در این مقاله، سنسورهای اختلاف فشار LDE (Δp) اولین سنسور به طور تجربی با سنسورهای دیگر سازندگان بر اساس همان اصل سنجش (مبتنی بر بادسنج حرارتی، غیر غشایی) مقایسه میشوند، جایی که اختلاف فشار از جریان گاز از طریق سنسور یا اندازه گیر فشار در مورد محیط های با رطوبت بالا، تمام سنسورهای دیگر با امپدانس جریان بین 15 Pa/(ml/s) و 300 Pa/(ml/s) یا به طور کامل از کار افتادند یا از کالیبراسیون خارج شدند.
در حالی که سنسورهای LDE با جریان امپدانس> 10 کیلو پاسکال / (ml / s) قادر به حفظ حساسیت کالیبره شده خود را. سنسورهای LDE/LME/LMI Δp از First Sensor فقط به جریانهای کوچکی در بدن خود نیاز دارند و بنابراین ایمنی عالی در برابر محیطهای مرطوب ایجاد میکنند.
🔹ارائه دهنده: تیم تولید محتوای میراکنترل
فهرست مطالب:
🔰جریان از طریق نشت
🔰اندازه گیری جریان با استفاده از سنسورهای اختلاف فشار
🔰خطرات ناشی از محیط های با رطوبت بالا
🔰بررسی تجربی اثرات رطوبت بالا
🔰راه اندازی آزمایشی
🔰نتیجه
جریان از طریق نشت
با توجه به مکانیسم سنجش، نشت جریان هوا غیر صفر از طریق خود سنسور رخ می دهد. این امر برای همه سنسورهای اختلاف فشار بر اساس اصل سنجش بادسنج حرارتی صادق است (در مقایسه با سنسورهای بن بست مانند سنسورهای مبتنی بر غشاء مقاومتی پیزو که عنصر حسگر آنها اصلاً نشتی ندارد).
صرف نظر از این واقعیت، سنسورهای Δp مبتنی بر بادسنج حرارتی همچنان به موفقیت قابل توجهی در بازار ادامه می دهند، زیرا آنها امکان سنجش مقرون به صرفه و عملی Δp بسیار کم، مانند چند صد Pa در مقیاس کامل و کمتر را می دهند. سوالی که در این مرحله مطرح می شود این است که میزان نشتی جریان بیش از حد چقدر است؟ پاسخ به جزئیات برنامه و نحوه جفت شدن و استفاده از سنسور Δp بستگی دارد.
سنسور Δp می تواند اختلاف فشار گاز را زیر چند صد پا و با وضوح بهتر از 0.1 Pa اندازه گیری کند. در نتیجه ممکن است تحت تأثیر سایر بخش های سیستم اندازه گیری مانند لوله ها/لوله های اتصال و فیلترها و کیفیت گازی که ممکن است شامل قطرات مایع، گرد و غبار یا رطوبت باشد.
برخی از تولیدکنندگان سنسورهای Δp مبتنی بر بادسنج حرارتی وجود دارند که استفاده از لولههای اتصال با طول مشخص را پیشنهاد میکنند تا اطمینان حاصل شود که پاسخ سنسورهای کالیبره شده توسط سازنده به هیچ وجه تحریف نمیشود. آنها همچنین ممکن است از مکانیسم ها/عناصر جداسازی گرد و غبار به عنوان بخشی از سنسورهای خود استفاده کنند یا استفاده از فیلترهای گرد و غبار را پیشنهاد دهند.
به منظور ارائه عملکرد طولانی مدت قابل اعتماد، طراحان یک سیستم اندازه گیری جریان، با استفاده از یک سنسور فشار تفاضلی مبتنی بر بادسنج حرارتی، باید تعدادی از عوامل ناشی از جریان گاز غیرصفر از طریق سنسور را در نظر بگیرند. با این حال، هیچ فرآیند تست/گواهی استانداردی در دسترس نیست و هیچ اطلاعات فنی دقیقی برای رسیدگی به این مشکلات وجود ندارد. سنسورهای مبتنی بر بادسنج حرارتی از سازندگان مختلف برای انجام آزمایشهای زیر استفاده شد. این آزمایشها برای نشان دادن اینکه چگونه نشتی جریان (امپدانس جریان یا امپدانس پنوماتیک) سنسورها عملکرد قابل اعتماد را در کاربردهای عملی ممکن میسازد، انجام شد. باید به خاطر داشت که چنین اقدامات احتیاطی برای سنسورهای نوع غشایی، که در آن جریان گاز از طریق لوله اتصال (در حالت استاتیک) صفر است، ضروری نیست.
