Un capteur de réfrigérant fonctionne en échantillonner l'air ambiant, détecter un changement physique ou chimique provoqué par une fuite de réfrigérant, convertir ce changement en signal électrique, puis déclencher une alarme ou une action de contrôle lorsque la concentration de gaz dépasse un seuil défini. Le mécanisme exact dépend de la technologie du capteur : Infrarouge NDIR, perle catalytique, Semi-conducteur MOS, conductivité thermique, ou plus récent Basé sur les propriétés MEMS méthodes.
En d’autres termes, il n’existe pas de « principe de capteur de réfrigérant » unique. Différents réfrigérants et applications utilisent différentes méthodes. Par exemple, de nombreux détecteurs de réfrigérant CVC modernes utilisent détection basée sur l'infrarouge pour les réfrigérants halocarbures, tandis que les réfrigérants hydrocarbures tels que R290 peut également être détecté avec perle catalytique ou d'autres technologies utilisant des gaz combustibles.
Le processus de fonctionnement de base d'un capteur de réfrigérant
La plupart des capteurs de réfrigérant suivent la même logique en quatre étapes :
1) L'air atteint l'élément sensible
L'air ambiant se diffuse dans le boîtier du capteur ou est aspiré dans une chambre de détection. Dans les détecteurs CVC fixes, l'élément de détection est généralement monté dans une enceinte conçue pour laisser entrer le gaz cible tout en réduisant la poussière, les éclaboussures et la contamination.
2) Le réfrigérant modifie une propriété mesurable
C'est le cœur du capteur. Selon le type de capteur, le réfrigérant peut :
- absorber la lumière infrarouge,
- modifier les propriétés de transfert de chaleur du mélange gazeux,
- brûler sur une surface catalytique et libérer de la chaleur, ou
- modifier la résistance électrique d'un film de détection.
3) L'électronique convertit ce changement en données de concentration
L'électronique du capteur amplifie, linéarise, compense et interprète le signal brut. Dans les systèmes NDIR, cela peut impliquer un conditionnement du signal basé sur une thermopile ; dans les capteurs de réfrigérant basés sur MEMS, des algorithmes intégrés convertissent les propriétés mesurées du gaz en sortie de concentration.
4) Le détecteur compare la lecture aux seuils d'alarme
Si la concentration de gaz dépasse un seuil programmé, le système peut déclencher alarmes, ventilation, arrêt ou contrôles d'atténuation. Dans les salles des machines et les systèmes A2L, ces seuils sont généralement définis par des codes ou des normes plutôt que par des conjectures.
Les grands principes des capteurs de fluide frigorigène
1. Capteurs infrarouges NDIR
Est n représente infrarouge non dispersif. Il s’agit de l’un des principes les plus couramment utilisés pour la détection des fuites de réfrigérant, car de nombreux gaz réfrigérants absorbent la lumière infrarouge à des longueurs d’onde caractéristiques. Horiba explique qu'un capteur NDIR comprend généralement un Source de lumière IR, cellule d'échantillon, filtre optique et détecteur infrarouge, et utilise l'atténuation de longueurs d'onde spécifiques pour déterminer la concentration de gaz.
Comment fonctionne le NDIR
Un faisceau de lumière infrarouge traverse l’air échantillonné. Si des molécules réfrigérantes sont présentes, elles absorbent une partie de la lumière à certaines longueurs d’onde. Le détecteur mesure la quantité de lumière perdue et l'électronique la convertit en une lecture de concentration à l'aide d'une logique de mesure de type Beer-Lambert.
Pourquoi le NDIR est populaire pour les réfrigérants
NDIR est largement utilisé car il offre bonne sélectivité et stabilité à long terme pour de nombreux réfrigérants, en particulier les halocarbures et autres gaz actifs IR. Texas Instruments note également que les extrémités avant des thermopiles sont couramment utilisées dans Applications de détection NDIR, y compris les systèmes de détection de réfrigérant.
Meilleur ajustement
NDIR est un choix judicieux pour beaucoup HFC, HFO, CO₂ et mélange de réfrigérants applications de détection de fuites dans les systèmes fixes de CVC et de réfrigération.
