اخبار شرکت چگونه باید سنسورهای فشار و جریان را انتخاب کرد؟

چگونه باید سنسورهای فشار و جریان را انتخاب کرد؟

از سنسورهای فشار و سنسورهای جریان می‌توان برای اندازه‌گیری سرعت جریان هوا استفاده کرد.

در بسیاری از کاربردها، هر دو نوع سنسور معمولاً همراه با دستگاه‌های محدودکننده جریان برای ایجاد اختلاف فشار استفاده می‌شوند. برخی از سنسورهای «جریان هوا» به دلیل روش‌های کالیبراسیون خود، به جای فناوری‌های داخلی‌شان، «سنسورهای فشار تفاضلی» نامیده می‌شوند. توضیحات زیر برای روشن کردن تفاوت‌های بین این دو نوع سنسور، توضیح تمایزات آنها و نشان دادن اینکه کدام نوع برای کاربردهای خاص مناسب‌تر است، در نظر گرفته شده است.

سنسور جریان هوا چیست؟

به ساده‌ترین عبارت، یک سنسور جریان هوا، که با دقت بیشتری به عنوان سنسور جریان جرم هوا شناخته می‌شود، دستگاهی با دو پورت فشار است که گاز از یک پورت به پورت دیگر جریان می‌یابد (به شکل 1 مراجعه کنید). در داخل سنسور، یک عنصر القایی با سطح گرم شده وجود دارد. هنگامی که گاز از طریق عنصر حسگر جریان می‌یابد، گرما از بالادست به پایین‌دست منتقل می‌شود. این امر یک عدم تعادل حرارتی متناسب با جرم ماده در حال جریان ایجاد می‌کند که می‌تواند توسط مدارهای الکترونیکی اندازه‌گیری شود.

به یاد داشته باشید که سنسور سرعت جریان جرم را در شرایط استاندارد اندازه‌گیری می‌کند، نه حجم واقعی گاز عبوری. اگرچه اکثر سنسورها تأثیر دما را جبران می‌کنند، اما تغییرات فشار اتمسفر می‌تواند بر چگالی گازها تأثیر بگذارد و در نتیجه بر نتایج خروجی تأثیر بگذارد. علاوه بر این، سنسورهای جریان جرم باید برای مخلوط‌های گازی خاص کالیبره شوند زیرا گازهای مختلف دارای خواص حرارتی متفاوتی هستند.

سنسور جریان جرم را طوری کالیبره کنید که خروجی آن متناسب با افت فشار بین دو پورت باشد، زیرا دقیقاً این افت فشار است که جریان را از طریق سنسور هدایت می‌کند. این ممکن است باعث ایجاد مقداری سردرگمی شود زیرا این سنسورها معمولاً به عنوان سنسورهای فشار تفاضلی فروخته می‌شوند، در حالی که فناوری داخلی آنها در واقع در حال اندازه‌گیری جریان است.

سنسور فشار تفاضلی چیست؟

سنسورهای فشار تفاضلی سنتی نیز دارای دو پورت فشار هستند. با این حال، هیچ جریانی از گاز بین این دو پورت وجود ندارد. برعکس، یک دیافراگم MEMS بین دو پورت برای اندازه‌گیری اختلاف فشار وجود دارد. انحراف دیافراگم توسط دستگاه پیزورزیستیو کاشته شده در ویفر سیلیکونی اندازه‌گیری می‌شود و مدار الکترونیکی این را به یک سیگنال خروجی تبدیل می‌کند.

تفاوت‌های اصلی بین سنسورهای فشار و سنسورهای جریان کیفیت هوا

مسیر جریان

بارزترین تفاوت بین سنسورهای جریان فشار و سنسورهای جریان جرم در وجود یا عدم وجود مسیرهای جریان گاز نهفته است. برای اینکه سنسور جریان جرم به درستی کار کند، باید گاز از آن عبور کند. هرگونه محدودیت در کانال جریان، مانند کثیفی یا مایع، مقاومت آیرودینامیکی را تغییر می‌دهد و در نتیجه بر خروجی تأثیر می‌گذارد. در مقابل، سنسور فشار یک «بن‌بست» است. تنها جریان گاز در سیستم خط لوله آن، مقدار کمی گاز است که در اثر فشرده‌سازی یا انبساط گاز تحت فشار بالا ایجاد می‌شود. کثیفی یا مایع در سیستم خط لوله تنها زمانی باعث تفاوت خروجی می‌شود که خط لوله تقریباً به طور کامل مسدود شده باشد. آلودگی در کانال جریان در نهایت به سطح داخلی سنسور جریان جرم می‌چسبد و همچنین ممکن است بر انتقال حرارت به عنصر حسگر تأثیر بگذارد و در نتیجه بر خروجی تأثیر بگذارد.

سنسور جریان هوا باید تنها زمانی استفاده شود که گاز عبوری از آن حاوی آلاینده نباشد.

کیفی و وضوح

از آنجایی که سنسور جریان جرم یک دستگاه حساس به حرارت است، در جریان صفر (یا اختلاف فشار صفر) نسبت به سنسور فشار مبتنی بر تنش پایدارتر است. با این حال، حالت خرابی فوق‌الذکر بر شیب خروجی سنسور تأثیر می‌گذارد. تمام حالت‌های خرابی سنسور فشار تمایل به تأثیر بر آفست فشار صفر تجهیزات دارند. شیب سنسور فشار به ندرت تغییر می‌کند. علاوه بر این، خروجی عنصر حسگر سنسور جریان جرم در نرخ‌های جریان کم بیشتر از نرخ‌های جریان بالا است. این بدان معناست که حتی اگر خروجی به یک سیگنال خطی اصلاح شده باشد، وضوح سنسور جریان جرم در نرخ‌های جریان بسیار کم همچنان بهتر از نرخ‌های جریان بالا خواهد بود. خروجی سنسور فشار به طور طبیعی در محدوده کاری خود نزدیک به خطی است، بنابراین وضوح تغییر نخواهد کرد.

