Kylmäaineanturi toimii näytteenotto ympäröivästä ilmasta, vuotaneen kylmäaineen aiheuttaman fysikaalisen tai kemiallisen muutoksen havaitseminen, muutoksen muuntaminen sähköiseksi signaaliksi ja sitten hälytyksen tai ohjaustoiminnon laukaiseminen, kun kaasupitoisuus ylittää määritellyn kynnyksen. Tarkka mekanismi riippuu anturitekniikasta: NDIR infrapuna- katalyyttinen helmi- MOS-puolijohde- lämmönjohtavuus, tai uudempi MEMS-ominaisuuspohjainen menetelmiä.
Toisin sanoen ei ole olemassa yhtä "kylmäaineanturiperiaatetta". Eri kylmäaineet ja sovellukset käyttävät erilaisia menetelmiä. Esimerkiksi monet nykyaikaiset LVI-kylmäaineilmaisimet käyttävät infrapunapohjainen tunnistus halogeenihiilikylmäaineille, kun taas hiilivetykylmäaineille, kuten esim R290 voidaan havaita myös katalyyttinen helmi tai muut palavat kaasutekniikat.
Kylmäaineanturin perustyöprosessi
Useimmat kylmäaineanturit noudattavat samaa nelivaiheista logiikkaa:
1) Ilma saavuttaa anturielementin
Ympäristöilma diffundoituu anturin koteloon tai imeytyy anturikammioon. Kiinteissä LVI-ilmaisimissa anturielementti asennetaan yleensä koteloon, joka on suunniteltu päästämään kohdekaasua sisään ja vähentämään pölyä, roiskeita ja saastumista.
2) Kylmäaine muuttaa mitattavissa olevan ominaisuuden
Tämä on anturin sydän. Anturityypistä riippuen kylmäaine voi:
- absorboi infrapunavaloa,
- muuttaa kaasuseoksen lämmönsiirto-ominaisuuksia,
- polttaa katalyyttisellä pinnalla ja vapauttaa lämpöä tai
- muuttaa anturikalvon sähkövastusta.
3) Elektroniikka muuntaa tämän muutoksen pitoisuustiedoiksi
Anturielektroniikka vahvistaa, linearisoi, kompensoi ja tulkitsee raakasignaalin. NDIR-järjestelmissä tähän voi sisältyä lämpöpaalupohjainen signaalin säätö; MEMS-pohjaisissa kylmäaineantureissa sisäiset algoritmit muuntavat mitatut kaasun ominaisuudet pitoisuustuloksi.
4) Ilmaisin vertaa lukemaa hälytyskynnyksiin
Jos kaasupitoisuus ylittää ohjelmoidun kynnyksen, järjestelmä voi laukaista hälytyksiä, ilmanvaihtoa, sammutusta tai lievennyksiä. Konehuoneissa ja A2L-järjestelmissä nämä kynnykset määritellään yleensä koodeilla tai standardeilla eikä arvailulla.
Tärkeimmät kylmäaineanturin periaatteet
1. NDIR-infrapuna-anturit
On n tarkoittaa hajoamaton infrapuna. Tämä on yksi yleisimmistä kylmäainevuodon havaitsemiseen käytetyistä periaatteista, koska monet kylmäainekaasut absorboivat infrapunavaloa ominaisilla aallonpituuksilla. Horiba selittää, että NDIR-anturi sisältää tyypillisesti IR-valolähde, näytekenno, optinen suodatin ja infrapunailmaisin, ja käyttää tiettyjen aallonpituuksien vaimennusta kaasupitoisuuden määrittämiseen.
Kuinka NDIR toimii
Infrapunavalonsäde kulkee näyteilman läpi. Jos kylmäainemolekyylejä on läsnä, ne absorboivat osan valosta tietyillä aallonpituuksilla. Ilmaisin mittaa, kuinka paljon valoa häviää, ja elektroniikka muuntaa sen Beer-Lambert-tyylisen mittauslogiikan avulla pitoisuuslukemaksi.
Miksi NDIR on suosittu kylmäaineissa
NDIR on laajalti käytetty, koska se tarjoaa hyvä selektiivisyys ja pitkäaikainen vakaus monille kylmäaineille, erityisesti halohiilivedyille ja muille IR-aktiivisille kaasuille. Texas Instruments huomauttaa myös, että lämpöpaalujen etupäitä käytetään yleisesti NDIR-anturisovelluksetmukaan lukien kylmäaineen tunnistusjärjestelmät.
Paras istuvuus
NDIR on monille vahva valinta HFC, HFO, CO₂ ja sekoitettu kylmäaine vuotojen havaitsemissovellukset kiinteissä LVI- ja jäähdytysjärjestelmissä.
2. MEMS-omaisuuteen perustuvat kylmäaineanturit
Uudempi lähestymistapa käyttää a mikrokoneistettu MEMS-anturi mittaamaan muutoksia termodynaamiset ominaisuudet ilman ja kaasun seoksesta sen sijaan, että luottaisi vain optiseen absorptioon. NevadaNano kuvaa Molecular Property Spectrometer -lähestymistapaansa käyttämällä kalvoa, jossa on an upotettu Joule-lämmitin ja vastuslämpömittari; kun kylmäainetta on läsnä, kaasuseoksen ominaisuudet muuttuvat, ja algoritmit muuttavat sen pitoisuudeksi.
