Unternehmensnachrichten über Wie sollten Druck- und Durchflussmessgeräte ausgewählt werden?

Wie sollten Druck- und Durchflusssensoren ausgewählt werden?

Sowohl Drucksensoren als auch Durchflusssensoren können zur Messung der Luftdurchflussrate verwendet werden.

In vielen Anwendungen werden beide Sensortypen in der Regel in Kombination mit Durchflussbegrenzern verwendet, um eine Druckdifferenz zu erzeugen. Einige "Luftstrom"-Sensoren werden aufgrund ihrer Kalibrierungsmethoden und nicht aufgrund ihrer internen Technologien als "Differenzdruck"-Sensoren bezeichnet. Die folgenden Erläuterungen sollen die Unterschiede zwischen diesen beiden Sensortypen verdeutlichen, ihre Unterscheidungen erklären und angeben, welcher Typ für bestimmte Anwendungen besser geeignet ist.

Was ist ein Luftstromsensor?

Vereinfacht ausgedrückt ist ein Luftstromsensor, genauer gesagt ein Luftmassenstromsensor, ein Gerät mit zwei Druckanschlüssen, von denen Gas zum anderen Anschluss strömt (siehe Abbildung 1). Im Inneren des Sensors befindet sich ein Induktionselement mit einer beheizten Oberfläche. Wenn das Gas durch das Sensorelement strömt, wird Wärme vom stromaufwärts gelegenen zum stromabwärts gelegenen Bereich übertragen. Dies erzeugt ein thermisches Ungleichgewicht, das proportional zur Masse des strömenden Materials ist und von elektronischen Schaltungen gemessen werden kann.

Es ist wichtig zu bedenken, dass der Sensor die Massenstromrate unter Standardbedingungen misst, nicht das tatsächliche Volumen des durchströmenden Gases. Obwohl die meisten Sensoren den Einfluss der Temperatur kompensieren, können Änderungen des atmosphärischen Drucks die Dichte der Gase beeinflussen und somit die Ausgabewerte beeinflussen. Darüber hinaus müssen Massenstromsensoren für bestimmte Gasgemische kalibriert werden, da verschiedene Gase unterschiedliche thermische Eigenschaften aufweisen.

Kalibrieren Sie den Massenstromsensor so, dass seine Ausgabe proportional zum Druckabfall zwischen den beiden Anschlüssen ist, da genau dieser Druckabfall den Durchfluss durch den Sensor antreibt. Dies könnte zu Verwirrung führen, da diese Sensoren in der Regel als Differenzdrucksensoren verkauft werden, während ihre interne Technologie tatsächlich den Durchfluss misst.

Was ist ein Differenzdrucksensor?

Traditionelle Differenzdrucksensoren haben ebenfalls zwei Druckanschlüsse; Zwischen diesen beiden Anschlüssen gibt es jedoch keinen Gasfluss. Im Gegenteil, es gibt eine MEMS-Membran zwischen den beiden Anschlüssen zur Messung der Druckdifferenz. Die Auslenkung der Membran wird von der in den Siliziumwafer implantierten piezoresistiven Vorrichtung gemessen, und die elektronische Schaltung wandelt dies in ein Ausgangssignal um.

Die Hauptunterschiede zwischen Drucksensoren und Luftqualitäts-Durchflusssensoren

Flussweg

Der offensichtlichste Unterschied zwischen Druck- und Massenstromsensoren liegt im Vorhandensein oder Fehlen von Gasflusswegen. Damit der Massenstromsensor richtig funktioniert, muss Gas durch ihn hindurchströmen. Alle Einschränkungen im Strömungskanal, wie z. B. Schmutz oder Flüssigkeit, verändern den aerodynamischen Widerstand und beeinflussen dadurch die Ausgabe. Im Gegensatz dazu ist der Drucksensor ein "Sackgasse". Der einzige Gasfluss in seinem Leitungssystem ist eine geringe Gasmenge, die durch die Kompression oder Expansion von Gas unter hohem Druck verursacht wird. Der Schmutz oder die Flüssigkeit im Leitungssystem verursacht nur dann Ausgabedifferenzen, wenn die Leitung fast vollständig blockiert ist. Die Verunreinigung im Strömungskanal haftet schließlich an der Innenfläche des Massenstromsensors und kann auch die Wärmeübertragung auf das Sensorelement beeinträchtigen und somit die Ausgabe beeinflussen.

Ein Luftstromsensor sollte nur verwendet werden, wenn das hindurchströmende Gas keine Schadstoffe enthält.

