เซ็นเซอร์ทำความเย็นทำงานโดย สุ่มตัวอย่างอากาศโดยรอบ ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือทางเคมีที่เกิดจากสารทำความเย็นที่รั่วไหล แปลงการเปลี่ยนแปลงนั้นเป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นกระตุ้นการแจ้งเตือนหรือการควบคุมเมื่อความเข้มข้นของก๊าซเกินเกณฑ์ที่กำหนด. กลไกที่แน่นอนขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเซ็นเซอร์: NDIR อินฟราเรด- ลูกปัดตัวเร่งปฏิกิริยา- มอสเซมิคอนดักเตอร์- การนำความร้อนหรือใหม่กว่า ตามคุณสมบัติ MEMS วิธีการ
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่มี "หลักการเซ็นเซอร์สารทำความเย็น" เพียงอย่างเดียว สารทำความเย็นและการใช้งานที่แตกต่างกันใช้วิธีการที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เครื่องตรวจจับสารทำความเย็น HVAC สมัยใหม่จำนวนมากใช้ การตรวจจับด้วยอินฟราเรด สำหรับสารทำความเย็นประเภทฮาโลคาร์บอน ในขณะที่สารทำความเย็นประเภทไฮโดรคาร์บอน เช่น R290 ก็อาจจะตรวจพบได้ด้วย ลูกปัดตัวเร่งปฏิกิริยา หรือเทคโนโลยีก๊าซติดไฟอื่น ๆ
ขั้นตอนการทำงานพื้นฐานของเซ็นเซอร์สารทำความเย็น
เซ็นเซอร์ทำความเย็นส่วนใหญ่ใช้ตรรกะสี่ขั้นตอนเดียวกัน:
1) อากาศไปถึงองค์ประกอบการตรวจจับ
อากาศแวดล้อมจะกระจายเข้าสู่ตัวเรือนเซ็นเซอร์หรือถูกดึงเข้าไปในห้องตรวจจับ ในเครื่องตรวจจับ HVAC แบบอยู่กับที่ โดยปกติแล้วองค์ประกอบการตรวจจับจะติดตั้งอยู่ในกรอบหุ้มที่ออกแบบมาเพื่อให้ก๊าซเป้าหมายเข้าไปได้ ในขณะเดียวกันก็ลดฝุ่น การกระเซ็น และการปนเปื้อนไปด้วย
2) สารทำความเย็นเปลี่ยนคุณสมบัติที่วัดได้
นี่คือหัวใจของเซ็นเซอร์ สารทำความเย็นอาจ: ขึ้นอยู่กับประเภทของเซ็นเซอร์
- ดูดซับแสงอินฟราเรด
- เปลี่ยนคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของส่วนผสมของก๊าซ
- เผาบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาแล้วปล่อยความร้อนหรือ
- เปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าของฟิล์มตรวจจับ
3) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แปลงการเปลี่ยนแปลงนั้นเป็นข้อมูลความเข้มข้น
ระบบอิเล็กทรอนิกส์ของเซ็นเซอร์จะขยาย ทำให้เป็นเส้นตรง ชดเชย และตีความสัญญาณดิบ ในระบบ NDIR สิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับการปรับสภาพสัญญาณแบบเทอร์โมไพล์ ในเซ็นเซอร์ทำความเย็นที่ใช้ MEMS อัลกอริธึมออนบอร์ดจะแปลงคุณสมบัติของก๊าซที่วัดได้เป็นเอาต์พุตความเข้มข้น
4) อุปกรณ์ตรวจจับจะเปรียบเทียบการอ่านกับเกณฑ์การแจ้งเตือน
หากความเข้มข้นของก๊าซเกินขีดจำกัดที่ตั้งโปรแกรมไว้ ระบบสามารถเริ่มทำงานได้ สัญญาณเตือน การระบายอากาศ การปิดเครื่อง หรือการควบคุมการบรรเทาผลกระทบ. ในห้องเครื่องจักรและระบบ A2L เกณฑ์เหล่านี้มักจะถูกกำหนดด้วยรหัสหรือมาตรฐาน แทนที่จะเป็นการคาดเดา
หลักการสำคัญของเซ็นเซอร์ทำความเย็น
1. เซ็นเซอร์อินฟราเรด NDIR
