρεται από την ανάντη προς την κατάντη. Αυτό δημιουργεί μια θερμική ανισορροπία ανάλογη με τη μάζα του υλικού που ρέει, η οποία μπορεί να μετρηθεί από ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι ο αισθητήρας μετρά τη ροή μάζας υπό τυπικές συνθήκες, όχι τον πραγματικό όγκο του αερίου που διέρχεται. Αν και οι περισσότεροι αισθητήρες αντισταθμίζουν την επίδραση της θερμοκρασίας, οι αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση μπορούν να επηρεάσουν την πυκνότητα των αερίων, επηρεάζοντας έτσι τα αποτελέσματα εξόδου. Επιπλέον, οι αισθητήρες ροής μάζας πρέπει να βαθμονομούνται για συγκεκριμένα μείγματα αερίων, επειδή διαφορετικά αέρια έχουν διαφορετικές θερμικές ιδιότητες.

Βαθμονομήστε τον αισθητήρα ροής μάζας έτσι ώστε η έξοδός του να είναι ανάλογη με την πτώση πίεσης μεταξύ των δύο θυρών, επειδή ακριβώς αυτή η πτώση πίεσης οδηγεί τη ροή μέσω του αισθητήρα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει κάποια σύγχυση, επειδή αυτοί οι αισθητήρες πωλούνται συνήθως ως αισθητήρες διαφορικής πίεσης, ενώ η εσωτερική τους τεχνολογία μετρά στην πραγματικότητα τη ροή.

Τι είναι ένας αισθητήρας διαφορικής πίεσης;

Οι παραδοσιακοί αισθητήρες διαφορικής πίεσης έχουν επίσης δύο θύρες πίεσης. Ωστόσο, δεν υπάρχει ροή αερίου μεταξύ αυτών των δύο θυρών. Αντίθετα, υπάρχει ένα διάφραγμα MEMS μεταξύ των δύο θυρών για τη μέτρηση της διαφοράς πίεσης. Η εκτροπή του διαφράγματος μετράται από τη συσκευή πιεζοαντίστασης που είναι εμφυτευμένη στην πλάκα πυριτίου και το ηλεκτρονικό κύκλωμα το μετατρέπει σε σήμα εξόδου.

Οι κύριες διαφορές μεταξύ των αισθητήρων πίεσης και των αισθητήρων ροής ποιότητας αέρα

Διαδρομή ροής

Η πιο εμφανής διαφορά μεταξύ των αισθητήρων ροής πίεσης και των αισθητήρων ροής μάζας έγκειται στην παρουσία ή απουσία διαδρομών ροής αερίου. Για να λειτουργήσει σωστά ο αισθητήρας ροής μάζας, πρέπει να διέρχεται αέριο από αυτόν. Οποιοιδήποτε περιορισμοί στο κανάλι ροής, όπως βρωμιά ή υγρό, θα αλλάξουν την αεροδυναμική αντίσταση, επηρεάζοντας έτσι την έξοδο. Αντίθετα, ο αισθητήρας πίεσης είναι ένα "αδιέξοδο". Η μόνη ροή αερίου στο σύστημα αγωγών του είναι μια μικρή ποσότητα αερίου που προκαλείται από τη συμπίεση ή την διαστολή του αερίου υπό υψηλή πίεση. Η βρωμιά ή το υγρό στο σύστημα αγωγών θα προκαλέσουν διαφορές εξόδου μόνο όταν ο αγωγός είναι σχεδόν εντελώς φραγμένος. Η μόλυνση στο κανάλι ροής προσκολλάται τελικά στην εσωτερική επιφάνεια του αισθητήρα ροής μάζας και μπορεί επίσης να επηρεάσει τη μεταφορά θερμότητας στο αισθητήριο στοιχείο, επηρεάζοντας έτσι την έξοδο.

Ένας αισθητήρας ροής αέρα θα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο όταν το αέριο που διέρχεται από αυτόν δεν περιέχει ρύπους.

Ποιοτική και ανάλυση

Επειδή ο αισθητήρας ροής μάζας είναι μια θερμοευαίσθητη συσκευή, είναι πιο σταθερός από τον αισθητήρα πίεσης που βασίζεται στην τάση σε μηδενική ροή (ή μηδενική διαφορά πίεσης). Ωστόσο, ο προαναφερθείς τρόπος αστοχίας θα επηρεάσει την κλίση της εξόδου του αισθητήρα. Όλοι οι τρόποι αστοχίας του αισθητήρα πίεσης τείνουν να επηρεάζουν την μετατόπιση μηδενικής πίεσης του εξοπλισμού. Η κλίση του αισθητήρα πίεσης σπάνια αλλάζει. Επιπλέον, η έξοδος του αισθητήριου στοιχείου του αισθητήρα ροής μάζας σε χαμηλές ροές είναι υψηλότερη από ό,τι σε υψηλές ροές. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και αν η έξοδος έχει διορθωθεί σε ένα γραμμικό σήμα, η ανάλυση του αισθητήρα ροής μάζας σε εξαιρετικά χαμηλές ροές θα είναι ακόμα καλύτερη από ό,τι σε υψηλές ροές. Η έξοδος του αισθητήρα πίεσης είναι φυσικά κοντά στη γραμμική εντός του εύρους λειτουργίας του, επομένως η ανάλυση δεν θα αλλάξει.

Σε σύγκριση με τους ισοδύναμους αισθητήρες πίεσης, οι αισθητήρες ροής μάζας έχουν καλύτερη ανάλυση και σταθερότητα σε πολύ χαμηλές ροές.

