Funguje senzor chladiva odběr vzorků okolního vzduchu, detekce fyzikální nebo chemické změny způsobené uniklým chladivem, převedení této změny na elektrický signál a následné spuštění alarmu nebo kontrolní akce, když koncentrace plynu překročí definovanou prahovou hodnotu. Přesný mechanismus závisí na technologii senzoru: NDIR infrared, Katalytické korálky, MOS polovodič, tepelná vodivost, nebo novější MEMS založené na vlastnostech metody.
Jinými slovy, neexistuje jediný „princip senzoru chladiva“. Různá chladiva a aplikace používají různé metody. Například mnoho moderních detektorů chladiva HVAC používá snímání na bázi infračerveného záření pro halogenovaná uhlovodíková chladiva, zatímco uhlovodíková chladiva jako např R290 může být také detekován s Katalytické korálky nebo jiné technologie hořlavých plynů.
Základní pracovní proces senzoru chladiva
Většina senzorů chladiva se řídí stejnou logikou ve čtyřech krocích:
1) Vzduch se dostane k čidlu
Okolní vzduch difunduje do pouzdra snímače nebo je nasáván do snímací komory. U pevných HVAC detektorů je snímací prvek obvykle namontován v krytu navrženém tak, aby propouštěl cílový plyn dovnitř a zároveň omezoval prach, rozstřik a kontaminaci.
2) Chladivo mění měřitelnou vlastnost
Toto je srdce senzoru. V závislosti na typu senzoru může chladivo:
- absorbovat infračervené světlo,
- změnit vlastnosti přenosu tepla plynné směsi,
- hoří na katalytickém povrchu a uvolňují teplo, popř
- změnit elektrický odpor snímací fólie.
3) Elektronika převede tuto změnu na data koncentrace
Elektronika snímače zesiluje, linearizuje, kompenzuje a interpretuje nezpracovaný signál. V systémech NDIR to může zahrnovat úpravu signálu na základě termočlánku; v senzorech chladiva založených na MEMS převádějí palubní algoritmy naměřené vlastnosti plynu na výstup koncentrace.
4) Detektor porovnává naměřenou hodnotu s prahovými hodnotami alarmu
Pokud koncentrace plynu překročí naprogramovanou prahovou hodnotu, systém se může spustit alarmy, ventilace, vypnutí nebo zmírnění. Ve strojovnách a systémech A2L jsou tyto prahové hodnoty obvykle definovány spíše kódy nebo normami než odhadem.
Hlavní principy snímačů chladiva
1. Infračervené senzory NDIR
Je n znamená nedisperzní infračervené. Toto je jeden z nejběžnějších principů používaných pro detekci úniku chladiva, protože mnoho chladiv absorbuje infračervené světlo na charakteristických vlnových délkách. Horiba vysvětluje, že senzor NDIR obvykle obsahuje IR světelný zdroj, vzorkovací cela, optický filtr a infračervený detektora používá útlum specifických vlnových délek k určení koncentrace plynu.
Jak funguje NDIR
Paprsek infračerveného světla prochází vzorkovaným vzduchem. Pokud jsou přítomny molekuly chladiva, absorbují část světla o určitých vlnových délkách. Detektor měří, kolik světla se ztratí, a elektronika to převede na hodnotu koncentrace pomocí logiky měření ve stylu Beer-Lambert.
Proč je NDIR oblíbený pro chladiva
NDIR je široce používán, protože nabízí dobrá selektivita a dlouhodobá stabilita pro mnoho chladiv, zejména halogenované uhlovodíky a další IR-aktivní plyny. Texas Instruments také poznamenává, že se běžně používají termočlánkové přední konce Aplikace snímání NDIRvčetně systémů detekce chladiva.
Nejlépe sedí
NDIR je pro mnohé silnou volbou HFC, HFO, CO₂ a směsné chladivo aplikace detekce úniků v pevných HVAC a chladicích systémech.