Kuinka tämä periaate toimii
Anturi lämmittää pientä elementtiä ja tarkkailee kuinka ympäröivä kaasu vaikuttaa lämmönsiirtoon ja siihen liittyvään fyysiseen käyttäytymiseen. Koska kylmäaineet muuttavat ilman termodynaamisia ominaisuuksia, järjestelmä voi päätellä kylmäainepitoisuuden mitatusta vasteesta.
Miksi sillä on merkitystä
Tätä lähestymistapaa käytetään joissakin A2L ja A3 kylmäaineanturit koska se voi tarjota sisäänrakennetun kompensoinnin, tehdaskalibroinnin ja vahvan myrkytyskestävyyden verrattuna katalyyttisiin helmiin joissakin sovelluksissa.
3. Katalyyttiset helmianturit
A katalyyttinen helmi anturi, jota kutsutaan myös a pellistoria, on klassinen palavien kaasujen tunnistusmenetelmä. Voittaa selittää, että se käyttää kaksi lämmitettyä helmeä Wheatstone-sillassa: aktiivinen helmi ja referenssihelmi. Kun palava kaasu saavuttaa aktiivisen helmen, se hapettuu katalyytin pinnalla tuottaen lämpöä ja muuttaen helmen sähkövastusta. Piiri mittaa tämän eron ja raportoi kaasutason, usein sisään %LEL.
Kuinka katalyyttinen helmien tunnistus toimii
- anturi lämmittää helmiä,
- palava kaasu saavuttaa aktiivisen helmen,
- hapettuminen tuottaa ylimääräistä lämpöä,
- vastuksen muutokset,
- siltapiiri muuntaa tämän muutoksen kaasulukemaksi.
Paras istuvuus
Katalyyttisiä helmiantureita käytetään yleisesti hiilivetykylmäaineet kuten R290 propaani, jossa syttyvyyden havaitseminen on kriittistä.
Rajoitukset
Katalyyttisten helmien anturit voivat vaikuttaa myrkytys, ylimääräinen altistuminen ja hapen saatavuus, minkä vuoksi jotkut valmistajat pitävät infrapuna- tai MEMS-lähestymistapoja vähemmän huoltoa vaativiksi vaihtoehdoiksi ankarissa ympäristöissä.
4. MOS-puolijohdeanturit
Moss anturit toimivat läpi pintakemia. Metallioksidia tunnistava kerros muuttaa sähkövastusta, kun kaasumolekyylit ovat vuorovaikutuksessa happilajien kanssa kuumennetulla pinnalla. Tekniset katsaukset kuvaavat MOS-kaasuantureita konduktometrisinä laitteina, joiden teho riippuu kaasun ja kiinteän aineen vuorovaikutuksesta aiheutuvista johtavuuden muutoksista.
Kuinka MOS toimii
Anturi pitää anturimateriaalin kohotetussa lämpötilassa. Kun kylmäaine tai muu kaasu saavuttaa pinnan, pintareaktio muuttaa varauksenkuljettajien määrää, mikä muuttaa vastusta. Piiri mittaa tämän vastuksen siirtymän ja arvioi kaasupitoisuuden.
Paras istuvuus
MOS-antureita käytetään usein missä alhaiset kustannukset, kompakti koko ja yksinkertainen integrointi enemmän kuin maksimaalinen selektiivisyys.
Rajoitukset
MOS-anturit ovat alttiimpia kosteusvaikutukset, VOC-ristiherkkyys ja pitkäaikainen ajautuminen, joten ne vaativat usein kompensaatiota ja huolellista kalibrointistrategiaa.
5. Lämmönjohtavuusanturit
A lämmönjohtavuus anturi mittaa kuinka kaasuseos siirtää lämpöä. Horiba selittää, että tämä menetelmä käyttää lämmitettyä lankaa tai vastaavaa elementtiä; kaasun lämmönjohtavuuden muuttuessa myös elementin lämpötila ja sähkövastus muuttuvat, mikä mahdollistaa pitoisuuden laskemisen.
Miten se toimii
Jos vuotanut kylmäaine muuttaa anturin ympärillä olevan ilman lämmönjohtavuutta, anturi havaitsee muutoksen lämmitettävän elementin vastuksen siirtymänä.
Paras istuvuus
Lämmönjohtavuuden tunnistus voi toimia joissakin kylmäainesovelluksissa, mutta yleensä se on vähemmän valikoiva kuin NDIR, koska se reagoi bulkkikaasun ominaisuuksien muutoksiin pikemminkin kuin tiettyyn optiseen sormenjälkeen. Horiba huomauttaa nimenomaisesti, että TCD tekee niin eivät osoita selektiivisyyttä samalla tavalla ja että muut kaasut voivat vaikuttaa lukemaan.
