Λειτουργεί ένας αισθητήρας ψυκτικού δειγματοληψία του περιβάλλοντος αέρα, ανίχνευση φυσικής ή χημικής αλλαγής που προκαλείται από διαρροή ψυκτικού μέσου, μετατροπή αυτής της αλλαγής σε ηλεκτρικό σήμα και, στη συνέχεια, ενεργοποίηση συναγερμού ή ενέργειας ελέγχου όταν η συγκέντρωση αερίου υπερβεί ένα καθορισμένο όριο. Ο ακριβής μηχανισμός εξαρτάται από την τεχνολογία του αισθητήρα: NDIR υπέρυθρες, καταλυτική χάντρα, Ημιαγωγός MOS, θερμική αγωγιμότητα, ή νεότερο Βασισμένο σε ιδιότητες MEMS μεθόδους.
Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει ενιαία "αρχή του αισθητήρα ψυκτικού μέσου". Διαφορετικά ψυκτικά μέσα και εφαρμογές χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους. Για παράδειγμα, πολλοί σύγχρονοι ανιχνευτές ψυκτικού HVAC χρησιμοποιούν ανίχνευση με βάση το υπέρυθρο για ψυκτικά με αλογονάνθρακα, ενώ ψυκτικά υδρογονάνθρακες όπως π.χ R290 μπορεί επίσης να ανιχνευθεί με καταλυτική χάντρα ή άλλες τεχνολογίες καύσιμων αερίων.
Η βασική διαδικασία λειτουργίας ενός αισθητήρα ψυκτικού
Οι περισσότεροι αισθητήρες ψυκτικού μέσου ακολουθούν την ίδια λογική τεσσάρων βημάτων:
1) Ο αέρας φτάνει στο αισθητήριο στοιχείο
Ο αέρας του περιβάλλοντος διαχέεται στο περίβλημα του αισθητήρα ή έλκεται σε ένα θάλαμο ανίχνευσης. Στους σταθερούς ανιχνευτές HVAC, το αισθητήριο στοιχείο είναι συνήθως τοποθετημένο σε ένα περίβλημα που έχει σχεδιαστεί για να αφήνει το στοχευόμενο αέριο να εισέλθει ενώ μειώνει τη σκόνη, το πιτσίλισμα και τη μόλυνση.
2) Το ψυκτικό αλλάζει μια μετρήσιμη ιδιότητα
Αυτή είναι η καρδιά του αισθητήρα. Ανάλογα με τον τύπο του αισθητήρα, το ψυκτικό μπορεί:
- απορροφούν το υπέρυθρο φως,
- αλλαγή των ιδιοτήτων μεταφοράς θερμότητας του μείγματος αερίων,
- καίγονται σε μια καταλυτική επιφάνεια και απελευθερώνουν θερμότητα, ή
- αλλαγή της ηλεκτρικής αντίστασης μιας μεμβράνης αίσθησης.
3) Τα ηλεκτρονικά μετατρέπουν αυτή την αλλαγή σε δεδομένα συγκέντρωσης
Τα ηλεκτρονικά του αισθητήρα ενισχύουν, γραμμικοποιούν, αντισταθμίζουν και ερμηνεύουν το πρωτογενές σήμα. Στα συστήματα NDIR, αυτό μπορεί να περιλαμβάνει ρύθμιση σήματος που βασίζεται σε θερμοσυλλέκτες. Στους αισθητήρες ψυκτικού που βασίζονται σε MEMS, οι ενσωματωμένοι αλγόριθμοι μετατρέπουν τις ιδιότητες του αερίου που μετρήθηκαν σε παραγωγή συγκέντρωσης.
4) Ο ανιχνευτής συγκρίνει την ένδειξη με τα κατώφλια συναγερμού
Εάν η συγκέντρωση αερίου υπερβεί ένα προγραμματισμένο όριο, το σύστημα μπορεί να ενεργοποιηθεί συναγερμοί, εξαερισμός, διακοπή λειτουργίας ή έλεγχοι μετριασμού. Στα μηχανοστάσια και στα συστήματα A2L, αυτά τα όρια καθορίζονται συνήθως από κώδικες ή πρότυπα και όχι από εικασίες.