توجه: امپدانس پنوماتیکی سنسور Rpn، که بر حسب [kPa/(ml/s)] محاسبه میشود، جریان گاز را در سنسور در یک افت فشار معین، Δps در سراسر سنسور تعیین میکند:
Flow-through leakage = Δps /Rpn
اندازه گیری جریان با استفاده از سنسورهای اختلاف فشار
به طور معمول، سنسورهای اختلاف فشار مبتنی بر میکرو جریان برای تعیین اختلاف فشار تولید شده توسط گازی که از طریق “لوله جریان” یا مجرای جریان هوا جریان می یابد، استفاده می شود. برخی از نمونهها عبارتند از اندازهگیری جریان تنفسی در ونتیلاتورهای پزشکی و کنترل فیلتر یا اندازهگیری جریان هوا در کاربردهای HVAC.
به عنوان مثال، سنسور مورد استفاده در یک پیکربندی شنت را برای تشخیص اختلاف فشار Δp = p1 – p2 در سراسر یک عنصر محدود کننده جریان در مجرای هوا در نظر بگیرید، بنابراین اندازه گیری جریان هوا در مجرا را استنباط کنید (شکل 1). این عناصر تبدیل برای کاربردهای مختلف توسعه یافته اند و شامل بافل ها، روزنه ها، دیافراگم های کالیبره شده، لوله های Venturi، لوله های Pitot و مبدل های تخصصی جریان به فشار هستند که در تجهیزات تنفسی مانند لوله های Lilly یا Fleisch استفاده می شوند.
سنسورهای اختلاف فشار، LDE/LME/LMI، با امپدانس جریان بسیار بالا مشخص میشوند که تا صدها kPa/(ml/s) برای محدودههای مقیاس کامل بالاتر و بالاتر از 10 kPa در (ml/s) است. ) برای حساس ترین مدل ها. در مقایسه با سنسورهای دیگر با امپدانس جریان کمتر، سنسورهای اختلاف فشار با امپدانس جریان بالا به جریان انگلی کمتری برای اندازهگیری نیاز دارند و از این رو، اختلالات کمتری در جریان اصلی ایجاد میکنند. با توجه به این جنبه حیاتی عملکرد برای بسیاری از کاربردهای مختلف، این دومی تقریباً معادل سنسورهای اختلاف فشار نوع بنبست یا نوع غشایی است.
شکل 1. تنظیم اندازه گیری جریان حجمی معمولی با سنسور اختلاف فشار. اعتبار تصویر- سنسور اول
خطرات ناشی از محیط های با رطوبت بالا
در کاربردهای خاص، جریان گاز اصلی گرمتر از دمای محیط است و حاوی رطوبت قابل توجهی است. این برای کاربردهایی مانند اندازهگیری تنفس پزشکی، که در آن هوای مرطوب توسط بیمار بازدم میشود، رایج است. این هوا معمولاً در دمایی بالاتر از دمای تجهیزات اندازه گیری یا دمای اتاق محیط قرار دارد. در چنین سناریوهایی، آب ممکن است از جریان گاز روی دیواره های داخلی مجاری جریان گاز یا از اتصال دهنده ها، لوله های اتصال و سایر عناصر متراکم شود.
اگرچه قطرات آب متراکم شده ریز ممکن است تحت تأثیر گرانش قرار نگیرند، قطرات کوچک آب با پیوستن به یکدیگر قطرات آب بزرگتری را تشکیل می دهند که سپس تجمعات آب بزرگتری را تشکیل می دهند. این ممکن است در سنسور، یا در مسیر اصلی جریان گاز، در اتصالات و لولههای حسگر رخ دهد. این تجمعات آب می توانند لوله یا اتصال دهنده اتصال را مسدود کنند (یا به طور کامل مسدود کنند)، یا خواص پنوماتیکی سیستم اندازه گیری را تغییر دهند و در نتیجه سیستم اندازه گیری را از بین ببرند یا تخریب کنند.
