חיישן קירור פועל על ידי דגימת האוויר שמסביב, זיהוי שינוי פיזי או כימי שנגרם כתוצאה מדליפת נוזל קירור, המרת שינוי זה לאות חשמלי, ולאחר מכן הפעלת אזעקה או פעולת בקרה כאשר ריכוז הגז חוצה סף מוגדר.. המנגנון המדויק תלוי בטכנולוגיית החיישן: אינפרא אדום NDIR- חרוז קטליטי- מוליך למחצה MOS- מוליכות תרמית, או חדש יותר מבוסס נכס MEMS שיטות.
במילים אחרות, אין "עיקרון חיישן קירור" אחד. חומרי קירור ויישומים שונים משתמשים בשיטות שונות. לדוגמה, גלאי קירור HVAC מודרניים רבים משתמשים חישה מבוססת אינפרא אדום עבור חומרי קירור הלוקרבונים, ואילו חומרי קירור פחמימניים כגון R290 עשוי להיות מזוהה גם עם חרוז קטליטי או טכנולוגיות גז דליק אחרות.
תהליך העבודה הבסיסי של חיישן קירור
רוב חיישני הקירור עוקבים אחר אותו היגיון בן ארבעה שלבים:
1) אוויר מגיע לאלמנט החישה
אוויר הסביבה מתפזר לתוך בית החיישן או נמשך לתוך תא חישה. בגלאי HVAC קבועים, אלמנט החישה מותקן בדרך כלל במתחם שנועד להכניס גז מטרה תוך הפחתת אבק, התזה וזיהום.
2) הקירור משנה תכונה הניתנת למדידה
זהו הלב של החיישן. בהתאם לסוג החיישן, נוזל הקירור עשוי:
- לספוג אור אינפרא אדום,
- לשנות את תכונות העברת החום של תערובת הגז,
- לשרוף על משטח קטליטי ולשחרר חום, או
- לשנות את ההתנגדות החשמלית של סרט חישה.
3) אלקטרוניקה ממירה את השינוי הזה לנתוני ריכוז
האלקטרוניקה של החיישן מגבירה, מייצרת, מפצה ומפרשת את האות הגולמי. במערכות NDIR, זה עשוי להיות כרוך במיזוג אותות מבוסס תרמו-פיל; בחיישני קירור מבוססי MEMS, אלגוריתמים מובנים ממירים את תכונות הגז הנמדדות לתפוקת ריכוז.
4) הגלאי משווה את הקריאה לספי אזעקה
אם ריכוז הגז חורג מסף מתוכנת, המערכת יכולה להפעיל אזעקות, אוורור, כיבוי או בקרות הפחתה. בחדרי מכונות ומערכות A2L, ספים אלו מוגדרים בדרך כלל על ידי קודים או תקנים ולא על ידי ניחושים.
העקרונות העיקריים של חיישן קירור
1. חיישני אינפרא אדום NDIR
הוא n מייצג אינפרא אדום לא מפזר. זהו אחד העקרונות הנפוצים ביותר המשמשים לאיתור נזילות קירור מכיוון שגזי קירור רבים סופגים אור אינפרא אדום באורכי גל אופייניים. הוריבה מסביר כי חיישן NDIR כולל בדרך כלל מקור אור IR, תא מדגם, מסנן אופטי וגלאי אינפרא אדום, ומשתמש בהנחתה של אורכי גל ספציפיים כדי לקבוע את ריכוז הגז.
איך NDIR עובד
קרן אור אינפרא אדום עוברת באוויר הנדגם. אם קיימות מולקולות קירור, הן סופגות חלק מהאור באורכי גל מסוימים. הגלאי מודד כמה אור הולך לאיבוד, והאלקטרוניקה ממירה זאת לקריאת ריכוז באמצעות לוגיקה מדידה בסגנון Beer-Lambert.
מדוע NDIR פופולרי עבור חומרי קירור
NDIR נמצא בשימוש נרחב מכיוון שהוא מציע סלקטיביות טובה ויציבות לטווח ארוך עבור חומרי קירור רבים, במיוחד הלופחמנים וגזים פעילים אחרים ב-IR. טקסס אינסטרומנטס מציינת גם שחלקי חזית תרמופילים נמצאים בשימוש נפוץ ב יישומי חישה של NDIR, לרבות מערכות זיהוי קירור.
ההתאמה הטובה ביותר
NDIR היא בחירה חזקה עבור רבים HFC, HFO, CO₂ וקירור מעורב יישומי איתור נזילות במערכות HVAC וקירור קבועות.
2. חיישני קירור מבוססי MEMS
גישה חדשה יותר משתמשת ב- a מתמר MEMS במכונה מיקרו למדוד שינויים ב תכונות תרמודינמיות של תערובת האוויר/גז במקום להסתמך רק על ספיגה אופטית. NevadaNano מתאר את גישת ספקטרומטר המאפיינים המולקולריים שלו כשימוש בממברנה עם מחמם ג'ול מוטבע ומדחום התנגדות; כאשר קיים חומר קירור, התכונות של תערובת הגז משתנות, ואלגוריתמים ממירים זאת לריכוז.