คือ n ย่อมาจาก อินฟราเรดที่ไม่กระจายตัว. นี่เป็นหนึ่งในหลักการทั่วไปที่ใช้สำหรับการตรวจจับการรั่วไหลของสารทำความเย็น เนื่องจากก๊าซสารทำความเย็นจำนวนมากดูดซับแสงอินฟราเรดที่ความยาวคลื่นเฉพาะ Horiba อธิบายว่าโดยทั่วไปแล้วเซ็นเซอร์ NDIR จะมี แหล่งกำเนิดแสง IR, เซลล์ตัวอย่าง, ฟิลเตอร์แสง และเครื่องตรวจจับอินฟราเรดและใช้การลดทอนความยาวคลื่นจำเพาะเพื่อกำหนดความเข้มข้นของก๊าซ
วิธีการทำงานของ NDIR
ลำแสงอินฟราเรดจะผ่านอากาศตัวอย่าง หากมีโมเลกุลของสารทำความเย็น มันจะดูดซับแสงบางส่วนที่ความยาวคลื่นที่แน่นอน อุปกรณ์ตรวจจับจะวัดปริมาณแสงที่สูญเสียไป และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะแปลงแสงนั้นเป็นการอ่านค่าความเข้มข้นโดยใช้ตรรกะการวัดแบบเบียร์-แลมเบิร์ต
เหตุใด NDIR จึงเป็นที่นิยมสำหรับสารทำความเย็น
NDIR ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมี การคัดเลือกที่ดีและความมั่นคงในระยะยาว สำหรับสารทำความเย็นหลายชนิด โดยเฉพาะฮาโลคาร์บอนและก๊าซ IR-active อื่นๆ Texas Instruments ยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าส่วนหน้าแบบเทอร์โมไพล์มักใช้ใน แอปพลิเคชันการตรวจจับ NDIRรวมถึงระบบตรวจจับสารทำความเย็น
พอดีที่สุด
NDIR เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับหลาย ๆ คน HFC, HFO, CO₂ และสารทำความเย็นแบบผสม การใช้งานการตรวจจับการรั่วไหลในระบบ HVAC และระบบทำความเย็นแบบคงที่
2. เซ็นเซอร์สารทำความเย็นตามคุณสมบัติ MEMS
แนวทางใหม่ใช้ก ทรานสดิวเซอร์ MEMS ที่กลึงด้วยไมโคร เพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงใน คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ ของส่วนผสมของอากาศ/ก๊าซ แทนที่จะอาศัยเพียงการดูดกลืนแสงเท่านั้น NevadaNano อธิบายวิธีการสเปกโตรมิเตอร์คุณสมบัติโมเลกุลโดยใช้เมมเบรนที่มี เครื่องทำความร้อนจูลแบบฝังและเครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทาน; เมื่อมีสารทำความเย็น คุณสมบัติของส่วนผสมของก๊าซจะเปลี่ยน และอัลกอริธึมจะแปลงสิ่งนั้นให้เป็นความเข้มข้น
หลักการนี้ทำงานอย่างไร
เซ็นเซอร์จะทำความร้อนให้กับองค์ประกอบเล็กๆ และตรวจสอบว่าก๊าซโดยรอบส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนและพฤติกรรมทางกายภาพที่เกี่ยวข้องอย่างไร เนื่องจากสารทำความเย็นเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของอากาศ ระบบจึงสามารถอนุมานความเข้มข้นของสารทำความเย็นจากการตอบสนองที่วัดได้
ทำไมมันถึงสำคัญ
แนวทางนี้ใช้ในบางส่วน เซ็นเซอร์ทำความเย็น A2L และ A3 เนื่องจากสามารถให้การชดเชยในตัว การสอบเทียบจากโรงงาน และความต้านทานต่อพิษที่แข็งแกร่งเมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบเม็ดบีดเร่งปฏิกิริยาในการใช้งานบางประเภท
3. เซ็นเซอร์ตัวเร่งปฏิกิริยาบีด