2. Capteurs de réfrigérant basés sur les propriétés MEMS
Une approche plus récente utilise un transducteur MEMS micro-usiné pour mesurer les changements dans propriétés thermodynamiques du mélange air/gaz plutôt que de compter uniquement sur l'absorption optique. NevadaNano décrit son approche de spectromètre de propriétés moléculaires comme utilisant une membrane avec un Chauffage Joule et thermomètre à résistance intégrés; Lorsque le réfrigérant est présent, les propriétés du mélange gazeux changent et les algorithmes les convertissent en concentration.
Comment fonctionne ce principe
Le capteur chauffe un minuscule élément et surveille la manière dont le gaz environnant affecte le transfert de chaleur et le comportement physique associé. Étant donné que les réfrigérants modifient les propriétés thermodynamiques de l'air, le système peut déduire la concentration de réfrigérant à partir de la réponse mesurée.
Pourquoi c'est important
Cette approche est utilisée dans certains Capteurs de fluide frigorigène A2L et A3 car il peut offrir une compensation intégrée, un étalonnage en usine et une forte résistance à l'empoisonnement par rapport aux conceptions à billes catalytiques dans certaines applications.
3. Capteurs à billes catalytiques
UN perle catalytique capteur, également appelé pellisteur, est une méthode classique de détection de gaz combustible. Gagner explique qu'il utilise deux perles chauffées dans un pont de Wheatstone : une perle active et une perle de référence. Lorsqu’un gaz combustible atteint la perle active, il s’oxyde à la surface du catalyseur, produisant de la chaleur et modifiant la résistance électrique de la perle. Le circuit mesure cette différence et signale le niveau de gaz, souvent en %LIE.
Comment fonctionne la détection par billes catalytiques
- le capteur chauffe les perles,
- le gaz combustible atteint la perle active,
- l'oxydation génère de la chaleur supplémentaire,
- les changements de résistance,
- le circuit en pont convertit ce changement en une lecture de gaz.
Meilleur ajustement
Les capteurs à billes catalytiques sont couramment utilisés pour réfrigérants à base d'hydrocarbures tel que Propane R290, où la détection de l'inflammabilité est essentielle.
Limites
Les capteurs à billes catalytiques peuvent être affectés par empoisonnement, exposition excessive et disponibilité de l’oxygène, c'est pourquoi certains fabricants positionnent les approches infrarouges ou MEMS comme des alternatives nécessitant moins de maintenance dans les environnements difficiles.
4. Capteurs semi-conducteurs MOS
Mos les capteurs fonctionnent à travers chimie des surfaces. Une couche de détection d'oxyde métallique modifie la résistance électrique lorsque les molécules de gaz interagissent avec les espèces d'oxygène sur la surface chauffée. Les revues techniques décrivent les capteurs de gaz MOS comme des dispositifs conductométriques dont la sortie dépend des changements de conductivité provoqués par l'interaction gaz/solide.
Comment fonctionne le MOS
Le capteur maintient le matériau de détection à une température élevée. Lorsque le réfrigérant ou un autre gaz atteint la surface, la réaction de surface modifie le nombre de porteurs de charge, ce qui modifie la résistance. Le circuit mesure ce déplacement de résistance et estime la concentration de gaz.
Meilleur ajustement
Les capteurs MOS sont souvent utilisés là où faible coût, taille compacte et intégration simple importe plus que la sélectivité maximale.
Limites
Les capteurs MOS sont plus vulnérables effets de l'humidité, sensibilité croisée des COV et dérive à long terme, ils nécessitent donc souvent une compensation et une stratégie d’étalonnage minutieuse.
5. Capteurs de conductivité thermique
UN conductivité thermique Le capteur mesure la manière dont le mélange gazeux transfère la chaleur. Horiba explique que cette méthode utilise un fil chauffé ou un élément similaire ; à mesure que la conductivité thermique du gaz change, la température de l'élément et la résistance électrique changent également, permettant de calculer la concentration.
Comment ça marche
Si une fuite de réfrigérant modifie la conductivité thermique de l'air autour du capteur, le capteur détecte ce changement comme un changement de résistance dans l'élément chauffé.
Meilleur ajustement
La détection de conductivité thermique peut fonctionner pour certaines applications de réfrigérants, mais elle est généralement moins sélectif que NDIR car il répond aux changements massifs de propriétés du gaz plutôt qu'à une empreinte optique spécifique. Horiba note explicitement que TCD le fait ne fait pas preuve de sélectivité de la même manière et que d'autres gaz peuvent affecter la lecture.