در مقایسه با سنسورهای فشار معادل، سنسورهای جریان جرم دارای وضوح و پایداری بهتری در نرخ‌های جریان بسیار کم هستند.

خاصیت ضد آلودگی

آلودگی در کانال جریان می‌تواند به روش‌های مختلفی بر خروجی سنسور جریان جرم تأثیر بگذارد. حتی اگر یک لایه بسیار نازک از مایع یا کثیفی روی سطح عنصر حسگر تشکیل شود، در انتقال حرارت اختلال ایجاد می‌کند و باعث خطاهای شیب می‌شود. علاوه بر این، اگر سنسور در یک پیکربندی بای‌پس استفاده شود، همانطور که قبلاً ذکر شد، هر عاملی که مقاومت جریان را در خط لوله افزایش دهد، بر نتایج اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد. هنگامی که خط لوله مسدود می‌شود، فشار اضافی برای عبور همان سرعت جریان مورد نیاز است که رابطه بین سرعت جریان و فشار را تغییر می‌دهد. در مقابل، تقریباً هیچ جریانی از هوا در خط لوله سنسور فشار تفاضلی وجود ندارد. تنها حرکت، مقدار کمی ورودی و خروجی هوا برای ایجاد تغییرات فشار است. خطوط لوله به شدت مسدود شده ممکن است باعث ایجاد مشکلات پاسخ فرکانسی در کاربردهای با فرکانس بالا شود. با این حال، خروجی سنسور صحیح خواهد بود. با استفاده همزمان از سنسورهای فشار و سنسورهای جریان هوای جرم برای اندازه‌گیری یکسان، می‌توان یک سیستم تقریباً بی‌عیب و نقص ایجاد کرد. از آنجایی که اکثر حالت‌های خرابی در سنسورهای فشار بر آفست تأثیر می‌گذارند، در حالی که اکثر حالت‌ها در سنسورهای جریان بر شیب تأثیر می‌گذارند، بعید است که این دو دستگاه به طور همزمان به یک شکل شکست بخورند.

شیب سنسور فشار پایدارتر از سنسور جریان هوای جرم خواهد بود و احتمال کمتری دارد که تحت تأثیر آلودگی قرار گیرد.

فناوری کالیبراسیون خودکار نقطه صفر

صفر شدن خودکار یک فناوری کالیبراسیون سنسور فشار است که بر اساس نمونه‌برداری از خروجی در شرایط مرجع شناخته شده است که امکان اصلاح اضافی خطاهای خروجی خارجی، از جمله خطاهای آفست، آفست‌های ناشی از اثرات حرارتی (تغییرات آفست) و رانش آفست را فراهم می‌کند. اگر این فناوری در کاربردها پیاده‌سازی شود، یک روش ساده برای به دست آوردن مزایای سنسورهای فشار و در عین حال اجتناب از مشکلات سنسورهای جریان جرم خواهد بود.

مصرف برق

گرم‌کننده در سنسور جریان جرم برای عملکرد صحیح به برق نیاز دارد و برای گرم شدن و تثبیت به مدت زمان کوتاهی نیاز دارد. در مقابل، پل مقاومت ساده Wheatstone در اکثر سنسورهای فشار جریان کمتری مصرف می‌کند و می‌تواند به سرعت تثبیت شود. یک سنسور جریان معمولی ممکن است به جریان 10 میلی‌آمپر تا 15 میلی‌آمپر نیاز داشته باشد، در حالی که یک سنسور فشار با همان عملکرد تنها به 2 میلی‌آمپر نیاز دارد. خروجی یک سنسور فشار معمولاً در محدوده 2 میلی‌ثانیه یا کمتر ثابت می‌ماند، در حالی که یک سنسور جریان ممکن است به 35 میلی‌ثانیه نیاز داشته باشد. این امر اثربخشی استراتژی چرخه منبع تغذیه اتخاذ شده برای صرفه‌جویی در انرژی را به شدت کاهش می‌دهد.

سنسورهای فشار معمولاً در کاربردهای کم‌مصرف ترجیح داده می‌شوند.

پاسخ فرکانسی

عنصر حسگر سنسور فشار یک دیافراگم مکانیکی است. معمولاً فرکانسی بالاتر از 10 کیلوهرتز دارد. در کاربردهای عملی، پاسخ سنسور معمولاً به حدود 1 کیلوهرتز محدود می‌شود که توسط دستگاه‌های الکترونیکی ارائه می‌شود. در مقابل، سنسورهای جریان هوا به آرامی به جریان‌های هوای در حال تغییر سریع پاسخ می‌دهند و تمایل به میانگین‌گیری تغییرات سریع دارند - تفاوت در زمان‌های پیش‌گرمایش را به خاطر بسپارید. اندازه‌گیری دقیق پاسخ فرکانسی سنسور جریان جرم کمی دشوارتر است. با این حال، در اکثر موارد، ممکن است کمتر از 100 هرتز باشد. این تفاوت ممکن است بر عملکرد در کاربرد تأثیر بگذارد.