Сензор за хладилен агент работи чрез вземане на проби от околния въздух, откриване на физическа или химическа промяна, причинена от изтекъл хладилен агент, преобразуване на тази промяна в електрически сигнал и след това задействане на аларма или контролно действие, когато концентрацията на газ премине определен праг. Точният механизъм зависи от сензорната технология: NDIR инфрачервен, каталитично зърно, MOS полупроводник, топлопроводимост, или по-нова MEMS базиран на собственост методи.
С други думи, няма единен „принцип на сензора за хладилен агент“. Различните хладилни агенти и приложения използват различни методи. Например много съвременни HVAC детектори за хладилен агент използват инфрачервено наблюдение за халокарбонови хладилни агенти, докато въглеводородните хладилни агенти като напр R290 може също да бъде открит с каталитично зърно или други технологии за горими газове.
Основният работен процес на сензор за хладилен агент
Повечето сензори за хладилен агент следват същата логика в четири стъпки:
1) Въздухът достига до чувствителния елемент
Околният въздух дифундира в корпуса на сензора или се изсмуква в сензорна камера. При фиксирани HVAC детектори чувствителният елемент обикновено се монтира в корпус, проектиран да пропуска целевия газ, като същевременно намалява праха, пръските и замърсяването.
2) Хладилният агент променя измеримо свойство
Това е сърцето на сензора. В зависимост от типа на сензора, хладилният агент може:
- абсорбира инфрачервена светлина,
- промяна на топлопреносните свойства на газовата смес,
- изгарят върху каталитична повърхност и отделят топлина, или
- промяна на електрическото съпротивление на сензорен филм.
3) Електрониката преобразува тази промяна в данни за концентрацията
Сензорната електроника усилва, линеаризира, компенсира и интерпретира необработения сигнал. В системите NDIR това може да включва кондициониране на сигнала на базата на термобатарея; в базираните на MEMS сензори за хладилен агент вградените алгоритми преобразуват измерените свойства на газа в изходна концентрация.
4) Детекторът сравнява показанията с праговете на алармата
Ако концентрацията на газ превиши програмиран праг, системата може да задейства аларми, вентилация, изключване или управление за смекчаване. В машинните отделения и системите A2L тези прагове обикновено се определят от кодове или стандарти, а не чрез предположения.
Основните принципи на сензора за хладилен агент
1. NDIR инфрачервени сензори
Е n означава недисперсивен инфрачервен. Това е един от най-разпространените принципи, използвани за откриване на теч на хладилен агент, тъй като много хладилни газове абсорбират инфрачервена светлина при характерни дължини на вълната. Horiba обяснява, че NDIR сензорът обикновено включва Източник на инфрачервена светлина, клетка за проби, оптичен филтър и инфрачервен детектори използва затихване на специфични дължини на вълните, за да определи концентрацията на газ.
Как работи NDIR
Лъч инфрачервена светлина преминава през взетия въздух. Ако присъстват молекули на хладилния агент, те абсорбират част от светлината при определени дължини на вълната. Детекторът измерва колко светлина се губи и електрониката преобразува това в отчитане на концентрацията, използвайки логиката за измерване в стил Beer-Lambert.
Защо NDIR е популярен за хладилни агенти
NDIR се използва широко, защото предлага добра селективност и дългосрочна стабилност за много хладилни агенти, особено халокарбони и други IR-активни газове. Texas Instruments също отбелязва, че предните части на термобатареята обикновено се използват в NDIR сензорни приложения, включително системи за откриване на хладилен агент.
Най-добро прилягане
NDIR е силен избор за мнозина HFC, HFO, CO₂ и смесен хладилен агент приложения за откриване на течове в стационарни ОВК и хладилни системи.