อัน ลูกปัดตัวเร่งปฏิกิริยา เซ็นเซอร์เรียกอีกอย่างว่าก pellistorเป็นวิธีการตรวจจับก๊าซไวไฟแบบคลาสสิก ชนะ อธิบายว่ามันใช้ ลูกปัดอุ่นสองเม็ด ในสะพานวีทสโตน: เม็ดบีดที่ใช้งานอยู่และเม็ดบีดอ้างอิง เมื่อก๊าซที่ติดไฟได้ไปถึงบีดที่ใช้งานอยู่ มันจะออกซิไดซ์บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้เกิดความร้อนและเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าของบีด วงจรจะตรวจวัดความแตกต่างนั้นและรายงานระดับก๊าซ ซึ่งบ่อยครั้งจะเข้ามา %LEL-
การตรวจจับบีดตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานอย่างไร
- เซ็นเซอร์จะทำความร้อนให้กับลูกปัด
- ก๊าซที่ติดไฟได้ไปถึงลูกปัดที่ใช้งานอยู่
- ออกซิเดชันทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้น
- การเปลี่ยนแปลงความต้านทาน
- วงจรบริดจ์จะแปลงการเปลี่ยนแปลงนั้นให้เป็นการอ่านค่าก๊าซ
พอดีที่สุด
โดยทั่วไปจะใช้เซ็นเซอร์ตัวเร่งปฏิกิริยาบีดสำหรับ สารทำความเย็นไฮโดรคาร์บอน เช่น R290 โพรเพนซึ่งการตรวจจับการติดไฟเป็นสิ่งสำคัญ
ข้อ จำกัด
เซ็นเซอร์ตัวเร่งปฏิกิริยาบีดอาจได้รับผลกระทบ พิษ การสัมผัสเกินขีดจำกัด และความพร้อมของออกซิเจนซึ่งเป็นสาเหตุที่ผู้ผลิตบางรายวางแนวทางอินฟราเรดหรือ MEMS เป็นทางเลือกในการบำรุงรักษาที่ต่ำกว่าในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
4. เซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ MOS
MOS เซ็นเซอร์ทำงานผ่าน เคมีพื้นผิว. ชั้นการตรวจจับโลหะออกไซด์จะเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าเมื่อโมเลกุลของก๊าซมีปฏิกิริยากับชนิดของออกซิเจนบนพื้นผิวที่ร้อน การตรวจสอบด้านเทคนิคอธิบายว่าเซ็นเซอร์ก๊าซ MOS เป็นอุปกรณ์การนำไฟฟ้า ซึ่งเอาต์พุตขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของค่าการนำไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างก๊าซ/ของแข็ง
มอสทำงานอย่างไร
เซ็นเซอร์จะเก็บวัสดุตรวจจับไว้ที่อุณหภูมิสูง เมื่อสารทำความเย็นหรือก๊าซอื่นมาถึงพื้นผิว ปฏิกิริยาที่พื้นผิวจะเปลี่ยนจำนวนพาหะประจุ ซึ่งจะเปลี่ยนความต้านทาน วงจรจะวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานและประมาณความเข้มข้นของก๊าซ
พอดีที่สุด
เซ็นเซอร์ MOS มักใช้ที่ไหน ต้นทุนต่ำ ขนาดกะทัดรัด และการบูรณาการที่ง่ายดาย มีความสำคัญมากกว่าการเลือกสรรสูงสุด
ข้อ จำกัด
เซ็นเซอร์ MOS มีความเสี่ยงมากกว่า ผลกระทบของความชื้น ความไวข้ามของ VOC และการเบี่ยงเบนในระยะยาวจึงมักต้องการการชดเชยและกลยุทธ์การสอบเทียบอย่างระมัดระวัง
5. เซ็นเซอร์วัดค่าการนำความร้อน
อัน การนำความร้อน เซ็นเซอร์วัดวิธีที่ส่วนผสมของก๊าซถ่ายเทความร้อน โฮริบะอธิบายว่าวิธีนี้ใช้ลวดความร้อนหรือองค์ประกอบที่คล้ายกัน เมื่อค่าการนำความร้อนของแก๊สเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิขององค์ประกอบและความต้านทานไฟฟ้าก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย ทำให้สามารถคำนวณความเข้มข้นได้