Qualitativ und Auflösung

Da der Massenstromsensor ein wärmeempfindliches Gerät ist, ist er bei Nullfluss (oder Null-Druckdifferenz) stabiler als der spannungsbasierte Drucksensor. Die oben genannte Ausfallart wirkt sich jedoch auf die Steigung der Sensorausgabe aus. Alle Ausfallarten des Drucksensors neigen dazu, den Nullpunktoffen der Geräte zu beeinflussen. Die Steigung des Drucksensors ändert sich selten. Darüber hinaus ist die Ausgabe des Sensorelements des Massenstromsensors bei niedrigen Durchflussraten höher als bei hohen Durchflussraten. Dies bedeutet, dass selbst wenn die Ausgabe auf ein lineares Signal korrigiert wurde, die Auflösung des Massenstromsensors bei extrem niedrigen Durchflussraten immer noch besser ist als bei hohen Durchflussraten. Die Ausgabe des Drucksensors ist innerhalb seines Arbeitsbereichs naturgemäß nahezu linear, so dass sich die Auflösung nicht ändert.

Im Vergleich zu äquivalenten Drucksensoren haben Massenstromsensoren eine bessere Auflösung und Stabilität bei sehr niedrigen Durchflussraten.

Anti-Verschmutzungs-Eigenschaft

Verunreinigungen im Strömungskanal können die Ausgabe des Massenstromsensors auf verschiedene Weise beeinflussen. Selbst wenn sich eine sehr dünne Flüssigkeits- oder Schmutzschicht auf der Oberfläche des Sensorelements bildet, stört dies die Wärmeübertragung und verursacht Steigungsfehler. Wenn der Sensor in einer Bypass-Konfiguration verwendet wird, wie bereits erwähnt, wirkt sich jeder Faktor, der den Strömungswiderstand in der Leitung erhöht, auf die Messergebnisse aus. Wenn die Leitung verstopft ist, ist zusätzlicher Druck erforderlich, damit die gleiche Durchflussrate passieren kann, was die Beziehung zwischen Durchflussrate und Druck verändert. Im Gegensatz dazu gibt es in der Leitung des Differenzdrucksensors fast keinen Luftstrom. Die einzige Bewegung ist eine geringe Menge an Lufteinlass und -auslass, um Druckänderungen zu erzeugen. Stark verstopfte Leitungen können in Hochfrequenzanwendungen zu Frequenzgangproblemen führen; Die Ausgabe des Sensors ist jedoch korrekt. Durch die gleichzeitige Verwendung von Drucksensoren und Massenluftstromsensoren für dieselbe Messung kann ein nahezu narrensicheres System geschaffen werden. Da sich die meisten Ausfallarten in Drucksensoren auf den Offset auswirken, während sich die meisten Arten in Durchflusssensoren auf die Steigung auswirken, ist es unwahrscheinlich, dass diese beiden Geräte gleichzeitig auf die gleiche Weise ausfallen.

Die Steigung des Drucksensors ist stabiler als die des Massenluftstromsensors und wird weniger wahrscheinlich durch Verunreinigungen beeinflusst.

Technologie zur automatischen Nullpunktkalibrierung

Die automatische Nullstellung ist eine Drucksensor-Kalibrierungstechnologie, die auf der Abtastung der Ausgabe unter bekannten Referenzbedingungen basiert, wodurch zusätzliche Korrekturen von externen Ausgabefehlern ermöglicht werden, einschließlich Offset-Fehlern, durch thermische Effekte verursachten Offsets (Offset-Änderungen) und Offset-Drift. Wenn diese Technologie in Anwendungen implementiert werden kann, ist dies eine einfache Methode, um die Vorteile von Drucksensoren zu nutzen und gleichzeitig die Probleme von Massenstromsensoren zu vermeiden.

Stromverbrauch

Der Heizer im Massenstromsensor benötigt Strom, um richtig zu funktionieren, und benötigt eine kurze Zeit zum Vorheizen und Stabilisieren. Im Gegensatz dazu verbraucht die einfache Widerstands-Wheatstone-Brücke in den meisten Drucksensoren viel weniger Strom und kann sich schnell stabilisieren. Ein typischer Durchflusssensor benötigt möglicherweise einen Strom von 10 mA bis 15 mA, während ein Drucksensor mit der gleichen Leistung nur 2 mA benötigt. Die Ausgabe eines Drucksensors bleibt in der Regel innerhalb eines Bereichs von 2 ms oder weniger stabil, während ein Durchflusssensor möglicherweise 35 ms benötigt. Dies reduziert die Effektivität der für die Energieeinsparung angewendeten Stromversorgungszyklusstrategie erheblich.

Drucksensoren werden in der Regel in Anwendungen mit geringem Stromverbrauch bevorzugt.

Frequenzgang

Das Sensorelement des Drucksensors ist eine mechanische Membran. Es hat in der Regel eine Frequenz von mehr als 10 kHz. In praktischen Anwendungen ist die Sensorantwort in der Regel auf etwa 1 kHz begrenzt, die von elektronischen Geräten bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu reagieren Luftstromsensoren langsamer auf sich schnell ändernde Luftströme und neigen dazu, die schnellen Änderungen zu mitteln - erinnern Sie sich an den Unterschied in den Vorheizzeiten. Es ist etwas schwieriger, den Frequenzgang des Massenstromsensors genau zu quantifizieren. In den meisten Fällen kann er jedoch unter 100 Hertz liegen. Dieser Unterschied kann die Leistung in der Anwendung beeinträchtigen.