يعمل حساس التبريد عن طريق أخذ عينات من الهواء المحيط، والكشف عن التغير الفيزيائي أو الكيميائي الناجم عن تسرب غاز التبريد، وتحويل هذا التغيير إلى إشارة كهربائية، ثم إطلاق إنذار أو إجراء تحكم عندما يتجاوز تركيز الغاز حدًا محددًا. تعتمد الآلية الدقيقة على تقنية الاستشعار: ندير الأشعة تحت الحمراءو حبة الحفازو MOS أشباه الموصلاتو الموصلية الحرارية، أو الأحدث MEMS على أساس الملكية طُرق.
وبعبارة أخرى، لا يوجد "مبدأ واحد لاستشعار مادة التبريد". تستخدم المبردات والتطبيقات المختلفة طرقًا مختلفة. على سبيل المثال، يتم استخدام العديد من أجهزة الكشف عن غازات التبريد HVAC الحديثة الاستشعار القائم على الأشعة تحت الحمراء لمبردات الهالوكربون، في حين أن المبردات الهيدروكربونية مثل R290 يمكن أيضًا اكتشافها باستخدام حبة الحفاز أو غيرها من تقنيات الغاز القابل للاحتراق.
عملية العمل الأساسية لجهاز استشعار التبريد
تتبع معظم أجهزة استشعار غازات التبريد نفس المنطق المكون من أربع خطوات:
1) وصول الهواء إلى عنصر الاستشعار
ينتشر الهواء المحيط إلى مبيت المستشعر أو يتم سحبه إلى غرفة الاستشعار. في كاشفات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الثابتة، يتم عادةً تركيب عنصر الاستشعار في حاوية مصممة للسماح بدخول الغاز المستهدف مع تقليل الغبار والرذاذ والتلوث.
2) يغير المبرد خاصية قابلة للقياس
هذا هو قلب المستشعر. اعتمادًا على نوع المستشعر، قد يقوم غاز التبريد بما يلي:
- امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء،
- تغيير خصائص نقل الحرارة لخليط الغاز،
- حرق على سطح الحفاز وإطلاق الحرارة، أو
- تغيير المقاومة الكهربائية لفيلم الاستشعار.
3) تقوم الإلكترونيات بتحويل هذا التغيير إلى بيانات تركيز
تعمل أجهزة الاستشعار الإلكترونية على تضخيم الإشارة الأولية وجعلها خطية وتعويضها وتفسيرها. في أنظمة NDIR، قد يتضمن ذلك تكييف الإشارة المعتمد على النوافير الحرارية؛ في أجهزة استشعار التبريد المستندة إلى MEMS، تقوم الخوارزميات الموجودة على متن الطائرة بتحويل خصائص الغاز المقاسة إلى ناتج تركيز.
4) يقوم الكاشف بمقارنة القراءة بحدود الإنذار
إذا تجاوز تركيز الغاز الحد المبرمج، فيمكن تشغيل النظام الإنذارات أو التهوية أو الإغلاق أو ضوابط التخفيف. في غرف الآلات وأنظمة A2L، عادةً ما يتم تحديد هذه العتبات من خلال الرموز أو المعايير بدلاً من التخمين.
المبادئ الرئيسية لجهاز استشعار التبريد
1. أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء NDIR
هو ن لتقف على الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة. يعد هذا أحد المبادئ الأكثر شيوعًا المستخدمة للكشف عن تسرب غاز التبريد لأن العديد من غازات التبريد تمتص ضوء الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية مميزة. يوضح Horiba أن مستشعر NDIR يشتمل عادةً على مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء، وخلية العينة، والمرشح البصري، وكاشف الأشعة تحت الحمراءويستخدم التوهين لأطوال موجية محددة لتحديد تركيز الغاز.
كيف يعمل ندير
يمر شعاع من ضوء الأشعة تحت الحمراء عبر عينة الهواء. وفي حالة وجود جزيئات التبريد، فإنها تمتص جزءًا من الضوء عند أطوال موجية معينة. يقيس الكاشف مقدار الضوء المفقود، وتقوم الأجهزة الإلكترونية بتحويل ذلك إلى قراءة تركيز باستخدام منطق القياس على طريقة بير-لامبرت.