איך העיקרון הזה עובד
החיישן מחמם אלמנט זעיר ומנטר כיצד הגז שמסביב משפיע על העברת החום והתנהגות פיזית קשורה. מכיוון שחומרי קירור משנים את התכונות התרמודינמיות של האוויר, המערכת יכולה להסיק את ריכוז נוזל הקירור מהתגובה הנמדדת.
למה זה חשוב
גישה זו משמשת בחלקם חיישני קירור A2L ו-A3 מכיוון שהוא יכול להציע פיצוי מובנה, כיול מפעל ועמידות חזקה בפני הרעלה בהשוואה לעיצובי חרוזים קטליטיים ביישומים מסוימים.
3. חיישני חרוז קטליטי
א חרוז קטליטי חיישן, הנקרא גם א pellistor, היא שיטת חישת גז דליק קלאסית. ווינסן מסביר שהוא משתמש שני חרוזים מחוממים בגשר Wheatstone: חרוז פעיל וחרוז התייחסות. כאשר גז דליק מגיע אל החרוז הפעיל, הוא מתחמצן על פני הזרז, מייצר חום ומשנה את ההתנגדות החשמלית של החרוז. המעגל מודד את ההבדל ומדווח על רמת הגז, לעתים קרובות ב %LELו
כיצד פועלת חישת חרוזים קטליטיים
- החיישן מחמם את החרוזים,
- גז דליק מגיע אל החרוז הפעיל,
- חמצון יוצר חום נוסף,
- שינויים בהתנגדות,
- מעגל הגשר הופך את השינוי הזה לקריאת גז.
ההתאמה הטובה ביותר
חיישני חרוז קטליטי משמשים בדרך כלל עבור חומרי קירור פחמימניים כְּגוֹן R290 פרופאן, שבו זיהוי דליקות הוא קריטי.
מגבלות
חיישני חרוז קטליטי יכולים להיות מושפעים מ הרעלה, הגבלת חשיפה וזמינות חמצן, וזו הסיבה שחלק מהיצרנים מציבים גישות אינפרא אדום או MEMS כחלופות עם תחזוקה נמוכה יותר בסביבות קשות.
4. חיישני מוליכים למחצה MOS
MOS חיישנים פועלים כימיה של פני השטח. שכבת חישה של מתכת-תחמוצת משנה התנגדות חשמלית כאשר מולקולות גז מקיימות אינטראקציה עם מיני חמצן על פני השטח המחומם. סקירות טכניות מתארות חיישני גז MOS כהתקנים מוליכים שתפוקתם תלויה בשינויים במוליכות הנגרמים מאינטראקציה בין גז למוצק.
איך עובד MOS
החיישן שומר על חומר החישה בטמפרטורה גבוהה. כאשר נוזל קירור או גז אחר מגיעים לפני השטח, תגובת פני השטח משנה את מספר נושאי המטען, מה שמשנה את ההתנגדות. המעגל מודד את שינוי ההתנגדות ומעריך את ריכוז הגז.
ההתאמה הטובה ביותר
חיישני MOS משמשים לעתים קרובות היכן עלות נמוכה, גודל קומפקטי ושילוב פשוט חשוב יותר מאשר סלקטיביות מקסימלית.
מגבלות
חיישני MOS פגיעים יותר ל השפעות לחות, רגישות צולבת של VOC וסחיפה לטווח ארוך, כך שלעתים קרובות הם דורשים פיצוי ואסטרטגיית כיול קפדנית.
5. חיישני מוליכות תרמית
א מוליכות תרמית חיישן מודד כיצד תערובת הגז מעבירה חום. הוריבה מסביר ששיטה זו משתמשת בחוט מחומם או באלמנט דומה; ככל שהמוליכות התרמית של הגז משתנה, גם טמפרטורת האלמנט וההתנגדות החשמלית משתנים, מה שמאפשר לחשב את הריכוז.
איך זה עובד
אם נוזל קירור דלף משנה את המוליכות התרמית של האוויר סביב החיישן, החיישן מזהה את השינוי הזה כשינוי התנגדות באלמנט המחומם.
ההתאמה הטובה ביותר
חישת מוליכות תרמית יכולה לעבוד עבור יישומי קירור מסוימים, אבל היא בדרך כלל פחות סלקטיבי מאשר NDIR מכיוון שהוא מגיב לשינויים בתפזורת של תכונות הגז ולא לטביעת אצבע אופטית ספציפית. הוריבה מציין במפורש ש-TCD כן לא מפגין סלקטיביות באותו אופן ושגזים אחרים יכולים להשפיע על הקריאה.
