Датчик хладагента работает отбор проб окружающего воздуха, обнаружение физических или химических изменений, вызванных утечкой хладагента, преобразование этих изменений в электрический сигнал, а затем активация сигнализации или контрольного действия, когда концентрация газа пересекает определенный порог.. Точный механизм зависит от технологии датчика: NDIR инфракрасныйВ каталитическая бусинкаВ МОП-полупроводникВ теплопроводностьили новее MEMS на основе свойств методы.
Другими словами, не существует единого «принципа датчика хладагента». В разных хладагентах и приложениях используются разные методы. Например, многие современные детекторы хладагента HVAC используют инфракрасное зондирование для галогенуглеродных хладагентов, тогда как углеводородные хладагенты, такие как R290 также может быть обнаружен с помощью каталитическая бусинка или другие технологии горючего газа.
Основной рабочий процесс датчика хладагента
Большинство датчиков хладагента следуют одной и той же четырехступенчатой логике:
1) Воздух достигает чувствительного элемента
Окружающий воздух диффундирует в корпус датчика или всасывается в чувствительную камеру. В стационарных детекторах HVAC чувствительный элемент обычно монтируется в корпусе, предназначенном для пропускания целевого газа при одновременном снижении уровня пыли, брызг и загрязнения.
2) Хладагент меняет измеримое свойство.
Это сердце датчика. В зависимости от типа датчика хладагент может:
- поглощать инфракрасный свет,
- изменить теплопередающие свойства газовой смеси,
- сгореть на каталитической поверхности с выделением тепла, или
- изменить электрическое сопротивление чувствительной пленки.
3) Электроника преобразует это изменение в данные о концентрации.
Электроника датчика усиливает, линеаризирует, компенсирует и интерпретирует необработанный сигнал. В системах NDIR это может включать преобразование сигнала на основе термобатарей; В датчиках хладагента на базе МЭМС встроенные алгоритмы преобразуют измеренные свойства газа в выходные данные концентрации.
4) Детектор сравнивает показания с порогами тревоги.
Если концентрация газа превышает запрограммированный порог, система может сработать. сигналы тревоги, вентиляция, отключение или меры по смягчению последствий. В машинных отделениях и системах A2L эти пороговые значения обычно определяются кодексами или стандартами, а не догадками.
Основные принципы работы датчика хладагента
1. Инфракрасные датчики NDIR
N означает недисперсионный инфракрасный. Это один из наиболее распространенных принципов, используемых для обнаружения утечек хладагента, поскольку многие газы хладагента поглощают инфракрасное излучение характерных длин волн. Хориба объясняет, что датчик NDIR обычно включает в себя Источник ИК-света, ячейка для образца, оптический фильтр и инфракрасный детектор.и использует затухание определенных длин волн для определения концентрации газа.
Как работает НДИР
Луч инфракрасного света проходит через отобранный воздух. Если присутствуют молекулы хладагента, они поглощают часть света определенных длин волн. Детектор измеряет, сколько света теряется, а электроника преобразует это в показания концентрации, используя логику измерения в стиле Бера-Ламберта.
Почему NDIR популярен для хладагентов
NDIR широко используется, поскольку он предлагает хорошая селективность и долговременная стабильность для многих хладагентов, особенно галогенуглеродов и других ИК-активных газов. Texas Instruments также отмечает, что входные части термобатарей обычно используются в Приложения NDIR-зондирования, включая системы обнаружения хладагента.
Лучше всего подходит
NDIR — хороший выбор для многих ГФУ, ГФО, CO₂ и смешанный хладагент приложения для обнаружения утечек в стационарных системах отопления, вентиляции и кондиционирования и холодильных установках.
2. Датчики хладагента на основе свойств MEMS.
Более новый подход использует микромеханический преобразователь MEMS для измерения изменений в термодинамические свойства смеси воздуха и газа, а не полагаться только на оптическое поглощение. NevadaNano описывает свой метод спектрометра молекулярных свойств как использование мембраны с встроенный нагреватель Джоуля и термометр сопротивления; когда присутствует хладагент, свойства газовой смеси изменяются, и алгоритмы преобразуют это в концентрацию.