Kuinka hälytyslogiikka toimii sen jälkeen, kun anturi havaitsee kylmäaineen
Kylmäaineanturi ei pysähdy "kaasun läsnäoloon". Todellisissa LVI- ja jäähdytysjärjestelmissä lukemaa verrataan a määritelty kynnys, ja järjestelmä laukaisee sitten vastauksen. Se, mikä lasketaan oikeaksi kynnysarvoksi, riippuu kylmäaineluokasta ja sovelluksesta.
Konehuoneisiin ja moniin A1-kylmäaineisiin
ASHRAE-ohjaus edellyttää, että kylmäaineilmaisimen asetusarvo on ei suurempi kuin sovellettava kylmäaineen pitoisuusraja (RCL), ja uudemmat lisäykset vaativat edelleen ilmaisimen, joka sijaitsee paikassa, jossa vuotanut kylmäaine keskittyy, jotta se voi laukaista hälytyksiä ja mekaanisen ilmanvaihdon.
A2L lievästi syttyville kylmäaineille
UL selittää, että näiden sovellusten kylmäaineen tunnistusjärjestelmiä arvioidaan noin 25 % LFL:stä, mikä auttaa vähentämään vuotojen aiheuttamaa tulipaloriskiä. TI:n A2L-sovellusselosteessa käsitellään myös kylmäainevuodon havaitsemisantureita, joita käytetään noudattamaan UL 60335-2-40 vaatimukset.
Lieventämiskykyisille järjestelmille
Kun kynnys ylittyy, ilmaisin voi laukaista:
- ääni/visuaaliset hälytykset,
- tuulettimet,
- lievennyslauta,
- kompressorin sammutus,
- tai muu turvallisuuslogiikka. Carrierin A2L-lisäopas esimerkiksi kuvaa tunnistusanturin, joka on yhteydessä ohjauskorttiin, joka käynnistää poistotilan, kun kylmäainepitoisuus nousee yli prosenttiosuuden LFL:stä.
Miksi sijoittelulla on yhtä suuri merkitys kuin anturitekniikalla
Paraskin anturi voi jättää vuodon huomaamatta, jos se on asennettu väärään paikkaan. ASHRAE vaatii konehuoneilmaisimien sijoittamista jossa vuodosta tuleva kylmäaine keskittyy, mikä tarkoittaa, että sijoituksen tulee noudattaa odotettua vuotokäyttäytymistä, ilmavirtausta ja tiheysvaikutuksia.
Siksi kylmäaineen tunnistus on todella a järjestelmän suunnittelun ongelma, ei vain komponenttivalinta. Tarvitset oikeuden:
- tunnistusperiaate,
- kalibrointi,
- asennuspaikka,
- kynnyslogiikka,
- ja ohjauslähdöt.
Mikä kylmäaineanturin periaate on paras?
Ei ole olemassa universaalia voittajaa.
- Monille halogeenihiilikylmäaineet- On n on usein edullinen selektiivisyyden ja stabiilisuuden vuoksi.
- varten syttyvät hiilivedyt pitää R290- katalyyttinen helmi ja uudempi MEMS-ominaisuuspohjainen menetelmät ovat yleisiä vaihtoehtoja.
- varten kustannusherkät sulautetut tuotteet- Moss voidaan edelleen käyttää, mutta kompensaatiolla ja ryöminnällä on enemmän merkitystä.
- Sovelluksiin, joissa tarvitset yksinkertaista bulkkikaasun ominaisuuden mittausta, lämmönjohtavuus voidaan harkita, vaikka se on vähemmän valikoiva.
FAQ
Miten kylmäaineanturi havaitsee vuodon?
Se havaitsee vuodon mittaamalla kylmäaineen aiheuttaman ominaisuusmuutoksen ympäröivässä ilmassa, esim IR-absorptio, lämmönsiirron muutos, katalyyttinen hapetus tai vastuksen muutos, muuntaa sitten signaalin pitoisuuslukemaksi ja hälytyslähdöksi.
Mikä on yleisin kylmäaineanturityyppi?
Monille nykyaikaisille LVI-kylmäaineille, NDIR infrapuna on yksi yleisimmistä kiinteän ilmaisun lähestymistavoista selektiivisyytensä ja stabiiliutensa vuoksi.
Toimivatko kaikki kylmäaineanturit samalla tavalla?
Ei. Eri anturit käyttävät erilaisia periaatteita, mukaan lukien NDIR, MEMS-termodynaamisten ominaisuuksien tunnistus, katalyyttinen helmi, MOS ja lämmönjohtavuus.
Miksi A2L-kylmäaineet tarvitsevat erilaisen tunnistuslogiikan?
Koska A2L-kylmäaineet ovat lievästi syttyviä, anturi on usein osa a kylmäaineen tunnistusjärjestelmä suunniteltu reagoimaan murto-osalla LFL, josta keskustellaan yleisesti 25% LFL UL:n ohjeissa.
Hälyttääkö anturi vain vai voiko sillä ohjata myös laitteita?
Se voi tehdä molempia. Monissa järjestelmissä ilmaisimen lukemaa käytetään laukaisuun tuulettimet, vaimennustaulut, hälytykset tai sammutuslogiikka, ei vain näytön varoitus.