در حالی که وجود رطوبت بالا یک خطر عملیاتی / قابلیت اطمینان ایجاد می کند، سطح خطر عمدتاً توسط امپدانس جریان (امپدانس پنوماتیک) سنسور تعیین می شود.
بررسی تجربی اثرات رطوبت بالا
مطالعات تجربی مقایسه ای برای بررسی خطر ناشی از رطوبت بالا انجام شد. مجموعه آزمایشی برای فراهم کردن شرایط قابل کنترل و تکرارپذیر برای سنسورهای آزمایش شده و همچنین امکان تجزیه و تحلیل مقایسه ای منصفانه از طیف گسترده ای از سنسورها طراحی و توسعه یافته است. با در نظر گرفتن این هدف، مجموعهای از سنسورهای Δp بر اساس اصل سنجش بادسنج حرارتی در معرض اختلاف فشار های اعمال شده قرار گرفتند. در تمام آزمایشها، دو یا چند نمونه سنسور، معمولاً دارای امپدانسهای جریان متفاوت، بهطور موازی به هم متصل شدند تا اطمینان حاصل شود که همه سنسورها دارای فشار تفاضلی مشترک هستند.
راه اندازی آزمایشی
شکل 2 مجموعه ای را نشان می دهد که برای ارائه رطوبت تقریباً 100٪ قابل تکرار در یک حجم آزمایشی در یک لوله پلاستیکی با قطر داخلی 2 سانتی متر طراحی و توسعه یافته است. یک بخارساز معمولی بخار گرم خانگی برای تغذیه حجم آزمایش استفاده شد و انتهای دیگر این لوله اصلی از طریق یک عنصر محدود کننده جریان به دمنده هوا متصل شد. لوله پلاستیکی دیگر (باریکتر) به عنوان عنصر محدود کننده جریان با طول تقریباً 5 سانتی متر و قطر داخلی 1/16 اینچ عمل می کند.
همچنین، یک کلکتور آب بین عنصر محدود کننده جریان و حجم آزمایش به منظور جلوگیری از انسداد آب عنصر محدود کننده جریان متصل شد. با حجم 1.5 لیتر، جمع کننده آب قطر داخلی بسیار بیشتری نسبت به حجم آزمایش داشت که به یک پورت واحد از هر سنسور متصل می شد.
این طرح برای حفظ فشار در حجم آزمایش بسیار نزدیک به فشار اتمسفر محیطی در نظر گرفته شده بود، در حالی که به آرامی هوای مرطوب شده را از بخارساز به داخل حجم آزمایش می کشید. دمای هوای مرطوب شده مستقیماً در خروجی بخارساز تقریباً 90 درجه سانتیگراد بود که برای تقلید از عملکرد طبیعی سنسورها بسیار بالا در نظر گرفته شد. در نتیجه، حجم آزمایش در حدود 25 سانتی متر از خروجی بخارساز قرار داشت. دو ترمیستور NTC دمای T1 (در ورودی حجم آزمایش) و T2 (در انتهای دیگر حجم آزمایش) را در حجم آزمایش کنترل کردند. جریان هوای تولید شده توسط دمنده هوا، توزیع دما را در سراسر حجم آزمایش کنترل می کند. هنگامی که این دمنده هوا خاموش است، دمای حجم آزمایش به دمای اتاق نزدیک می شود.
شکل 2. نمودار شماتیک تنظیم آزمایشی. تصویر- سنسور اول
تست شماره 1
در آزمایش اول، هر چهار سنسور شناسایی شده در بالا به حجم تست متصل شدند، با هر سنسور از 10 سانتیمتر لوله پلاستیکی ID 1/8 اینچی. شکل 3 سیگنال های خروجی سنسور اندازه گیری شده در طول آزمایش را نشان می دهد.