Как работает этот принцип
Датчик нагревает крошечный элемент и отслеживает, как окружающий газ влияет на теплообмен и связанное с ним физическое поведение. Поскольку хладагенты изменяют термодинамические свойства воздуха, система может определить концентрацию хладагента на основе измеренного отклика.
Почему это важно
Этот подход используется в некоторых Датчики хладагента A2L и A3 потому что он может предложить встроенную компенсацию, заводскую калибровку и высокую устойчивость к отравлению по сравнению с конструкциями с каталитическими шариками в некоторых приложениях.
3. Каталитические датчики.
А каталитическая бусинка датчик, также называемый пеллистор, представляет собой классический метод обнаружения горючих газов. Победить объясняет, что он использует две нагретые бусины в мосту Уитстона: активный шарик и опорный шарик. Когда горючий газ достигает активного шарика, он окисляется на поверхности катализатора, выделяя тепло и изменяя электрическое сопротивление шарика. Схема измеряет эту разницу и сообщает об уровне газа, часто в %НПВПолем
Как работает каталитическое зондирование шариков
- датчик нагревает шарики,
- горючий газ достигает активного шарика,
- окисление генерирует дополнительное тепло,
- изменения сопротивления,
- мостовая схема преобразует это изменение в показания газа.
Лучше всего подходит
Каталитические шариковые датчики обычно используются для углеводородные хладагенты такой как Р290 пропан, где обнаружение воспламеняемости имеет решающее значение.
Ограничения
На каталитические датчики могут влиять отравление, чрезмерное воздействие и доступность кислорода, поэтому некоторые производители позиционируют инфракрасные или MEMS-технологии как альтернативы, требующие меньшего обслуживания и предназначенные для работы в суровых условиях.
4. Полупроводниковые МОП-сенсоры.
Мюз датчики работают через химия поверхности. Чувствительный слой из оксида металла меняет электрическое сопротивление, когда молекулы газа взаимодействуют с формами кислорода на нагретой поверхности. В технических обзорах газовые МОП-сенсоры описываются как кондуктометрические устройства, выходные данные которых зависят от изменений проводимости, вызванных взаимодействием газа и твердого тела.
Как работает МОС
Датчик поддерживает повышенную температуру чувствительного материала. Когда хладагент или другой газ достигает поверхности, поверхностная реакция меняет количество носителей заряда, что приводит к изменению сопротивления. Схема измеряет изменение сопротивления и оценивает концентрацию газа.
Лучше всего подходит
МОП-сенсоры часто используются там, где низкая стоимость, компактный размер и простая интеграция имеет большее значение, чем максимальная избирательность.
Ограничения
МОП-сенсоры более уязвимы к воздействие влажности, перекрестная чувствительность к ЛОС и долгосрочный дрейф, поэтому они часто требуют компенсации и тщательной стратегии калибровки.
5. Датчики теплопроводности
А теплопроводность Датчик измеряет, как газовая смесь передает тепло. Хориба объясняет, что в этом методе используется нагретая проволока или аналогичный элемент; при изменении теплопроводности газа изменяются также температура элемента и электрическое сопротивление, что позволяет рассчитать концентрацию.
Как это работает
Если утечка хладагента изменяет теплопроводность воздуха вокруг датчика, датчик обнаруживает это изменение как сдвиг сопротивления в нагреваемом элементе.
Лучше всего подходит
Измерение теплопроводности может работать для некоторых применений хладагентов, но, как правило, оно менее избирательный чем NDIR, потому что он реагирует на изменения свойств газа, а не на конкретные оптические отпечатки пальцев. Хориба прямо отмечает, что TCD не проявлять избирательности таким же образом и другие газы могут повлиять на показания.