Comment fonctionne la logique d'alarme une fois que le capteur a détecté du réfrigérant
Un capteur de réfrigérant ne s’arrête pas en cas de « présence de gaz ». Dans les systèmes CVC et de réfrigération réels, la lecture est comparée à un seuil défini, et le système déclenche alors une réponse. Ce qui constitue le seuil correct dépend de la classe de réfrigérant et de l'application.
Pour salles de machines et de nombreux réfrigérants A1
Les directives ASHRAE exigent que le point de consigne du détecteur de réfrigérant soit pas supérieure à la limite de concentration de réfrigérant (RCL) applicable, et des addenda plus récents continuent d'exiger un détecteur situé là où le réfrigérant qui fuit se concentrera afin de pouvoir déclencher des alarmes et une ventilation mécanique.
Pour réfrigérants A2L légèrement inflammables
UL explique que les systèmes de détection de réfrigérant pour ces applications sont évalués autour 25% de la LFL, contribuant ainsi à réduire les risques d'incendie dus aux fuites. Le dossier d'application A2L de TI traite également des capteurs de détection de fuite de réfrigérant utilisés pour se conformer aux UL 60335-2-40 exigences.
Pour les systèmes capables d’atténuer
Lorsque le seuil est dépassé, le détecteur peut déclencher :
- alarmes sonores/visuelles,
- ventilateurs,
- un comité d'atténuation,
- arrêt du compresseur,
- ou autre logique de sécurité. Le guide supplémentaire A2L de Carrier, par exemple, décrit un capteur de détection communiquant avec un tableau de commande qui lance le mode de dissipation une fois que la concentration de réfrigérant dépasse un pourcentage de LIE.
Pourquoi le placement est aussi important que la technologie des capteurs
Même le meilleur capteur peut manquer une fuite s’il est installé au mauvais endroit. ASHRAE exige que les détecteurs de la salle des machines soient localisés où le réfrigérant provenant d'une fuite se concentrera, ce qui signifie que le placement doit suivre le comportement attendu en matière de fuite, le débit d'air et les effets de densité.
C'est pourquoi la détection de réfrigérant est vraiment un problème de conception du système, pas seulement un choix de composant. Il vous faut le droit :
- principe de détection,
- étalonnage,
- emplacement de montage,
- logique de seuil,
- et sorties de contrôle.
Quel principe de capteur de réfrigérant est le meilleur ?
Il n’y a pas de gagnant universel.
- Pour beaucoup réfrigérants halocarbures, Est n est souvent préféré pour sa sélectivité et sa stabilité.
- Pour hydrocarbures inflammables comme R290, perle catalytique et plus récent Basé sur les propriétés MEMS les méthodes sont des options courantes.
- Pour produits embarqués sensibles aux coûts, Mos peuvent toujours être utilisés, mais la compensation et le contrôle de la dérive sont plus importants.
- Pour les applications où vous avez besoin d'une mesure simple des propriétés du gaz en vrac, conductivité thermique peut être envisagée, même si elle est moins sélective.
FAQ
Comment un capteur de réfrigérant détecte-t-il une fuite ?
Il détecte une fuite en mesurant un changement de propriété dans l'air ambiant provoqué par le réfrigérant, tel que Absorption IR, changement de transfert de chaleur, oxydation catalytique ou changement de résistance, puis en convertissant ce signal en une lecture de concentration et une sortie d'alarme.
Quel est le type de capteur de réfrigérant le plus courant ?
Pour de nombreux réfrigérants CVC modernes, Infrarouge NDIR est l’une des approches de détection fixe les plus courantes en raison de sa sélectivité et de sa stabilité.
Tous les capteurs de réfrigérant fonctionnent-ils de la même manière ?
Non. Différents capteurs utilisent différents principes, notamment NDIR, détection des propriétés thermodynamiques MEMS, bille catalytique, MOS et conductivité thermique.
Pourquoi les réfrigérants A2L nécessitent-ils une logique de détection différente ?
Les réfrigérants A2L étant légèrement inflammables, le capteur fait souvent partie d'un système de détection de réfrigérant conçu pour réagir à une fraction du LFL, communément discuté autour 25% LIE dans les directives UL.
Le capteur déclenche-t-il uniquement l'alarme ou peut-il également contrôler l'équipement ?
Cela peut faire les deux. Dans de nombreux systèmes, la lecture du détecteur est utilisée pour déclencher ventilateurs, cartes d'atténuation, alarmes ou logique d'arrêt, pas seulement un avertissement affiché.