כיצד פועל לוגיקת האזעקה לאחר שהחיישן מזהה נוזל קירור
חיישן קירור לא עוצר ב"נוכח גז". במערכות HVAC וקירור אמיתיות, הקריאה מושווה ל-a סף מוגדר, ואז המערכת מפעילה תגובה. מה שנחשב כסף הנכון תלוי בסוג הקירור וביישום.
לחדרי מכונות והרבה חומרי קירור A1
הנחיית ASHRAE דורשת שנקודת ההגדרה של גלאי הקירור תהיה לא עולה על מגבלת ריכוז הקירור (RCL) המתאימה, ותוספות עדכניות יותר ממשיכות לדרוש גלאי הממוקם במקום בו יתרכז נוזל קירור שדלף כדי שיוכל להפעיל אזעקות ואוורור מכני.
עבור חומרי קירור A2L דליקים עדין
UL מסבירה כי מערכות זיהוי חומרי קירור עבור יישומים אלה מוערכים סביב 25% מה-LFL, עוזר להפחית את הסיכון לשריפה כתוצאה מדליפות. תקציר היישום A2L של TI דן גם בחיישני איתור דליפות קירור המשמשים לציות UL 60335-2-40 דרישות.
למערכות התומכות במיתוג
כאשר חריגה מהסף, הגלאי עשוי להפעיל:
- אזעקות קוליות/חזותיות,
- מאווררי אוורור,
- ועדת הקלה,
- כיבוי מדחס,
- או היגיון בטיחותי אחר. המדריך המשלים A2L של Carrier, למשל, מתאר חיישן זיהוי המתקשר עם לוח בקרה שמתחיל מצב פיזור ברגע שריכוז נוזל הקירור עולה מעל אחוז של LFL.
מדוע המיקום חשוב כמו טכנולוגיית החיישנים
אפילו החיישן הטוב ביותר יכול לפספס דליפה אם הוא מותקן במקום הלא נכון. ASHRAE דורשת איתור גלאי חדר מכונות היכן יתרכז חומר קירור מדליפה, כלומר המיקום צריך לעקוב אחר התנהגות הדליפה הצפויה, זרימת האוויר והשפעות הצפיפות.
לכן זיהוי קירור הוא באמת א בעיה בתכנון מערכת, לא רק בחירה של רכיב. אתה צריך את הזכות:
- עקרון חישה,
- כִּיוּל,
- מיקום הרכבה,
- היגיון סף,
- ושליטה ביציאות.
איזה עקרון חיישן קירור הוא הטוב ביותר?
אין מנצח אוניברסלי.
- עבור רבים חומרי קירור הלוקרבון- הוא n הוא מועדף לעתים קרובות עבור סלקטיביות ויציבות.
- עֲבוּר פחמימנים דליקים כְּמוֹ R290- חרוז קטליטי וחדשה יותר מבוסס נכס MEMS שיטות הן אפשרויות נפוצות.
- עֲבוּר מוצרים משובצים רגישים לעלות- MOS עדיין ניתן להשתמש, אבל פיצוי ושליטה בסחף חשובים יותר.
- עבור יישומים שבהם אתה צריך מדידה פשוטה של מאפייני גז בתפזורת, מוליכות תרמית ניתן לשקול, אם כי הוא פחות סלקטיבי.
שאלות נפוצות
איך חיישן קירור מזהה נזילה?
הוא מזהה דליפה על ידי מדידת שינוי תכונה באוויר שמסביב הנגרם על ידי נוזל קירור, כגון קליטת IR, שינוי העברת חום, חמצון קטליטי או שינוי התנגדות, ולאחר מכן המרת אותות זה לפלט קריאת ריכוז ואזעקה.
מהו סוג חיישן הקירור הנפוץ ביותר?
עבור קרני HVAC מודרניים רבים, אינפרא אדום NDIR היא אחת הגישות הנפוצות ביותר לזיהוי קבוע בגלל הסלקטיביות והיציבות שלה.
האם כל חיישני הקירור פועלים באותו אופן?
לא. חיישנים שונים משתמשים בעקרונות שונים, כולל NDIR, MEMS חישה תכונה תרמודינמית, חרוז קטליטי, MOS ומוליכות תרמיתו
מדוע קירור A2L צריך היגיון זיהוי שונה?
מכיוון שחומרי קירור A2L דליקים קלות, החיישן הוא לעתים קרובות חלק מ-a מערכת זיהוי חומרי קירור נועד להגיב בשבריר מה LFL, נדון בדרך כלל מסביב 25% LFL בהנחיית UL.
האם החיישן מזעיק רק, או שהוא יכול לשלוט גם בציוד?
זה יכול לעשות את שניהם. במערכות רבות, קריאת הגלאי משמשת להפעלה מאווררים, לוחות הקלה, אזעקות או היגיון כיבוי, לא רק אזהרת תצוגה.