Οι κύριες αρχές του αισθητήρα ψυκτικού
1. Αισθητήρες υπερύθρων NDIR
Είναι n αντιπροσωπεύει μη διασποράς υπέρυθρων. Αυτή είναι μια από τις πιο κοινές αρχές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση διαρροής ψυκτικού μέσου, επειδή πολλά ψυκτικά αέρια απορροφούν το υπέρυθρο φως σε χαρακτηριστικά μήκη κύματος. Η Horiba εξηγεί ότι ένας αισθητήρας NDIR συνήθως περιλαμβάνει ένα Πηγή φωτός υπερύθρων, κυψέλη δείγματος, οπτικό φίλτρο και ανιχνευτής υπερύθρων, και χρησιμοποιεί εξασθένηση συγκεκριμένων μηκών κύματος για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης αερίου.
Πώς λειτουργεί το NDIR
Μια δέσμη υπέρυθρου φωτός διέρχεται από τον δειγματοληπτικό αέρα. Εάν υπάρχουν μόρια ψυκτικού μέσου, απορροφούν μέρος του φωτός σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Ο ανιχνευτής μετρά πόσο φως χάνεται και τα ηλεκτρονικά το μετατρέπουν σε ένδειξη συγκέντρωσης χρησιμοποιώντας λογική μέτρησης τύπου Beer-Lambert.
Γιατί το NDIR είναι δημοφιλές για ψυκτικά μέσα
Το NDIR χρησιμοποιείται ευρέως επειδή προσφέρει καλή επιλεκτικότητα και μακροπρόθεσμη σταθερότητα για πολλά ψυκτικά μέσα, ειδικά αλογονάνθρακες και άλλα αέρια ενεργά με υπερύθρες. Η Texas Instruments σημειώνει επίσης ότι τα μπροστινά άκρα θερμοσίφωνων χρησιμοποιούνται συνήθως σε Εφαρμογές ανίχνευσης NDIR, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων ανίχνευσης ψυκτικού μέσου.
Καλύτερη εφαρμογή
Το NDIR είναι μια δυνατή επιλογή για πολλούς HFC, HFO, CO2 και ανάμεικτο ψυκτικό μέσο Εφαρμογές ανίχνευσης διαρροών σε σταθερά συστήματα HVAC και ψύξης.
2. Αισθητήρες ψυκτικού που βασίζονται σε ιδιότητες MEMS
Μια νεότερη προσέγγιση χρησιμοποιεί α μετατροπέας MEMS με μικρομηχανική επεξεργασία για τη μέτρηση των αλλαγών στο θερμοδυναμικές ιδιότητες του μείγματος αέρα/αερίου αντί να βασίζεται μόνο στην οπτική απορρόφηση. Το NevadaNano περιγράφει την προσέγγισή του στο φασματόμετρο μοριακών ιδιοτήτων ως χρησιμοποιώντας μια μεμβράνη με Ενσωματωμένος θερμαντήρας Joule και θερμόμετρο αντίστασης; όταν υπάρχει ψυκτικό, οι ιδιότητες του μίγματος αερίων αλλάζουν και οι αλγόριθμοι το μετατρέπουν σε συγκέντρωση.
Πώς λειτουργεί αυτή η αρχή
Ο αισθητήρας θερμαίνει ένα μικροσκοπικό στοιχείο και παρακολουθεί πώς το περιβάλλον αέριο επηρεάζει τη μεταφορά θερμότητας και τη σχετική φυσική συμπεριφορά. Εφόσον τα ψυκτικά μεταβάλλουν τις θερμοδυναμικές ιδιότητες του αέρα, το σύστημα μπορεί να συναγάγει τη συγκέντρωση ψυκτικού από τη μετρούμενη απόκριση.
Γιατί έχει σημασία
Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται σε ορισμένους Αισθητήρες ψυκτικού A2L και A3 επειδή μπορεί να προσφέρει ενσωματωμένη αντιστάθμιση, εργοστασιακή βαθμονόμηση και ισχυρή αντοχή στη δηλητηρίαση σε σύγκριση με τα σχέδια καταλυτικών σφαιριδίων σε ορισμένες εφαρμογές.
