bedrijfsnieuws over Hoe moeten druk- en stromingssensoren worden geselecteerd?

Hoe moeten druk- en flowsensoren worden geselecteerd?

Zowel druksensoren als flowsensoren kunnen worden gebruikt om de stroomsnelheid van lucht te meten.

In veel toepassingen worden beide typen sensoren meestal in combinatie met stroombegrenzende apparaten gebruikt om een drukverschil te genereren. Sommige "luchtstroomsensoren" worden "verschildruksensoren" genoemd vanwege hun kalibratiemethoden in plaats van op basis van hun interne technologieën. De volgende uitleg is bedoeld om de verschillen tussen deze twee soorten sensoren te verduidelijken, hun onderscheidingen uit te leggen en aan te geven welk type het meest geschikt is voor specifieke toepassingen.

Wat is een luchtstroomsensor?

In de eenvoudigste termen is een luchtstroomsensor, nauwkeuriger bekend als een luchtmassastroomsensor, een apparaat met twee drukaansluitingen, van waaruit gas naar de andere aansluiting stroomt (zie figuur 1). Binnenin de sensor bevindt zich een inductie-element met een verwarmd oppervlak. Wanneer het gas door het sensorelement stroomt, wordt warmte overgedragen van de stroomopwaartse naar de stroomafwaartse zijde. Dit genereert een thermisch onbalans die evenredig is met de massa van het stromende materiaal, die kan worden gemeten door elektronische circuits.

Het is belangrijk om te onthouden dat de sensor de massastroomsnelheid onder standaardomstandigheden meet, niet het werkelijke volume gas dat erdoorheen gaat. Hoewel de meeste sensoren de invloed van temperatuur compenseren, kunnen veranderingen in de atmosferische druk de dichtheid van gassen beïnvloeden, waardoor de uitkomsten worden beïnvloed. Bovendien moeten massastroomsensoren worden gekalibreerd voor specifieke gasmengsels, omdat verschillende gassen verschillende thermische eigenschappen hebben.

Kalibreer de massastroomsensor zodat de uitgang evenredig is met de drukval tussen de twee aansluitingen, omdat het precies deze drukval is die de stroom door de sensor aandrijft. Dit kan enige verwarring veroorzaken, omdat deze sensoren meestal worden verkocht als verschildruksensoren, terwijl hun interne technologie in feite de stroom meet.

Wat is een verschildruksensor?

Traditionele verschildruksensoren hebben ook twee drukaansluitingen; er is echter geen gasstroom tussen deze twee aansluitingen. Integendeel, er is een MEMS-diafragma tussen de twee aansluitingen voor het meten van het drukverschil. De doorbuiging van het diafragma wordt gemeten door het piëzoresistieve apparaat dat in de siliciumwafer is geïmplanteerd, en het elektronische circuit zet dit om in een uitgangssignaal.

De belangrijkste verschillen tussen druksensoren en luchtkwaliteitsstroomsensoren

Stroompad

Het meest voor de hand liggende verschil tussen drukstroomsensoren en massastroomsensoren ligt in de aanwezigheid of afwezigheid van gasstroompaden. Om de massastroomsensor goed te laten werken, moet er gas doorheen gaan. Eventuele beperkingen in het stroomkanaal, zoals vuil of vloeistof, veranderen de aerodynamische weerstand, waardoor de uitgang wordt beïnvloed. In tegenstelling hiermee is de druksensor een "doodlopende weg". De enige gasstroom in het pijpleidingsysteem is een kleine hoeveelheid gas die wordt veroorzaakt door de compressie of expansie van gas onder hoge druk. Het vuil of de vloeistof in het pijpleidingsysteem veroorzaakt alleen uitgangsverschillen wanneer de pijpleiding bijna volledig is geblokkeerd. De verontreiniging in het stroomkanaal hecht zich uiteindelijk aan het binnenoppervlak van de massastroomsensor en kan ook de warmteoverdracht naar het sensorelement beïnvloeden, waardoor de uitgang wordt beïnvloed.

Een luchtstroomsensor mag alleen worden gebruikt als het gas dat erdoorheen gaat geen verontreinigingen bevat.

