wiadomości o firmie Jak należy wybrać czujniki ciśnienia i przepływu?

Jak wybrać czujniki ciśnienia i przepływu?

Zarówno czujniki ciśnienia, jak i przepływu mogą być używane do pomiaru natężenia przepływu powietrza.

W wielu zastosowaniach oba typy czujników są zwykle używane w połączeniu z urządzeniami ograniczającymi przepływ w celu generowania różnicy ciśnień. Niektóre czujniki „przepływu powietrza” nazywane są czujnikami „ciśnienia różnicowego” ze względu na metody kalibracji, a nie na podstawie ich wewnętrznych technologii. Poniższe wyjaśnienia mają na celu wyjaśnienie różnic między tymi dwoma typami czujników, wyjaśnienie ich odrębności i wskazanie, który typ jest bardziej odpowiedni dla konkretnych zastosowań.

Co to jest czujnik przepływu powietrza?

Mówiąc najprościej, czujnik przepływu powietrza, dokładniej znany jako czujnik masowego przepływu powietrza, to urządzenie z dwoma portami ciśnieniowymi, z których gaz przepływa do drugiego portu (patrz rysunek 1). Wewnątrz czujnika znajduje się element indukcyjny z podgrzewaną powierzchnią. Gdy gaz przepływa przez element pomiarowy, ciepło jest przenoszone z góry na dół. Powoduje to nierównowagę termiczną proporcjonalną do masy przepływającego materiału, którą można zmierzyć za pomocą obwodów elektronicznych.

Należy pamiętać, że czujnik mierzy natężenie przepływu masy w warunkach standardowych, a nie rzeczywistą objętość przepływającego gazu. Chociaż większość czujników kompensuje wpływ temperatury, zmiany ciśnienia atmosferycznego mogą wpływać na gęstość gazów, wpływając tym samym na wyniki wyjściowe. Ponadto czujniki masowego przepływu muszą być kalibrowane dla określonych mieszanin gazów, ponieważ różne gazy mają różne właściwości termiczne.

Skalibruj czujnik masowego przepływu tak, aby jego wyjście było proporcjonalne do spadku ciśnienia między dwoma portami, ponieważ to właśnie ten spadek ciśnienia napędza przepływ przez czujnik. Może to powodować pewne zamieszanie, ponieważ czujniki te są zwykle sprzedawane jako czujniki ciśnienia różnicowego, podczas gdy ich wewnętrzna technologia faktycznie mierzy przepływ.

Co to jest czujnik ciśnienia różnicowego?

Tradycyjne czujniki ciśnienia różnicowego również mają dwa porty ciśnieniowe; jednak między tymi dwoma portami nie ma przepływu gazu. Wręcz przeciwnie, między dwoma portami znajduje się membrana MEMS do pomiaru różnicy ciśnień. Ugięcie membrany jest mierzone przez urządzenie piezorezystancyjne wszczepione w krzemową płytkę, a obwód elektroniczny przekształca to w sygnał wyjściowy.

Główne różnice między czujnikami ciśnienia a czujnikami przepływu jakości powietrza

Ścieżka przepływu

Najbardziej oczywistą różnicą między czujnikami przepływu ciśnienia a czujnikami masowego przepływu jest obecność lub brak ścieżek przepływu gazu. Aby czujnik masowego przepływu działał prawidłowo, musi przez niego przepływać gaz. Wszelkie ograniczenia w kanale przepływu, takie jak brud lub ciecz, zmienią opór aerodynamiczny, wpływając tym samym na wyjście. Natomiast czujnik ciśnienia to „ślepy zaułek”. Jedynym przepływem gazu w jego systemie rurociągów jest niewielka ilość gazu spowodowana sprężaniem lub rozprężaniem gazu pod wysokim ciśnieniem. Brud lub ciecz w systemie rurociągów spowodują różnice w wyjściu tylko wtedy, gdy rurociąg jest prawie całkowicie zablokowany. Zanieczyszczenia w kanale przepływu ostatecznie przylegają do wewnętrznej powierzchni czujnika masowego przepływu i mogą również wpływać na wymianę ciepła z elementem pomiarowym, wpływając tym samym na wyjście.

Czujnik przepływu powietrza powinien być używany tylko wtedy, gdy przepływający przez niego gaz nie zawiera zanieczyszczeń.

Jakość i rozdzielczość

Ponieważ czujnik masowego przepływu jest urządzeniem termoczułym, jest bardziej stabilny niż czujnik ciśnienia oparty na naprężeniach przy zerowym przepływie (lub zerowej różnicy ciśnień). Jednak wspomniany powyżej tryb awarii wpłynie na nachylenie wyjścia czujnika. Wszystkie tryby awarii czujnika ciśnienia mają tendencję do wpływania na przesunięcie zerowe ciśnienia urządzenia. Nachylenie czujnika ciśnienia rzadko się zmienia. Ponadto wyjście elementu pomiarowego czujnika masowego przepływu przy niskich natężeniach przepływu jest wyższe niż przy wysokich natężeniach przepływu. Oznacza to, że nawet jeśli wyjście zostało skorygowane do sygnału liniowego, rozdzielczość czujnika masowego przepływu przy bardzo niskich natężeniach przepływu będzie nadal lepsza niż przy wysokich natężeniach przepływu. Wyjście czujnika ciśnienia jest naturalnie zbliżone do liniowego w jego zakresie roboczym, więc rozdzielczość się nie zmieni.