شکل 3. سیگنال های خروجی حسگر در طول تست شماره 1. تصویر- سنسور اول
در طول کل آزمایش، فشار Δp اعمال شده به سنسورها در سطح ثابت حدود 230 Pa نگه داشته شد. دمنده هوا و بخارساز برای حدود 30 دقیقه قبل از اتصال سنسورهای آزمایش شده روشن شدند. این تاخیر زمانی عمداً برای ایجاد یک محیط گرم و مرطوب در حجم آزمایش ایجاد شد. سپس سنسورها با شیلنگ های اتصال (10 سانتی متر، همانطور که در بالا توضیح داده شد) به حجم آزمایش متصل شدند. فوراً (در عرض 30 ثانیه از زمان اتصال سنسورها)، آثاری از تراکم آب (شکل 4) در لوله اتصال به سنسور 2-1 دیده می شود که دارای کمترین امپدانس پنوماتیکی در بین چهار سنسور است. سنسور 2-1 اولین سنسوری بود که عملکرد مناسب خود را از دست داد.
پس از حدود 1 دقیقه، کاهش سریع سیگنال خروجی خود را نشان داد در حالی که خط سبز که نشان دهنده سنسور فشار نوع غشایی است، فشار اعمال شده نسبتاً ثابتی را نشان می دهد. پس از حدود یک دقیقه دیگر از رفتار نامنظم ولتاژ خروجی، ولتاژ خروجی سنسور 2-1 به طور قابل توجهی از ~ 120 میلی ولت به ~0 میلی ولت کاهش یافت که ناشی از انسداد قابل مشاهده یا انسداد لوله اتصال آن توسط تجمع آب بود.
هنگامی که سنسور 2-1 مسدود شد، دمای هوا در حجم آزمایش به طور ناگهانی کاهش یافت (شکل 3)، علاوه بر یک ضربه کوتاه در فشار هوای اندازهگیری شده، زیرا مدار بازخورد دمنده هوا جریان هوا را تنظیم میکرد. علاوه بر این، سنسور 1-1 پس از حدود 4 دقیقه به سرعت عملکرد مناسب خود را از دست داد. ولتاژ خروجی سنسور 1-1 دوباره به دلیل انسداد قابل مشاهده اتصال لوله پایینی آن توسط تجمع آب به صفر کاهش یافت (به سمت چپ ترین لوله در شکل 5 مراجعه کنید).
شکل 5 در پایان آزمون شماره 1 عکس گرفته شده است. دو لوله سمت راست متصل به حسگرهای LDE – LDES050UF6S و LDES250UF6S – هیچ اثر قابل مشاهده ای از آب را نشان ندادند و همچنین در طول کل آزمایش 55 دقیقه ای هیچ متراکم در لوله های LDE وجود نداشت. در طول 55 دقیقه آزمایش، هیچ تخریبی در سیگنال خروجی سنسور LDES250UF6S مشاهده نشد. خروجی سنسور LDES050UF6S اشباع شد زیرا فشار اعمال شده Δp از محدوده عملیاتی آن 50 Pa فراتر رفت.
شکل 4. لوله اتصال سنسور 2-1 ~ 30 ثانیه پس از شروع آزمایش شماره 1. تصویر-سنسور اول
شکل 5. لوله های اتصال ~ 10 دقیقه پس از شروع آزمایش شماره 1. تصویر- سنسور اول
تست شماره 2
تست دوم به گونه ای تنظیم شد که سنسور 1-1 دارای مزیت بود در حالی که سنسورهای LDE معلول بودند. سنسور 1-1 با لوله ID عریض 1/4 اینچی (دو برابر شناسه قبلی 1/8 اینچی) به حجم تست متصل شد، در حالی که سنسورهای LDE نزدیکتر به حجم آزمایش در فاصله 3 سانتی متری به جای 10 قرار گرفتند. سانتی متر، با استفاده از همان لوله شناسه 1/8 اینچی که قبلاً استفاده شده بود. در تست شماره 2، سنسور 2-1 آزمایش نشد.
لوله اتصال شناسه پهن تر 1/4 اینچی برای سنسور 1-1 به دلیل سطح مقطع وسیع تر نزدیک به کانکتور که می تواند مقدار بیشتری از آب متراکم شده را بدون مسدود شدن جمع آوری کند، کمتر مستعد انسداد ناشی از تجمع آب است. . شکل 6 سیگنال های خروجی سنسورهای اندازه گیری شده در طول تست شماره 2 را نشان می دهد. شکل 7 عکس هایی را نشان می دهد که روند گرفتگی لوله های 1/4 اینچی را نشان می دهد.