2. Senzory chladiva založené na vlastnostech MEMS
Novější přístup používá a mikroobrobený MEMS převodník měřit změny v termodynamické vlastnosti směsi vzduchu a plynu spíše než spoléhat pouze na optickou absorpci. NevadaNano popisuje svůj přístup spektrometru molekulových vlastností jako použití membrány s an vestavěný Jouleův ohřívač a odporový teploměr; když je přítomno chladivo, vlastnosti směsi plynů se mění a algoritmy to převádějí na koncentraci.
Jak tento princip funguje
Senzor ohřívá drobný prvek a sleduje, jak okolní plyn ovlivňuje přenos tepla a související fyzikální chování. Protože chladiva mění termodynamické vlastnosti vzduchu, může systém odvodit koncentraci chladiva z naměřené odezvy.
Proč na tom záleží
Tento přístup se používá v některých Senzory chladiva A2L a A3 protože může nabídnout vestavěnou kompenzaci, tovární kalibraci a silnou odolnost vůči otravě ve srovnání s návrhy katalytických kuliček v některých aplikacích.
3. Senzory katalytických kuliček
A Katalytické korálky senzor, nazývaný také a pelistor, je klasická metoda snímání hořlavých plynů. Vyhrát vysvětluje, že používá dvě zahřívané korálky ve Wheatstoneově můstku: aktivní kulička a referenční kulička. Když hořlavý plyn dosáhne aktivní kuličky, oxiduje na povrchu katalyzátoru, vytváří teplo a mění elektrický odpor kuličky. Okruh měří tento rozdíl a hlásí hladinu plynu, často v %LEL.
Jak funguje katalytické snímání kuliček
- senzor ohřívá kuličky,
- hořlavý plyn dosáhne aktivní kuličky,
- oxidace vytváří další teplo,
- změny odporu,
- můstkový obvod převádí tuto změnu na hodnotu plynu.
Nejlépe sedí
Běžně se používají katalytické kuličkové senzory uhlovodíková chladiva například R290 propan, kde je kritická detekce hořlavosti.
Omezení
Senzory katalytických kuliček mohou být ovlivněny otrava, nadlimitní expozice a dostupnost kyslíku, což je důvod, proč někteří výrobci staví infračervené nebo MEMS přístupy jako alternativy s nižší údržbou v náročných prostředích.
4. MOS polovodičové snímače
Mos senzory fungují povrchová chemie. Snímací vrstva oxidu kovu mění elektrický odpor, když molekuly plynu interagují s kyslíkem na zahřátém povrchu. Technické recenze popisují plynové senzory MOS jako konduktometrická zařízení, jejichž výkon závisí na změnách vodivosti způsobených interakcí plyn/pevná látka.
Jak funguje MOS
Senzor udržuje snímaný materiál na zvýšené teplotě. Když se chladivo nebo jiný plyn dostane na povrch, povrchová reakce změní počet nosičů náboje, čímž se změní odpor. Obvod měří tento posun odporu a odhaduje koncentraci plynu.
Nejlépe sedí
MOS snímače se často používají kde nízká cena, kompaktní velikost a jednoduchá integrace záleží více než na maximální selektivitě.
Omezení
Snímače MOS jsou zranitelnější vlhkost, křížová citlivost VOC a dlouhodobý drift, takže často vyžadují kompenzaci a pečlivou strategii kalibrace.
5. Senzory tepelné vodivosti
A tepelná vodivost senzor měří, jak směs plynů předává teplo. Horiba vysvětluje, že tato metoda používá vyhřívaný drát nebo podobný prvek; jak se mění tepelná vodivost plynu, mění se také teplota prvku a elektrický odpor, což umožňuje vypočítat koncentraci.
Jak to funguje
Pokud unikající chladivo změní tepelnou vodivost vzduchu kolem senzoru, senzor tuto změnu detekuje jako posun odporu ve vyhřívaném prvku.
Nejlépe sedí
Snímání tepelné vodivosti může fungovat u některých aplikací s chladivem, ale obecně tomu tak je méně selektivní než NDIR, protože reaguje na hromadné změny vlastností plynu spíše než na specifický optický otisk prstu. Horiba výslovně poznamenává, že TCD ano nevykazují selektivitu stejným způsobem a že jiné plyny mohou ovlivnit čtení.