3. Αισθητήρες καταλυτικών σφαιριδίων
ΕΝΑ καταλυτική χάντρα αισθητήρας, που ονομάζεται επίσης α pellistor, είναι μια κλασική μέθοδος ανίχνευσης καυσίμων αερίων. Νίκη εξηγεί ότι χρησιμοποιεί δύο θερμαινόμενες χάντρες σε μια γέφυρα Wheatstone: μια ενεργή χάντρα και μια χάντρα αναφοράς. Όταν ένα εύφλεκτο αέριο φτάσει στο ενεργό σφαιρίδιο, οξειδώνεται στην επιφάνεια του καταλύτη, παράγοντας θερμότητα και αλλάζοντας την ηλεκτρική αντίσταση του σφαιριδίου. Το κύκλωμα μετρά αυτή τη διαφορά και αναφέρει τη στάθμη αερίου, συχνά μέσα %LEL.
Πώς λειτουργεί η καταλυτική ανίχνευση σφαιριδίων
- ο αισθητήρας θερμαίνει τις χάντρες,
- το εύφλεκτο αέριο φτάνει στο ενεργό σφαιρίδιο,
- η οξείδωση παράγει επιπλέον θερμότητα,
- αλλαγές αντίστασης,
- το κύκλωμα γέφυρας μετατρέπει αυτή την αλλαγή σε ένδειξη αερίου.
Καλύτερη εφαρμογή
Οι αισθητήρες καταλυτικών σφαιριδίων χρησιμοποιούνται συνήθως για υδρογονανθρακικά ψυκτικά όπως R290 προπάνιο, όπου η ανίχνευση ευφλεκτότητας είναι κρίσιμη.
Περιορισμοί
Οι αισθητήρες καταλυτικών σφαιριδίων μπορούν να επηρεαστούν από δηλητηρίαση, υπερβολική έκθεση και διαθεσιμότητα οξυγόνου, γι' αυτό ορισμένοι κατασκευαστές τοποθετούν τις προσεγγίσεις υπερύθρων ή MEMS ως εναλλακτικές λύσεις χαμηλότερης συντήρησης σε σκληρά περιβάλλοντα.
4. Αισθητήρες ημιαγωγών MOS
Μορικό οι αισθητήρες λειτουργούν επιφανειακή χημεία. Ένα στρώμα ανίχνευσης μεταλλικού οξειδίου αλλάζει την ηλεκτρική αντίσταση όταν τα μόρια αερίου αλληλεπιδρούν με είδη οξυγόνου στη θερμαινόμενη επιφάνεια. Οι τεχνικές ανασκοπήσεις περιγράφουν τους αισθητήρες αερίου MOS ως αγωγομετρικές συσκευές των οποίων η έξοδος εξαρτάται από τις αλλαγές στην αγωγιμότητα που προκαλούνται από την αλληλεπίδραση αερίου/στερεού.
Πώς λειτουργεί το MOS
Ο αισθητήρας διατηρεί το αισθητήριο υλικό σε υψηλή θερμοκρασία. Όταν ψυκτικό ή άλλο αέριο φτάσει στην επιφάνεια, η επιφανειακή αντίδραση αλλάζει τον αριθμό των φορέων φορτίου, γεγονός που αλλάζει την αντίσταση. Το κύκλωμα μετρά τη μετατόπιση της αντίστασης και εκτιμά τη συγκέντρωση αερίου.
Καλύτερη εφαρμογή
Οι αισθητήρες MOS χρησιμοποιούνται συχνά όπου χαμηλό κόστος, συμπαγές μέγεθος και απλή ενσωμάτωση έχει μεγαλύτερη σημασία από τη μέγιστη επιλεκτικότητα.
Περιορισμοί
Οι αισθητήρες MOS είναι πιο ευάλωτοι σε επιδράσεις υγρασίας, διασταυρούμενη ευαισθησία VOC και μακροπρόθεσμη μετατόπιση, επομένως συχνά απαιτούν αντιστάθμιση και προσεκτική στρατηγική βαθμονόμησης.