2. Сензори за хладилен агент, базирани на MEMS
По-нов подход използва a микромашинен MEMS трансдюсер за измерване на промените в термодинамични свойства на сместа въздух/газ, вместо да се разчита само на оптична абсорбция. NevadaNano описва своя подход към спектрометра на молекулярните свойства като използване на мембрана с вграден джаулов нагревател и съпротивителен термометър; когато има хладилен агент, свойствата на газовата смес се променят и алгоритмите преобразуват това в концентрация.
Как работи този принцип
Сензорът загрява малък елемент и следи как околният газ влияе на преноса на топлина и свързаното с него физическо поведение. Тъй като хладилните агенти променят термодинамичните свойства на въздуха, системата може да направи извод за концентрацията на хладилния агент от измерения отговор.
Защо има значение
Този подход се използва в някои Сензори за хладилен агент A2L и A3 защото може да предложи вградена компенсация, фабрично калибриране и силна устойчивост на отравяне в сравнение с дизайна на каталитични перли в някои приложения.
3. Сензори с каталитични перли
А каталитично зърно сензор, наричан още a пелистор, е класически метод за отчитане на горими газове. Победа обяснява, че използва две нагрети мъниста в мост на Уитстоун: активен зърно и референтен зърно. Когато запалим газ достигне активното зърно, той се окислява върху повърхността на катализатора, произвеждайки топлина и променяйки електрическото съпротивление на зърното. Веригата измерва тази разлика и отчита нивото на газ, често в %LEL.
Как работи каталитичното отчитане на мъниста
- сензорът загрява перлите,
- горимият газ достига до активното зърно,
- окисляването генерира допълнителна топлина,
- промени в съпротивлението,
- мостовата верига преобразува тази промяна в отчитане на газ.
Най-добро прилягане
Сензорите с каталитични перли обикновено се използват за въглеводородни хладилни агенти като R290 пропан, където откриването на запалимост е критично.
Ограничения
Сензорите за каталитични перли могат да бъдат повлияни от отравяне, наднормено излагане и наличие на кислород, поради което някои производители позиционират инфрачервените или MEMS подходи като алтернативи с по-ниска поддръжка в тежки среди.
4. MOS полупроводникови сензори
MOS сензорите работят чрез повърхностна химия. Чувствителен слой от метален оксид променя електрическото съпротивление, когато газовите молекули взаимодействат с кислородните видове на нагрятата повърхност. Техническите прегледи описват MOS сензорите за газ като кондуктометрични устройства, чийто изход зависи от промените в проводимостта, причинени от взаимодействието газ/твърдо вещество.
Как работи MOS
Сензорът поддържа сензорния материал при повишена температура. Когато хладилен агент или друг газ достигне повърхността, повърхностната реакция променя броя на носителите на заряд, което променя съпротивлението. Веригата измерва тази промяна на съпротивлението и оценява концентрацията на газ.
Най-добро прилягане
MOS сензорите често се използват където ниска цена, компактен размер и лесна интеграция има повече значение от максималната селективност.
Ограничения
MOS сензорите са по-уязвими ефекти на влажност, кръстосана чувствителност към VOC и дългосрочно отклонение, така че те често изискват компенсация и внимателна стратегия за калибриране.
5. Сензори за топлопроводимост
А топлопроводимост сензор измерва как газовата смес пренася топлина. Horiba обяснява, че този метод използва нагрята жица или подобен елемент; тъй като топлопроводимостта на газа се променя, температурата на елемента и електрическото съпротивление също се променят, което позволява да се изчисли концентрацията.
Как работи
Ако изтекъл хладилен агент промени топлопроводимостта на въздуха около сензора, сензорът открива тази промяна като промяна на съпротивлението в нагретия елемент.
Най-добро прилягане
Сензорът за топлопроводимост може да работи за някои приложения с хладилен агент, но като цяло е така по-малко селективен отколкото NDIR, защото реагира на промени в свойствата на насипния газ, а не на специфичен оптичен отпечатък. Horiba изрично отбелязва, че TCD го прави не проявяват селективност по същия начин и че други газове могат да повлияят на показанията.