لماذا يحظى NDIR بشعبية كبيرة في مجال المبردات
يستخدم NDIR على نطاق واسع لأنه يقدم انتقائية جيدة واستقرار طويل الأمد للعديد من المبردات، وخاصة الهالوكربونات وغيرها من الغازات النشطة تحت الحمراء. تشير شركة Texas Instruments أيضًا إلى أن الواجهات الأمامية ذات النوافير الحرارية تُستخدم بشكل شائع في تطبيقات الاستشعار NDIR، بما في ذلك أنظمة الكشف عن غازات التبريد.
أفضل ملاءمة
NDIR هو خيار قوي للكثيرين HFC، HFO، CO₂، والمبردات المخلوطة تطبيقات كشف التسرب في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الثابتة وأنظمة التبريد.
2. أجهزة استشعار التبريد القائمة على خاصية MEMS
يستخدم النهج الأحدث أ محول طاقة MEMS صغير الحجم لقياس التغيرات في الخصائص الديناميكية الحرارية من خليط الهواء/الغاز بدلاً من الاعتماد فقط على الامتصاص البصري. تصف شركة NevadaNano منهج مطياف الخاصية الجزيئية الخاص بها بأنه يستخدم غشاء ذو سخان جول مدمج ومقياس حرارة المقاومة; عند وجود مادة التبريد، تتغير خصائص خليط الغاز، وتقوم الخوارزميات بتحويل ذلك إلى تركيز.
كيف يعمل هذا المبدأ
يقوم المستشعر بتسخين عنصر صغير ويراقب كيفية تأثير الغاز المحيط على نقل الحرارة والسلوك الجسدي ذي الصلة. وبما أن المبردات تغير الخواص الديناميكية الحرارية للهواء، فيمكن للنظام استنتاج تركيز غاز التبريد من الاستجابة المقاسة.
لماذا يهم
ويستخدم هذا الأسلوب في بعض أجهزة استشعار التبريد A2L و A3 لأنه يمكن أن يوفر تعويضًا مدمجًا، ومعايرة المصنع، ومقاومة قوية للتسمم مقارنة بتصميمات الخرزات الحفزية في بعض التطبيقات.
3. أجهزة الاستشعار حبة الحفزية
أ حبة الحفاز الاستشعار، ويسمى أيضا أ pellistor، هي طريقة كلاسيكية لاستشعار الغاز القابل للاحتراق. يفوز يوضح أنه يستخدم حبتين ساخنتين في جسر ويتستون: حبة نشطة وحبة مرجعية. عندما يصل غاز قابل للاحتراق إلى الخرزة النشطة، فإنه يتأكسد على سطح المحفز، مما ينتج عنه حرارة ويغير المقاومة الكهربائية للخرزة. تقيس الدائرة هذا الاختلاف وتبلغ عن مستوى الغاز، غالبًا %LEL.
كيف يعمل الاستشعار عن الخرزة الحفزية
- يقوم المستشعر بتسخين الخرزات،
- يصل الغاز القابل للاحتراق إلى الحبة النشطة،
- الأكسدة تولد حرارة إضافية،
- تغيرات المقاومة
- تقوم دائرة الجسر بتحويل هذا التغيير إلى قراءة غاز.
أفضل ملاءمة
تُستخدم أجهزة استشعار الخرزة التحفيزية بشكل شائع المبردات الهيدروكربونية مثل البروبان R290حيث يعد الكشف عن القابلية للاشتعال أمرًا بالغ الأهمية.
القيود
يمكن أن تتأثر أجهزة استشعار الخرزة الحفزية التسمم، والتعرض المفرط، وتوافر الأكسجينوهذا هو السبب وراء قيام بعض الشركات المصنعة بوضع أساليب الأشعة تحت الحمراء أو الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة كبدائل منخفضة الصيانة في البيئات القاسية.