มันทำงานอย่างไร
หากสารทำความเย็นที่รั่วไหลทำให้ค่าการนำความร้อนของอากาศรอบๆ เซ็นเซอร์เปลี่ยนแปลงไป เซ็นเซอร์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในองค์ประกอบที่ให้ความร้อน
พอดีที่สุด
การตรวจจับการนำความร้อนสามารถทำงานได้กับสารทำความเย็นบางประเภท แต่โดยทั่วไปแล้ว เลือกน้อยลง กว่า NDIR เนื่องจากตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของก๊าซจำนวนมากมากกว่าลายนิ้วมือแบบออปติคัลเฉพาะ Horiba ตั้งข้อสังเกตไว้อย่างชัดเจนว่า TCD ทำ ไม่แสดงการเลือกสรร ในทำนองเดียวกันและก๊าซอื่นๆ อาจส่งผลต่อการอ่านค่าได้
ลอจิกสัญญาณเตือนทำงานอย่างไรหลังจากที่เซ็นเซอร์ตรวจพบสารทำความเย็น
เซ็นเซอร์สารทำความเย็นไม่ได้หยุดอยู่ที่ "มีก๊าซ" ในระบบ HVAC และระบบทำความเย็นจริง ค่าที่อ่านได้จะถูกเปรียบเทียบกับ a เกณฑ์ที่กำหนดจากนั้นระบบจะกระตุ้นให้เกิดการตอบสนอง สิ่งที่นับเป็นเกณฑ์ที่ถูกต้องจะขึ้นอยู่กับประเภทของสารทำความเย็นและการใช้งาน
สำหรับห้องเครื่องจักรและสารทำความเย็น A1 หลายชนิด
คำแนะนำของ ASHRAE กำหนดให้จุดที่ตั้งของเครื่องตรวจจับสารทำความเย็นเป็น ไม่เกินขีดจำกัดความเข้มข้นของสารทำความเย็นที่ใช้บังคับ (RCL)และภาคผนวกล่าสุดยังคงต้องใช้เครื่องตรวจจับในตำแหน่งที่สารทำความเย็นที่รั่วไหลจะรวมตัวอยู่เพื่อให้สามารถสั่งงานสัญญาณเตือนและการระบายอากาศทางกลได้
สำหรับสารทำความเย็นที่ติดไฟได้เล็กน้อย A2L
UL อธิบายว่าระบบตรวจจับสารทำความเย็นสำหรับการใช้งานเหล่านี้ได้รับการประเมินโดยรอบ 25% ของลีกแอลเอฟแอลช่วยลดความเสี่ยงจากอัคคีภัยจากการรั่วไหล ข้อมูลสรุปเกี่ยวกับการใช้งาน A2L ของ TI ยังกล่าวถึงเซ็นเซอร์ตรวจจับการรั่วไหลของสารทำความเย็นที่ใช้เพื่อให้ปฏิบัติตามเช่นกัน UL 60335-2-40 ความต้องการ.
สำหรับระบบที่สามารถบรรเทาผลกระทบได้
เมื่อเกินเกณฑ์ อุปกรณ์ตรวจจับอาจทริกเกอร์:
- สัญญาณเตือนด้วยเสียง/ภาพ,
- พัดลมระบายอากาศ,
- คณะกรรมการบรรเทาสาธารณภัย
- การปิดเครื่องคอมเพรสเซอร์,
- หรือตรรกะด้านความปลอดภัยอื่นๆ ตัวอย่างเช่น คู่มือเสริม A2L ของ Carrier อธิบายเซ็นเซอร์ตรวจจับที่สื่อสารกับบอร์ดควบคุมที่เริ่มต้นโหมดการกระจายเมื่อความเข้มข้นของสารทำความเย็นเพิ่มขึ้นเกินเปอร์เซ็นต์ของ LFL
เหตุใดการจัดวางจึงมีความสำคัญพอๆ กับเทคโนโลยีเซ็นเซอร์
แม้แต่เซ็นเซอร์ที่ดีที่สุดก็อาจพลาดการรั่วไหลได้หากติดตั้งผิดที่ ASHRAE กำหนดให้ติดตั้งเครื่องตรวจจับในห้องเครื่องจักร โดยที่สารทำความเย็นจากการรั่วไหลจะเข้มข้นซึ่งหมายความว่าการจัดวางควรเป็นไปตามพฤติกรรมการรั่วไหล การไหลเวียนของอากาศ และผลกระทบด้านความหนาแน่นที่คาดหวัง
นั่นคือเหตุผลที่การตรวจจับสารทำความเย็นเป็นจริง ปัญหาการออกแบบระบบไม่ใช่แค่การเลือกส่วนประกอบเท่านั้น คุณต้องการสิทธิ์:
- หลักการตรวจจับ
- การสอบเทียบ,
- ตำแหน่งติดตั้ง,
- ตรรกะเกณฑ์
- และควบคุมเอาท์พุต
หลักการเซ็นเซอร์สารทำความเย็นใดดีที่สุด?