تعجبی نداشت که سنسور 1-1 در تست شماره 2 برای مدت طولانی تری نسبت به تست شماره 1 کار می کرد، قبل از مسدود شدن کامل لوله اتصال. لوله اتصال به سنسور 1-1 حدود 60 دقیقه پس از شروع تست شماره 2 مسدود شد. چندین کاهش جزئی و موقتی سیگنال خروجی سنسور 1-1 نیز رخ داد (در اختلاف فشار اعمال شده ثابت). همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، این موارد در 20 دقیقه و 40 دقیقه مشاهده شد. این کاهش جزئی به دلیل محدودیت/گرفتگی جزئی مسیر جریان است، چه در مجموعه کانال جریان سنسور یا نزدیک به اتصال به حجم آزمایش. از آنجایی که جریان مداوم هوا از طریق سنسور وجود دارد، چنین محدودیتی را می توان “پاک کرد”، که کاهش موقت و بازگرداندن بعدی سیگنال خروجی به سطح اولیه (نامحدود) حدود 2 ولت را توضیح می دهد.
مشابه تست شماره 1، هیچ نشانه ای از انسداد یا تخریب قابل توجه توسط دو سنسور LDE (شکل 6) در طول بیش از 2 ساعت کارکرد با لوله اتصال ID 1/8 اینچی به طول 3 سانتی متر نشان داده نشد.
شکل 6. سیگنال های خروجی سنسور در طول تست شماره 2. تصویر-سنسور اول
شکل 7. فرآیند گرفتگی لوله 1/4 اینچی سنسور 1-1 در تست شماره 2. اعتبار تصویر- سنسور اول
مبحث
این آزمایشها اهمیت امپدانس پنوماتیکی بالای سنسورهای میکرو جریان را برای عملکرد ثابت در سیستمهایی که باید نرخ جریان هوای گرم و مرطوب تعیین شود، ثابت میکند.
در هر دو تست 1 و 2، سنسورهای LDE عمداً به داغ ترین نقاط در حجم آزمایش متصل شدند و سپس در معرض هوای حاوی بالاترین غلظت رطوبت، با بیشترین پتانسیل برای تراکم قابل توجه قرار گرفتند. با این حال، هیچ اثری از تراکم آب در اتصالات به سنسورهای LDE در 1 تا 2 ساعت کار در اختلاف فشار ثابت 230 Pa اعمال شده در هر دو سنسور وجود نداشت که به طور مداوم به درستی اندازهگیری میشدند.
علاوه بر این، در تست شماره 2، سنسورهای LDE در فاصله کوتاه تری 3 سانتی متر از حجم آزمایش به هم متصل شدند. هر دو سنسور LDE به عملکرد عادی خود ادامه دادند، در حالی که سنسور 1-1 به دلیل تجمع آب در لوله اتصال خود از انجام اندازه گیری فشار مورد نظر خود جلوگیری شد.
تستهای شماره 1 و 2 که در بالا توضیح داده شد، تفاوتهای سیستماتیک در عملکرد و عملکرد را نشان میدهند که مربوط به تفاوت در امپدانس پنوماتیک سنسورها است. اگر امپدانس پنوماتیکی سنسور شنت شده به اندازه کافی بالا نباشد، عملکرد سنسور به جریان هوای قابل توجهی از طریق سنسور نیاز دارد. با این حال، هنگامی که هوای دارای رطوبت قابل توجهی به سمت سنسور جریان دارد، اتصالات و لوله های آن سنسور ممکن است تراکم آب قابل توجهی داشته باشند. اگر اتصالات باعث ایجاد آب شوند یا اجازه دهند، سیستم ممکن است انسداد احتمالی ایجاد کند که منجر به از دست دادن عملکرد می شود.
علاوه بر آن تفاوتهای سیستماتیک، باید به خاطر داشت که در طول آزمایش، قطرات بزرگ آب از جریان گاز اصلی به دیوارههای حجم آزمایش متراکم میشود، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. چنین قطرات آبی تمایل به تجمع و/ یا به دلیل کشش سطحی یا گرانش خود را جابجا می کنند تا به طور تصادفی هر کانکتوری را مسدود کنند، بنابراین احتمالاً عملکرد هر نوع سنسور متصل به مسیر جریان اصلی را مختل می کنند. در حالی که در آزمایشهای نشاندادهشده در اینجا این اتفاق نیفتاد، این اثر تصادفی ممکن است با همه انواع فشارسنج حرارتی تفاضلی یا نوع غشاء سنسور، صرف نظر از امپدانس پنوماتیکی، رخ دهد. برای هر کاربرد خاص، طراح مسیر جریان و سیستم اندازهگیری وظیفه حفاظت از جریان و سیستم اندازهگیری در برابر این نوع گرفتگی تصادفی آب را بر عهده دارد.