4. أجهزة استشعار أشباه الموصلات MOS
موس تعمل أجهزة الاستشعار من خلال كيمياء السطح. تعمل طبقة استشعار أكسيد المعدن على تغيير المقاومة الكهربائية عندما تتفاعل جزيئات الغاز مع أنواع الأكسجين الموجودة على السطح الساخن. تصف المراجعات الفنية أجهزة استشعار غاز MOS بأنها أجهزة قياس موصلية يعتمد إنتاجها على التغيرات في الموصلية الناتجة عن تفاعل الغاز/الصلبة.
كيف يعمل موس
يحافظ المستشعر على مادة الاستشعار عند درجة حرارة مرتفعة. عندما يصل غاز التبريد أو غاز آخر إلى السطح، فإن تفاعل السطح يغير عدد حاملات الشحنة، مما يغير المقاومة. تقيس الدائرة تحول المقاومة وتقدر تركيز الغاز.
أفضل ملاءمة
غالبًا ما تستخدم أجهزة استشعار MOS حيث منخفضة التكلفة، وصغيرة الحجم، وتكامل بسيط المسألة أكثر من الانتقائية القصوى.
القيود
أجهزة استشعار MOS أكثر عرضة للخطر تأثيرات الرطوبة، والحساسية المتقاطعة للمركبات العضوية المتطايرة، والانجراف على المدى الطويل، لذلك غالبًا ما يحتاجون إلى تعويض واستراتيجية معايرة دقيقة.
5. أجهزة استشعار التوصيل الحراري
أ الموصلية الحرارية يقيس المستشعر كيفية نقل خليط الغاز للحرارة. ويوضح هوريبا أن هذه الطريقة تستخدم سلكًا ساخنًا أو عنصرًا مشابهًا؛ مع تغير الموصلية الحرارية للغاز، تتغير درجة حرارة العنصر والمقاومة الكهربائية أيضًا، مما يسمح بحساب التركيز.
كيف تعمل
إذا أدى تسرب مادة التبريد إلى تغيير التوصيل الحراري للهواء حول المستشعر، فإن المستشعر يكتشف هذا التغيير كتحول في المقاومة في العنصر المسخن.
أفضل ملاءمة
يمكن أن يعمل استشعار التوصيل الحراري في بعض تطبيقات المبردات، لكنه كذلك بشكل عام أقل انتقائية من NDIR لأنه يستجيب للتغيرات الكبيرة في خصائص الغاز بدلاً من بصمة بصرية محددة. يشير Horiba صراحةً إلى أن TCD يفعل ذلك لا تظهر الانتقائية بنفس الطريقة وأن الغازات الأخرى يمكن أن تؤثر على القراءة.
كيف يعمل منطق الإنذار بعد أن يكتشف المستشعر مادة التبريد
لا يتوقف مستشعر غاز التبريد عند "وجود الغاز". في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد الحقيقية، تتم مقارنة القراءة بـ عتبة محددة، ثم يقوم النظام بتشغيل الاستجابة. يعتمد ما يتم اعتباره الحد الصحيح على فئة مادة التبريد والتطبيق.
لغرف الآلات والعديد من المبردات A1
يتطلب توجيه ASHRAE أن تكون نقطة ضبط كاشف غاز التبريد لا يزيد عن الحد المطبق لتركيز غاز التبريد (RCL)، وما زالت الإضافات الأحدث تتطلب وجود كاشف حيث سيتركز غاز التبريد المتسرب حتى يتمكن من تشغيل الإنذارات والتهوية الميكانيكية.
بالنسبة لغازات التبريد A2L القابلة للاشتعال بشكل طفيف
توضح UL أنه يتم تقييم أنظمة الكشف عن غازات التبريد لهذه التطبيقات 25% من الدوري الليبي لكرة القدم مما يساعد على تقليل مخاطر الحريق الناتجة عن التسريبات. يناقش ملخص تطبيق A2L الخاص بشركة TI أيضًا أجهزة استشعار اكتشاف تسرب غاز التبريد المستخدمة للامتثال لها UL 60335-2-40 متطلبات.