Как работи логиката на алармата, след като сензорът открие хладилен агент
Сензорът за хладилен агент не спира при „наличен газ“. В реални HVAC и хладилни системи показанието се сравнява с a определен праг, след което системата задейства отговор. Какво се счита за правилен праг зависи от класа на хладилния агент и приложението.
За машинни помещения и много хладилни агенти A1
Ръководството на ASHRAE изисква зададената точка на детектора за хладилен агент да бъде не по-висока от приложимата граница на концентрация на хладилен агент (RCL)и по-новите допълнения продължават да изискват детектор, разположен там, където ще се концентрира изтеклия хладилен агент, така че да може да задейства аларми и механична вентилация.
За A2L леко запалими хладилни агенти
UL обяснява, че системите за откриване на хладилен агент за тези приложения се оценяват наоколо 25% от LFL, помагайки за намаляване на риска от пожар от течове. Кратко описание на приложението A2L на TI също обсъжда сензори за откриване на теч на хладилен агент, използвани за спазване на UL 60335-2-40 изисквания.
За системи с възможност за смекчаване
Когато прагът бъде превишен, детекторът може да задейства:
- звукови/визуални аларми,
- вентилационни вентилатори,
- смекчаваща дъска,
- изключване на компресора,
- или друга логика за безопасност. Допълнителното ръководство A2L на Carrier, например, описва сензор за откриване, комуникиращ с контролна платка, която инициира режим на разсейване, след като концентрацията на хладилен агент се повиши над процент от LFL.
Защо разположението е толкова важно, колкото и сензорната технология
Дори и най-добрият сензор може да пропусне теч, ако е инсталиран на грешното място. ASHRAE изисква да бъдат разположени детектори в машинното помещение където ще се концентрира хладилен агент от теч, което означава, че поставянето трябва да следва очакваното поведение при течове, въздушния поток и ефектите на плътността.
Ето защо откриването на хладилен агент е наистина a проблем с дизайна на системата, а не само избор на компонент. Имате нужда от правото:
- принцип на усещане,
- калибриране,
- място за монтаж,
- прагова логика,
- и контролни изходи.
Кой принцип на сензор за хладилен агент е най-добър?
Няма универсален победител.
- За мнозина халокарбонови хладилни агенти, Е n често се предпочита за селективност и стабилност.
- За запалими въглеводороди като R290, каталитично зърно и по-нови MEMS базиран на собственост методите са често срещани опции.
- За чувствителни към разходите вградени продукти, MOS все още може да се използва, но компенсацията и контролът на дрейфа са по-важни.
- За приложения, при които се нуждаете от просто измерване на свойствата на насипния газ, топлопроводимост може да се вземе предвид, въпреки че е по-малко селективен.
ЧЗВ
Как сензорът за хладилен агент открива теч?
Той открива теч чрез измерване на промяна в свойствата на околния въздух, причинена от хладилен агент, като напр IR абсорбция, промяна на топлопреминаването, каталитично окисляване или промяна на съпротивлението, след което преобразува този сигнал в отчитане на концентрацията и алармен изход.
Кой е най-често срещаният тип сензор за хладилен агент?
За много съвременни ОВК хладилни агенти, NDIR инфрачервен е един от най-разпространените подходи за фиксирано откриване поради своята селективност и стабилност.
Всички сензори за хладилен агент работят ли по един и същи начин?
Не. Различните сензори използват различни принципи, включително NDIR, MEMS сензор за термодинамични свойства, каталитични зърна, MOS и топлопроводимост.
Защо хладилните агенти A2L се нуждаят от различна логика на откриване?
Тъй като хладилните агенти A2L са леко запалими, сензорът често е част от a система за откриване на хладилен агент предназначени да реагират на част от LFL, често обсъждан наоколо 25% LFL в ръководството на UL.
Сензорът само алармира ли, или може да контролира и оборудване?
Може и двете. В много системи показанията на детектора се използват за задействане вентилатори, смекчаващи платки, аларми или логика за изключване, а не само предупреждение на дисплея.