نتیجه
در مورد سنسورهای اختلاف فشار که از اصل سنجش بادسنج حرارتی استفاده می کنند، که شامل نشتی غیر صفر عمدی از کانال جریان هوای سنسور است، امپدانس جریان آن کانال جریان هوا یک عامل حیاتی برای ایجاد مصونیت سنسور در برابر تراکم است. – که باعث انسداد و نارسایی عملکردی می شود.
با رطوبت بالا در جریان هوا، سنسورهای LDE سنسور اول با امپدانس جریان > 10 کیلو پاسکال/(ml/s) مستقیماً با دو سنسور تولیدکننده دیگر که بر اساس اصل سنسوری یکسان هستند، اما امپدانس جریان نسبتاً پایینتری دارند، مقایسه شدند. 15 Pa/(ml/s) تا 300 Pa/ (ml/s). در همه موارد، سنسورهایی با امپدانس جریان پایین تر، کالیبراسیون را از دست دادند و یا پس از 1 ساعت کار معمولی، به طور کامل شکست خوردند. هیچ تخریب یا انسدادی توسط سنسورهای LDE نشان داده نشد. امپدانس جریان بالا، حجم هوای حاوی رطوبت را که می تواند به ورودی سنسور برسد، کاهش می دهد، که به نوبه خود، مقدار رطوبت موجود را برای متراکم شدن کاهش می دهد و احتمالاً اتصالات پنوماتیک را مسدود یا محدود می کند.
هر چه سنسور برای اندازهگیری به جریان هوای کمتری از بدن خود نیاز داشته باشد، رفتار سنسور مناسبتر است و در مقابل هوای دارای رطوبت ایمنی بهتری خواهد داشت. سنسورهای اختلاف فشار LDE/LME/LMI First Sensor امپدانس جریان بالا و در نتیجه مزایای قابل توجهی را ارائه می دهند.
کاربران بالقوه سنسورهای Δp مبتنی بر بادسنج حرارتی میتوانند آزمایشهای رطوبتی مشابه یا مشابهی را برای تأیید صحت مناسب بودن برای استفاده در شرایط کاربرد(های) خاص خود تکرار کنند.
[fusion_person name=”تیم تولیدمحتوای میراکنترل” title=”میراکنترل؛کنترل فرایند اتوماسیون” picture=”https://miracontroller.com/wp-content/uploads/2021/02/icons8-manager-80.png” picture_id=”21002|full” pic_link=”” linktarget=”_self” pic_style=”” pic_style_blur=”” pic_style_color=”” pic_bordersize=”” pic_bordercolor=”” pic_borderradius=”” hover_type=”none” background_color=”” content_alignment=”center” icon_position=”bottom” social_icon_boxed=”” social_icon_boxed_radius=”” social_icon_color_type=”” social_icon_colors=”” social_icon_boxed_colors=”” social_icon_tooltip=”left” blogger=”” deviantart=”” digg=”” dribbble=”” dropbox=”” facebook=”” flickr=”” forrst=”” instagram=”” linkedin=”” myspace=”” paypal=”” pinterest=”” reddit=”” rss=”” skype=”” soundcloud=”” spotify=”” tumblr=”” twitter=”” vimeo=”” vk=”” whatsapp=”https://wa.me/989125376505″ xing=”” yahoo=”” yelp=”” youtube=”” email=”info@miracontroller.ir” show_custom=”no” hide_on_mobile=”small-visibility,medium-visibility,large-visibility” class=”” id=””]تمامی محتوای قرارگرفته در این سایت نتیجه زحمات یکایک افراد تیم تولیدمحتوای میراکنترل است. استفاده از این مطالب با ذکر منبع بلامانع می باشد.[/fusion_person][/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]