للأنظمة القادرة على التخفيف
عندما يتم تجاوز العتبة، قد يقوم الكاشف بتشغيل:
- إنذارات مسموعة/مرئية،
- مراوح التهوية,
- لوحة التخفيف,
- إيقاف الضاغط،
- أو منطق السلامة الأخرى. على سبيل المثال، يصف الدليل الإضافي A2L الخاص بشركة Carrier مستشعر الكشف الذي يتصل بلوحة التحكم التي تبدأ وضع التبديد بمجرد ارتفاع تركيز غاز التبريد فوق نسبة مئوية من LFL.
لماذا يهم التنسيب بقدر أهمية تكنولوجيا الاستشعار
حتى أفضل أجهزة الاستشعار يمكن أن تفوت أي تسرب إذا تم تركيبها في المكان الخطأ. تتطلب ASHRAE تحديد موقع أجهزة الكشف عن غرف الآلات حيث سيركز غاز التبريد الناتج عن التسرب، وهو ما يعني أن الموضع يجب أن يتبع سلوك التسرب المتوقع، وتدفق الهواء، وتأثيرات الكثافة.
هذا هو السبب في أن الكشف عن غاز التبريد هو في الحقيقة أ مشكلة في تصميم النظام، وليس مجرد اختيار المكون. أنت بحاجة إلى الحق:
- مبدأ الاستشعار,
- معايرة،
- موقع التركيب،
- منطق العتبة,
- والتحكم في المخرجات
ما هو مبدأ مستشعر التبريد الأفضل؟
لا يوجد فائز عالمي.
- للكثيرين مبردات الهالوكربونو هو ن غالبًا ما يُفضل الانتقائية والاستقرار.
- ل الهيدروكربونات القابلة للاشتعال يحب R290و حبة الحفاز وأحدث MEMS على أساس الملكية الأساليب هي خيارات شائعة.
- ل المنتجات المدمجة الحساسة للتكلفةو موس لا يزال من الممكن استخدامه، لكن التعويض والتحكم في الانجراف أكثر أهمية.
- بالنسبة للتطبيقات التي تحتاج فيها إلى قياس بسيط لخاصية الغاز السائب، الموصلية الحرارية يمكن اعتبارها، على الرغم من أنها أقل انتقائية.
التعليمات
كيف يكتشف حساس التبريد وجود تسرب؟
يكتشف التسرب عن طريق قياس التغير في خاصية الهواء المحيط الناتج عن مادة التبريد، مثل امتصاص الأشعة تحت الحمراء، أو تغير نقل الحرارة، أو الأكسدة الحفزية، أو تغير المقاومة، ثم تحويل تلك الإشارة إلى قراءة تركيز وإخراج إنذار.
ما هو نوع مستشعر غاز التبريد الأكثر شيوعًا؟
بالنسبة للعديد من مبردات HVAC الحديثة، ندير الأشعة تحت الحمراء يعد أحد أكثر طرق الكشف الثابت شيوعًا بسبب انتقائيته وثباته.
هل تعمل جميع أجهزة استشعار التبريد بنفس الطريقة؟
لا. تستخدم أجهزة الاستشعار المختلفة مبادئ مختلفة، بما في ذلك NDIR، واستشعار الخصائص الديناميكية الحرارية MEMS، والخرزة الحفزية، وMOS، والتوصيل الحراري.
لماذا تحتاج مبردات A2L إلى منطق كشف مختلف؟
نظرًا لأن مبردات A2L قابلة للاشتعال بشكل طفيف، فغالبًا ما يكون المستشعر جزءًا من نظام الكشف عن المبردات مصممة للرد على جزء صغير من LFL، تمت مناقشتها بشكل شائع حولها 25% LFL في توجيه UL.
هل يقوم المستشعر بالإنذار فقط، أم يمكنه التحكم في المعدات أيضًا؟
يمكنها أن تفعل كلا الأمرين. في العديد من الأنظمة، يتم استخدام قراءة الكاشف للتشغيل المراوح أو لوحات التخفيف أو الإنذارات أو منطق إيقاف التشغيل، وليس مجرد تحذير العرض.