W porównaniu z równoważnymi czujnikami ciśnienia, czujniki masowego przepływu mają lepszą rozdzielczość i stabilność przy bardzo niskich natężeniach przepływu.

Właściwość antyzanieczyszczeniowa

Zanieczyszczenia w kanale przepływu mogą wpływać na wyjście czujnika masowego przepływu na różne sposoby. Nawet jeśli na powierzchni elementu pomiarowego utworzy się bardzo cienka warstwa cieczy lub brudu, zakłóci to wymianę ciepła i spowoduje błędy nachylenia. Ponadto, jeśli czujnik jest używany w konfiguracji obejściowej, jak wspomniano wcześniej, każdy czynnik, który zwiększa opór przepływu w rurociągu, wpłynie na wyniki pomiaru. Gdy rurociąg jest zatkany, wymagane jest dodatkowe ciśnienie, aby umożliwić przepływ tego samego natężenia przepływu, co zmieni związek między natężeniem przepływu a ciśnieniem. Natomiast w rurociągu czujnika ciśnienia różnicowego prawie nie ma przepływu powietrza. Jedynym ruchem jest niewielka ilość poboru i wydmuchu powietrza w celu generowania zmian ciśnienia. Poważnie zatkane rurociągi mogą powodować problemy z odpowiedzią częstotliwościową w zastosowaniach wysokiej częstotliwości; jednak wyjście czujnika będzie poprawne. Jednoczesne użycie czujników ciśnienia i czujników masowego przepływu powietrza do tego samego pomiaru pozwala na stworzenie niemal niezawodnego systemu. Ponieważ większość trybów awarii w czujnikach ciśnienia wpłynie na przesunięcie, podczas gdy większość trybów w czujnikach przepływu wpłynie na nachylenie, jest mało prawdopodobne, aby te dwa urządzenia uległy awarii jednocześnie w ten sam sposób.

Nachylenie czujnika ciśnienia będzie bardziej stabilne niż nachylenie czujnika masowego przepływu powietrza i jest mniej prawdopodobne, aby było narażone na zanieczyszczenia.

Technologia automatycznej kalibracji punktu zerowego

Automatyczne zerowanie to technologia kalibracji czujnika ciśnienia oparta na próbkowaniu wyjścia w znanych warunkach odniesienia, która pozwala na dodatkową korektę błędów zewnętrznych wyjść, w tym błędów przesunięcia, przesunięć spowodowanych efektami termicznymi (zmiany przesunięcia) i dryftu przesunięcia. Jeśli technologia ta może być wdrożona w aplikacjach, będzie to prosta metoda uzyskania zalet czujników ciśnienia przy jednoczesnym unikaniu problemów z czujnikami masowego przepływu.

Zużycie energii

Grzałka w czujniku masowego przepływu wymaga energii elektrycznej do prawidłowego działania i potrzebuje krótkiego czasu na wstępne nagrzanie i stabilizację. Natomiast prosty mostek Wheatstone'a w większości czujników ciśnienia zużywa znacznie mniej prądu i może szybko się stabilizować. Typowy czujnik przepływu może wymagać prądu od 10 mA do 15 mA, podczas gdy czujnik ciśnienia o tych samych parametrach potrzebuje tylko 2 mA. Wyjście czujnika ciśnienia zwykle pozostaje stabilne w zakresie 2 ms lub mniej, podczas gdy czujnik przepływu może wymagać 35 ms. To znacznie zmniejsza skuteczność strategii cyklicznego zasilania przyjętej w celu oszczędności energii.

Czujniki ciśnienia są zwykle preferowane w zastosowaniach o niskim poborze mocy.

Odpowiedź częstotliwościowa

Element pomiarowy czujnika ciśnienia to mechaniczna membrana. Zazwyczaj ma częstotliwość powyżej 10 kHz. W praktycznych zastosowaniach odpowiedź czujnika jest zwykle ograniczona do około 1 kHz dostarczonego przez urządzenia elektroniczne. Natomiast czujniki przepływu powietrza wolniej reagują na szybko zmieniające się przepływy powietrza i mają tendencję do uśredniania szybkich zmian - przypomnij sobie różnicę w czasach nagrzewania. Dokładne określenie odpowiedzi częstotliwościowej czujnika masowego przepływu jest nieco trudniejsze. Jednak w większości przypadków może być niższa niż 100 Hz. Ta różnica może wpływać na wydajność w aplikacji.