ไม่มีผู้ชนะที่เป็นสากล
- สำหรับหลาย ๆ คน สารทำความเย็นฮาโลคาร์บอน- คือ n มักเป็นที่ต้องการสำหรับการเลือกสรรและความมั่นคง
- สำหรับ ไฮโดรคาร์บอนที่ติดไฟได้ ชอบ R290- ลูกปัดตัวเร่งปฏิกิริยา และใหม่กว่า ตามคุณสมบัติ MEMS วิธีการเป็นตัวเลือกทั่วไป
- สำหรับ ผลิตภัณฑ์ฝังตัวที่คำนึงถึงต้นทุน- MOS อาจยังคงใช้งานได้ แต่การชดเชยและการควบคุมดริฟท์มีความสำคัญมากกว่า
- สำหรับการใช้งานที่คุณต้องการการตรวจวัดคุณสมบัติก๊าซปริมาณอย่างง่าย การนำความร้อน ถือได้แม้จะเลือกได้น้อยก็ตาม
คำถามที่พบบ่อย
เซ็นเซอร์สารทำความเย็นตรวจจับรอยรั่วได้อย่างไร?
ตรวจจับการรั่วไหลโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของอากาศโดยรอบที่เกิดจากสารทำความเย็น เช่น การดูดซับอินฟราเรด การเปลี่ยนแปลงการถ่ายเทความร้อน ปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยา หรือการเปลี่ยนแปลงความต้านทานจากนั้นแปลงสัญญาณนั้นให้เป็นค่าการอ่านค่าความเข้มข้นและเอาต์พุตแจ้งเตือน
เซ็นเซอร์สารทำความเย็นประเภทใดที่พบบ่อยที่สุด?
สำหรับสารทำความเย็น HVAC สมัยใหม่หลายรุ่น NDIR อินฟราเรด เป็นหนึ่งในวิธีการตรวจจับแบบคงที่ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดเนื่องจากมีการเลือกสรรและความเสถียร
เซ็นเซอร์ทำความเย็นทั้งหมดทำงานในลักษณะเดียวกันหรือไม่?
ไม่ เซ็นเซอร์ที่ต่างกันใช้หลักการที่แตกต่างกัน ได้แก่ NDIR, การตรวจจับคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ MEMS, คาตาไลติกบีด, MOS และการนำความร้อน-
เหตุใดสารทำความเย็น A2L จึงต้องใช้ตรรกะการตรวจจับที่แตกต่างกัน
เนื่องจากสารทำความเย็น A2L ไวไฟเล็กน้อย เซ็นเซอร์จึงมักเป็นส่วนหนึ่งของ ระบบตรวจจับสารทำความเย็น ออกแบบมาเพื่อตอบสนองเพียงเศษเสี้ยวของ แอลเอฟแอลที่มีการพูดคุยกันทั่วๆ ไป แอลเอฟแอล 25% ในแนวทางของ UL
เซ็นเซอร์ส่งสัญญาณเตือนภัยเท่านั้นหรือสามารถควบคุมอุปกรณ์ด้วยได้หรือไม่
มันสามารถทำได้ทั้งสองอย่าง ในหลายระบบ การอ่านค่าของตัวตรวจจับใช้เพื่อทริกเกอร์ พัดลม แผงบรรเทาผลกระทบ สัญญาณเตือนภัย หรือตรรกะการปิดเครื่องไม่ใช่แค่การแสดงคำเตือนเท่านั้น