5. Αισθητήρες θερμικής αγωγιμότητας
ΕΝΑ θερμική αγωγιμότητα Ο αισθητήρας μετρά τον τρόπο με τον οποίο το μείγμα αερίων μεταφέρει θερμότητα. Η Horiba εξηγεί ότι αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ένα θερμαινόμενο σύρμα ή παρόμοιο στοιχείο. Καθώς η θερμική αγωγιμότητα του αερίου αλλάζει, η θερμοκρασία του στοιχείου και η ηλεκτρική αντίσταση αλλάζουν επίσης, επιτρέποντας τον υπολογισμό της συγκέντρωσης.
Πώς λειτουργεί
Εάν το ψυκτικό που έχει διαρρεύσει αλλάζει τη θερμική αγωγιμότητα του αέρα γύρω από τον αισθητήρα, ο αισθητήρας ανιχνεύει αυτή την αλλαγή ως μετατόπιση αντίστασης στο θερμαινόμενο στοιχείο.
Καλύτερη εφαρμογή
Η ανίχνευση θερμικής αγωγιμότητας μπορεί να λειτουργήσει για ορισμένες εφαρμογές ψυκτικού, αλλά είναι γενικά λιγότερο επιλεκτική από το NDIR επειδή ανταποκρίνεται σε μαζικές αλλαγές ιδιοτήτων αερίου και όχι σε συγκεκριμένο οπτικό αποτύπωμα. Η Horiba σημειώνει ρητά ότι το TCD το κάνει δεν παρουσιάζουν επιλεκτικότητα με τον ίδιο τρόπο και ότι άλλα αέρια μπορούν να επηρεάσουν την ένδειξη.
Πώς λειτουργεί η λογική συναγερμού αφού ο αισθητήρας ανιχνεύσει ψυκτικό
Ένας αισθητήρας ψυκτικού δεν σταματά στο "παρόν αέριο". Σε πραγματικά συστήματα HVAC και ψύξης, η ένδειξη συγκρίνεται με α καθορισμένο όριο, και το σύστημα ενεργοποιεί έπειτα μια απόκριση. Αυτό που μετράει ως το σωστό όριο εξαρτάται από την κατηγορία ψυκτικού και την εφαρμογή.
Για μηχανοστάσια και πολλά ψυκτικά Α1
Η καθοδήγηση ASHRAE απαιτεί να είναι το σημείο ρύθμισης του ανιχνευτή ψυκτικού όχι μεγαλύτερο από το ισχύον όριο συγκέντρωσης ψυκτικού μέσου (RCL), και οι πιο πρόσφατες προσθήκες συνεχίζουν να απαιτούν έναν ανιχνευτή που βρίσκεται όπου θα συγκεντρωθεί το ψυκτικό που έχει διαρρεύσει, ώστε να μπορεί να ενεργοποιεί συναγερμούς και μηχανικό αερισμό.
Για A2L ήπια εύφλεκτα ψυκτικά
Η UL εξηγεί ότι τα συστήματα ανίχνευσης ψυκτικού μέσου για αυτές τις εφαρμογές αξιολογούνται περίπου 25% του LFL, συμβάλλοντας στη μείωση του κινδύνου πυρκαγιάς από διαρροές. Η σύντομη εφαρμογή A2L της TI εξετάζει επίσης τους αισθητήρες ανίχνευσης διαρροής ψυκτικού που χρησιμοποιούνται για τη συμμόρφωση με UL 60335-2-40 απαιτήσεις.
Για συστήματα με δυνατότητα μετριασμού
Όταν ξεπεραστεί το όριο, ο ανιχνευτής μπορεί να ενεργοποιήσει:
- ηχητικούς/οπτικούς συναγερμούς,
- ανεμιστήρες εξαερισμού,
- ένα συμβούλιο μετριασμού,
- διακοπή λειτουργίας συμπιεστή,
- ή άλλη λογική ασφάλειας. Ο συμπληρωματικός οδηγός A2L της Carrier, για παράδειγμα, περιγράφει έναν αισθητήρα ανίχνευσης που επικοινωνεί με μια πλακέτα ελέγχου που εκκινεί τη λειτουργία διάχυσης μόλις η συγκέντρωση ψυκτικού αυξηθεί πάνω από ένα ποσοστό LFL.