Kwalitatief en resolutie

Omdat de massastroomsensor een thermosensitief apparaat is, is deze stabieler dan de op spanning gebaseerde druksensor bij nulstroom (of nul drukverschil). De bovengenoemde faalmodus beïnvloedt echter de helling van de sensoruitgang. Alle faalmodi van de druksensor hebben de neiging om de nulpuntsverschuiving van de apparatuur te beïnvloeden. De helling van de druksensor verandert zelden. Bovendien is de uitgang van het sensorelement van de massastroomsensor bij lage stroomsnelheden hoger dan bij hoge stroomsnelheden. Dit betekent dat zelfs als de uitgang is gecorrigeerd naar een lineair signaal, de resolutie van de massastroomsensor bij extreem lage stroomsnelheden nog steeds beter zal zijn dan bij hoge stroomsnelheden. De uitgang van de druksensor is van nature dicht bij lineair binnen zijn werkbereik, dus de resolutie verandert niet.

Vergeleken met equivalente druksensoren hebben massastroomsensoren een betere resolutie en stabiliteit bij zeer lage stroomsnelheden.

Anti-vervuilingseigenschap

Verontreiniging in het stroomkanaal kan de uitgang van de massastroomsensor op verschillende manieren beïnvloeden. Zelfs als er een zeer dunne laag vloeistof of vuil op het oppervlak van het sensorelement ontstaat, zal dit de warmteoverdracht verstoren en hellingsfouten veroorzaken. Bovendien, als de sensor wordt gebruikt in een bypass-configuratie, zoals eerder vermeld, zal elke factor die de stroomweerstand in de pijpleiding verhoogt, de meetresultaten beïnvloeden. Wanneer de pijpleiding verstopt is, is er extra druk nodig om dezelfde stroomsnelheid door te laten, wat de relatie tussen stroomsnelheid en druk verandert. In tegenstelling hiermee is er bijna geen luchtstroom in de pijpleiding van de verschildruksensor. De enige beweging is een kleine hoeveelheid luchtinlaat en -uitlaat om drukveranderingen te genereren. Ernstig verstopte pijpleidingen kunnen frequentieresponsproblemen veroorzaken in hoogfrequente toepassingen; de uitgang van de sensor is echter correct. Door tegelijkertijd druksensoren en massaluchtstroomsensoren te gebruiken voor dezelfde meting, kan een bijna onfeilbaar systeem worden gecreëerd. Aangezien de meeste faalmodi in druksensoren de offset beïnvloeden, terwijl de meeste modi in flowsensoren de helling beïnvloeden, is het onwaarschijnlijk dat deze twee apparaten tegelijkertijd op dezelfde manier falen.

De helling van de druksensor zal stabieler zijn dan die van de massaluchtstroomsensor en wordt minder snel beïnvloed door verontreiniging.

Automatische nulpuntkalibratietechnologie

Automatische nulstelling is een druksensor kalibratietechnologie gebaseerd op het bemonsteren van de uitgang onder bekende referentieomstandigheden, die extra correctie van externe uitgangsfouten mogelijk maakt, inclusief offsetfouten, offsets veroorzaakt door thermische effecten (offsetveranderingen) en offsetdrift. Als deze technologie in toepassingen kan worden geïmplementeerd, is het een eenvoudige methode om de voordelen van druksensoren te verkrijgen en tegelijkertijd de problemen van massastroomsensoren te vermijden.

Stroomverbruik

De verwarmer in de massastroomsensor heeft elektriciteit nodig om goed te functioneren en heeft een korte periode nodig om voor te verwarmen en te stabiliseren. In tegenstelling hiermee verbruikt de eenvoudige weerstand Wheatstone-brug in de meeste druksensoren veel minder stroom en kan snel stabiliseren. Een typische flowsensor kan een stroom van 10 mA tot 15 mA vereisen, terwijl een druksensor met dezelfde prestaties slechts 2 mA nodig heeft. De uitgang van een druksensor blijft meestal stabiel binnen een bereik van 2 ms of minder, terwijl een flowsensor 35 ms kan vereisen. Dit vermindert de effectiviteit van de strategie voor het cyclisch voeden van de voeding die is aangenomen voor energiebesparing aanzienlijk.

Druksensoren hebben meestal de voorkeur in toepassingen met een laag vermogen.

Frequentierespons

Het sensorelement van de druksensor is een mechanisch diafragma. Het heeft meestal een frequentie van meer dan 10 kHz. In praktische toepassingen is de sensorrespons meestal beperkt tot ongeveer 1 kHz, geleverd door elektronische apparaten. In tegenstelling hiermee reageren luchtstroomsensoren langzamer op snel veranderende luchtstromen en hebben de neiging om de snelle veranderingen te middelen - herinner u het verschil in voorverwarmingstijden. Het is iets moeilijker om de frequentierespons van de massastroomsensor nauwkeurig te kwantificeren. In de meeste gevallen kan deze echter lager zijn dan 100 Hertz. Dit verschil kan de prestaties in de toepassing beïnvloeden.