Как работает логика сигнализации после того, как датчик обнаруживает хладагент
Датчик хладагента не останавливается при обнаружении «присутствия газа». В реальных системах отопления, вентиляции и кондиционирования показания сравниваются с определенный порог, и система затем запускает ответ. То, что считается правильным порогом, зависит от класса хладагента и применения.
Для машинных помещений и многих хладагентов А1.
Рекомендации ASHRAE требуют, чтобы уставка детектора хладагента была не превышает применимый предел концентрации хладагента (RCL), а более поздние дополнения по-прежнему требуют наличия детектора, расположенного там, где будет концентрироваться утечка хладагента, чтобы он мог активировать сигнализацию и механическую вентиляцию.
Для легковоспламеняющихся хладагентов A2L.
UL поясняет, что системы обнаружения хладагента для этих применений оцениваются примерно 25% от LFL, помогая снизить риск пожара из-за утечек. В кратком описании применения A2L компании TI также обсуждаются датчики обнаружения утечек хладагента, используемые для соответствия UL 60335-2-40 требования.
Для систем с возможностью смягчения последствий
При превышении порога детектор может сработать:
- звуковая/визуальная сигнализация,
- вентиляторы,
- совет по смягчению последствий,
- остановка компрессора,
- или другая логика безопасности. Например, в дополнительном руководстве A2L компании Carrier описывается датчик обнаружения, сообщающийся с платой управления, который инициирует режим рассеивания, когда концентрация хладагента превышает процент от LFL.
Почему размещение имеет такое же значение, как и сенсорная технология
Даже самый лучший датчик может пропустить утечку, если он установлен в неправильном месте. ASHRAE требует, чтобы детекторы были расположены в машинном отделении. где концентрируется хладагент от утечкиЭто означает, что размещение должно соответствовать ожидаемым характеристикам утечки, воздушному потоку и эффектам плотности.
Вот почему обнаружение хладагента действительно является проблема проектирования системы, а не просто выбор компонента. Вам нужно право:
- принцип восприятия,
- калибровка,
- место крепления,
- пороговая логика,
- и управляющие выходы.
Какой принцип работы датчика хладагента лучше?
Универсального победителя не существует.
- Для многих галогенуглеродные хладагентыВ N часто предпочтительнее из-за селективности и стабильности.
- Для легковоспламеняющиеся углеводороды нравиться R290В каталитическая бусинка и новее MEMS на основе свойств методы являются распространенными вариантами.
- Для экономически чувствительные встроенные продуктыВ Мюз все еще можно использовать, но компенсация и контроль сноса имеют большее значение.
- Для применений, где требуется простое измерение свойств объемного газа, теплопроводность могут быть рассмотрены, хотя и менее избирательно.
Часто задаваемые вопросы
Как датчик хладагента обнаруживает утечку?
Он обнаруживает утечку путем измерения изменения свойств окружающего воздуха, вызванного хладагентом, например: ИК-поглощение, изменение теплопередачи, каталитическое окисление или изменение сопротивления., затем преобразует этот сигнал в показания концентрации и выходной сигнал тревоги.
Какой тип датчика хладагента наиболее распространен?
Для многих современных хладагентов для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха NDIR инфракрасный является одним из наиболее распространенных подходов фиксированного обнаружения из-за его избирательности и стабильности.
Все ли датчики хладагента работают одинаково?
Нет. Разные датчики используют разные принципы, в том числе NDIR, измерение термодинамических свойств MEMS, каталитические шарики, MOS и теплопроводностьПолем
Почему хладагентам A2L нужна другая логика обнаружения?
Поскольку хладагенты A2L легко воспламеняются, датчик часто является частью система обнаружения хладагента предназначен для реакции на долю LFL, обычно обсуждаемый вокруг 25% LFL в руководстве UL.
Датчик только сигнализирует или может управлять еще и оборудованием?
Он может делать и то, и другое. Во многих системах показания детектора используются для запуска вентиляторы, платы смягчения последствий, сигналы тревоги или логика отключения., а не просто предупреждение на дисплее.