Jak funguje logika alarmu poté, co senzor detekuje chladivo
Senzor chladiva se nezastaví při „přítomném plynu“. Ve skutečných HVAC a chladicích systémech je odečet porovnán s a definovaný práha systém poté spustí odpověď. Co se počítá jako správná prahová hodnota, závisí na třídě chladiva a aplikaci.
Pro strojovny a mnohá chladiva A1
Pokyny ASHRAE vyžadují nastavenou hodnotu detektoru chladiva ne větší než příslušný limit koncentrace chladiva (RCL)a novější doplňky nadále vyžadují detektor umístěný tam, kde se bude koncentrovat uniklé chladivo, aby mohl aktivovat alarmy a mechanickou ventilaci.
Pro mírně hořlavá chladiva A2L
UL vysvětluje, že systémy detekce chladiva pro tyto aplikace jsou hodnoceny v okolí 25 % LFL, pomáhá snižovat riziko požáru v důsledku netěsností. Aplikační stručná zpráva TI A2L rovněž pojednává o senzorech detekce úniku chladiva, které se používají k dodržení UL 60335-2-40 požadavky.
Pro systémy schopné zmírnění
Při překročení prahové hodnoty může detektor spustit:
- zvukové/vizuální alarmy,
- větrací ventilátory,
- zmírňující deska,
- vypnutí kompresoru,
- nebo jinou bezpečnostní logiku. Doplňková příručka Carrier A2L například popisuje detekční senzor komunikující s řídicí deskou, která zahájí režim rozptylu, jakmile koncentrace chladiva stoupne nad procento LFL.
Proč na umístění záleží stejně jako na technologii senzorů
I ten nejlepší senzor může uniknout, pokud je nainstalován na nesprávném místě. ASHRAE vyžaduje umístění detektorů ve strojovně kde se bude koncentrovat chladivo z úniku, což znamená, že umístění by se mělo řídit očekávaným únikem, prouděním vzduchu a účinky hustoty.
To je důvod, proč je detekce chladiva skutečně a problém s návrhem systému, nejen výběr komponent. Potřebujete právo:
- princip snímání,
- kalibrace,
- místo montáže,
- prahová logika,
- a řídicí výstupy.
Jaký princip snímače chladiva je nejlepší?
Univerzální vítěz neexistuje.
- Pro mnohé halogenovaná uhlovodíková chladiva, Je n je často preferován pro selektivitu a stabilitu.
- Pro hořlavé uhlovodíky jako R290, Katalytické korálky a novější MEMS založené na vlastnostech metody jsou běžné možnosti.
- Pro nákladově citlivé vestavěné produkty, Mos lze stále používat, ale více záleží na kompenzaci a kontrole driftu.
- Pro aplikace, kde potřebujete jednoduché měření vlastností plynu, tepelná vodivost lze uvažovat, i když je méně selektivní.
FAQ
Jak senzor chladiva detekuje únik?
Detekuje netěsnost měřením změny vlastností v okolním vzduchu způsobené chladivem, jako je např IR absorpce, změna přenosu tepla, katalytická oxidace nebo změna odporu, poté převést tento signál na hodnotu koncentrace a výstup alarmu.
Jaký je nejběžnější typ snímače chladiva?
Pro mnoho moderních chladiv HVAC, NDIR infrared je jedním z nejběžnějších přístupů fixní detekce kvůli své selektivitě a stabilitě.
Fungují všechny senzory chladiva stejně?
Ne. Různé senzory používají různé principy, včetně NDIR, snímání termodynamických vlastností MEMS, katalytické kuličky, MOS a tepelná vodivost.
Proč chladiva A2L potřebují jinou detekční logiku?
Protože jsou chladiva A2L mírně hořlavá, je snímač často součástí a systém detekce chladiva navržený tak, aby reagoval na zlomek LFL, běžně diskutované v okolí 25 % LFL v UL vedení.
Spouští senzor pouze alarm, nebo může ovládat i zařízení?
Umí obojí. V mnoha systémech se ke spouštění používá čtení detektoru ventilátory, zmírňující desky, alarmy nebo logiku vypnutí, nejen upozornění na displeji.