Ιδιότητα κατά της ρύπανσης

Η μόλυνση στο κανάλι ροής μπορεί να επηρεάσει την έξοδο του αισθητήρα ροής μάζας με διάφορους τρόπους. Ακόμη και αν σχηματιστεί ένα πολύ λεπτό στρώμα υγρού ή βρωμιάς στην επιφάνεια του αισθητήριου στοιχείου, θα παρεμβαίνει στη μεταφορά θερμότητας και θα προκαλέσει σφάλματα κλίσης. Επιπλέον, εάν ο αισθητήρας χρησιμοποιείται σε διαμόρφωση παράκαμψης, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οποιοσδήποτε παράγοντας που αυξάνει την αντίσταση ροής στον αγωγό θα επηρεάσει τα αποτελέσματα της μέτρησης. Όταν ο αγωγός είναι φραγμένος, απαιτείται πρόσθετη πίεση για να επιτραπεί η διέλευση της ίδιας ροής, η οποία θα αλλάξει τη σχέση μεταξύ της ροής και της πίεσης. Αντίθετα, σχεδόν δεν υπάρχει ροή αέρα στον αγωγό του αισθητήρα διαφορικής πίεσης. Η μόνη κίνηση είναι μια μικρή ποσότητα εισαγωγής και εξαγωγής αέρα για τη δημιουργία αλλαγών πίεσης. Οι σοβαρά φραγμένοι αγωγοί μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα απόκρισης συχνότητας σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας. Ωστόσο, η έξοδος του αισθητήρα θα είναι σωστή. Με τη ταυτόχρονη χρήση αισθητήρων πίεσης και αισθητήρων ροής μάζας αέρα για την ίδια μέτρηση, μπορεί να δημιουργηθεί ένα σχεδόν αλάνθαστο σύστημα. Δεδομένου ότι οι περισσότεροι τρόποι αστοχίας στους αισθητήρες πίεσης θα επηρεάσουν την μετατόπιση, ενώ οι περισσότεροι τρόποι στους αισθητήρες ροής θα επηρεάσουν την κλίση, είναι απίθανο αυτές οι δύο συσκευές να αποτύχουν ταυτόχρονα με τον ίδιο τρόπο.

Η κλίση του αισθητήρα πίεσης θα είναι πιο σταθερή από αυτήν του αισθητήρα ροής μάζας αέρα και είναι λιγότερο πιθανό να επηρεαστεί από τη μόλυνση.

Τεχνολογία αυτόματης βαθμονόμησης μηδενικού σημείου

Η αυτόματη μηδενική ρύθμιση είναι μια τεχνολογία βαθμονόμησης αισθητήρα πίεσης που βασίζεται στην δειγματοληψία εξόδου υπό γνωστές συνθήκες αναφοράς, η οποία επιτρέπει την πρόσθετη διόρθωση εξωτερικών σφαλμάτων εξόδου, συμπεριλαμβανομένων σφαλμάτων μετατόπισης, μετατοπίσεων που προκαλούνται από θερμικά φαινόμενα (αλλαγές μετατόπισης) και μετατόπιση μετατόπισης. Εάν αυτή η τεχνολογία μπορεί να εφαρμοστεί σε εφαρμογές, θα είναι μια απλή μέθοδος για την απόκτηση των πλεονεκτημάτων των αισθητήρων πίεσης, αποφεύγοντας παράλληλα τα προβλήματα των αισθητήρων ροής μάζας.

Κατανάλωση ενέργειας

Η θερμάστρα στον αισθητήρα ροής μάζας απαιτεί ηλεκτρική ενέργεια για να λειτουργήσει σωστά και χρειάζεται μια σύντομη χρονική περίοδο για προθέρμανση και σταθεροποίηση. Αντίθετα, η απλή γέφυρα Wheatstone αντίστασης στους περισσότερους αισθητήρες πίεσης καταναλώνει πολύ λιγότερο ρεύμα και μπορεί να σταθεροποιηθεί γρήγορα. Ένας τυπικός αισθητήρας ροής μπορεί να απαιτεί ρεύμα 10 mA έως 15 mA, ενώ ένας αισθητήρας πίεσης της ίδιας απόδοσης χρειάζεται μόνο 2 mA. Η έξοδος ενός αισθητήρα πίεσης παραμένει συνήθως σταθερή εντός εύρους 2 ms ή λιγότερο, ενώ ένας αισθητήρας ροής μπορεί να απαιτήσει 35 ms. Αυτό μειώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της στρατηγικής κυκλοφορίας τροφοδοσίας που υιοθετείται για την εξοικονόμηση ενέργειας.

Οι αισθητήρες πίεσης προτιμώνται συνήθως σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος.

Απόκριση συχνότητας

Το αισθητήριο στοιχείο του αισθητήρα πίεσης είναι ένα μηχανικό διάφραγμα. Συνήθως έχει συχνότητα υψηλότερη από 10 kHz. Σε πρακτικές εφαρμογές, η απόκριση του αισθητήρα περιορίζεται συνήθως σε περίπου 1 kHz που παρέχεται από ηλεκτρονικές συσκευές. Αντίθετα, οι αισθητήρες ροής αέρα ανταποκρίνονται πιο αργά στις ταχέως μεταβαλλόμενες ροές αέρα και τείνουν να εξομαλύνουν τις ταχείες αλλαγές - θυμηθείτε τη διαφορά στους χρόνους προθέρμανσης. Είναι ελαφρώς πιο δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί με ακρίβεια η απόκριση συχνότητας του αισθητήρα ροής μάζας. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις, μπορεί να είναι χαμηλότερη από 100 Hertz. Αυτή η διαφορά μπορεί να επηρεάσει την απόδοση στην εφαρμογή.