Γιατί η τοποθέτηση είναι τόσο σημαντική όσο η τεχνολογία αισθητήρων
Ακόμη και ο καλύτερος αισθητήρας μπορεί να χάσει μια διαρροή εάν εγκατασταθεί σε λάθος μέρος. Το ASHRAE απαιτεί τον εντοπισμό ανιχνευτών μηχανοστασίου όπου θα συγκεντρωθεί ψυκτικό από μια διαρροή, πράγμα που σημαίνει ότι η τοποθέτηση πρέπει να ακολουθεί την αναμενόμενη συμπεριφορά διαρροής, τη ροή αέρα και τα αποτελέσματα της πυκνότητας.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ανίχνευση ψυκτικού μέσου είναι πραγματικά α πρόβλημα σχεδιασμού συστήματος, όχι απλώς επιλογή εξαρτημάτων. Χρειάζεστε το δικαίωμα:
- αρχή της αίσθησης,
- διαμέτρηση,
- θέση τοποθέτησης,
- λογική κατωφλίου,
- και τον έλεγχο των εξόδων.
Ποια αρχή αισθητήρα ψυκτικού είναι η καλύτερη;
Δεν υπάρχει καθολικός νικητής.
- Για πολλούς ψυκτικά αλογονάνθρακα, Είναι n συχνά προτιμάται για επιλεκτικότητα και σταθερότητα.
- Για εύφλεκτους υδρογονάνθρακες σαν R290, καταλυτική χάντρα και νεότερα Βασισμένο σε ιδιότητες MEMS οι μέθοδοι είναι κοινές επιλογές.
- Για ευαίσθητα στο κόστος ενσωματωμένα προϊόντα, Μορικό μπορεί να εξακολουθήσει να χρησιμοποιείται, αλλά η αντιστάθμιση και ο έλεγχος μετατόπισης έχουν μεγαλύτερη σημασία.
- Για εφαρμογές όπου χρειάζεστε απλή μέτρηση ιδιοτήτων χύδην αερίου, θερμική αγωγιμότητα μπορεί να θεωρηθεί, αν και είναι λιγότερο επιλεκτικό.
FAQ
Πώς ένας αισθητήρας ψυκτικού ανιχνεύει μια διαρροή;
Ανιχνεύει μια διαρροή μετρώντας μια αλλαγή ιδιοτήτων στον περιβάλλοντα αέρα που προκαλείται από ψυκτικό μέσο, όπως π.χ Απορρόφηση IR, αλλαγή μεταφοράς θερμότητας, καταλυτική οξείδωση ή αλλαγή αντίστασης, μετατρέποντας στη συνέχεια αυτό το σήμα σε ένδειξη συγκέντρωσης και έξοδο συναγερμού.
Ποιος είναι ο πιο κοινός τύπος αισθητήρα ψυκτικού;
Για πολλά σύγχρονα ψυκτικά HVAC, NDIR υπέρυθρες είναι μια από τις πιο κοινές προσεγγίσεις σταθερής ανίχνευσης λόγω της επιλεκτικότητας και της σταθερότητάς της.
Όλοι οι αισθητήρες ψυκτικού λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο;
Όχι. Διαφορετικοί αισθητήρες χρησιμοποιούν διαφορετικές αρχές, μεταξύ των οποίων NDIR, MEMS ανίχνευση θερμοδυναμικών ιδιοτήτων, καταλυτικό σφαιρίδιο, MOS και θερμική αγωγιμότητα.
Γιατί τα ψυκτικά A2L χρειάζονται διαφορετική λογική ανίχνευσης;
Επειδή τα ψυκτικά A2L είναι ελαφρώς εύφλεκτα, ο αισθητήρας είναι συχνά μέρος του α σύστημα ανίχνευσης ψυκτικού μέσου σχεδιασμένο να αντιδρά σε ένα κλάσμα του LFL, που συζητείται συνήθως γύρω 25% LFL στην καθοδήγηση UL.
Ο αισθητήρας κάνει μόνο συναγερμό ή μπορεί να ελέγξει και εξοπλισμό;
Μπορεί να κάνει και τα δύο. Σε πολλά συστήματα, η ένδειξη του ανιχνευτή χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση ανεμιστήρες, πίνακες μετριασμού, συναγερμοί ή λογική τερματισμού λειτουργίας, όχι απλώς μια προειδοποίηση οθόνης.
