tin tức công ty về Làm thế nào để chọn cảm biến áp suất và lưu lượng?

Làm thế nào để chọn cảm biến áp suất và cảm biến lưu lượng?

Cả cảm biến áp suất và cảm biến lưu lượng đều có thể được sử dụng để đo tốc độ dòng chảy của không khí.

Trong nhiều ứng dụng, cả hai loại cảm biến thường được sử dụng kết hợp với các thiết bị hạn chế lưu lượng để tạo ra chênh lệch áp suất. Một số cảm biến "lưu lượng không khí" được gọi là cảm biến "áp suất vi sai" vì phương pháp hiệu chuẩn của chúng hơn là dựa trên công nghệ bên trong của chúng. Các giải thích sau đây nhằm làm rõ sự khác biệt giữa hai loại cảm biến này, giải thích sự khác biệt của chúng và cho biết loại nào phù hợp hơn cho các ứng dụng cụ thể.

Cảm biến lưu lượng không khí là gì?

Theo nghĩa đơn giản nhất, cảm biến lưu lượng không khí, chính xác hơn là cảm biến lưu lượng khối không khí, là một thiết bị có hai cổng áp suất, từ đó khí chảy đến cổng còn lại (xem Hình 1). Bên trong cảm biến, có một phần tử cảm ứng với bề mặt được làm nóng. Khi khí chảy qua phần tử cảm biến, nhiệt được truyền từ thượng nguồn đến hạ nguồn. Điều này tạo ra sự mất cân bằng nhiệt tỷ lệ với khối lượng của vật liệu đang chảy, có thể được đo bằng các mạch điện tử.

Điều quan trọng cần nhớ là cảm biến đo tốc độ dòng khối lượng trong điều kiện tiêu chuẩn, không phải thể tích thực tế của khí đi qua. Mặc dù hầu hết các cảm biến bù cho ảnh hưởng của nhiệt độ, nhưng những thay đổi về áp suất khí quyển có thể ảnh hưởng đến mật độ của khí, do đó ảnh hưởng đến kết quả đầu ra. Ngoài ra, cảm biến lưu lượng khối lượng phải được hiệu chuẩn cho các hỗn hợp khí cụ thể vì các loại khí khác nhau có các đặc tính nhiệt khác nhau.

Hiệu chuẩn cảm biến lưu lượng khối lượng để đầu ra của nó tỷ lệ với độ sụt áp giữa hai cổng, vì chính độ sụt áp này thúc đẩy dòng chảy qua cảm biến. Điều này có thể gây ra một số nhầm lẫn vì các cảm biến này thường được bán dưới dạng cảm biến áp suất vi sai, trong khi công nghệ bên trong của chúng thực sự đang đo lưu lượng.

Cảm biến áp suất vi sai là gì?

Cảm biến áp suất vi sai truyền thống cũng có hai cổng áp suất; Tuy nhiên, không có dòng khí nào giữa hai cổng này. Ngược lại, có một màng MEMS giữa hai cổng để đo chênh lệch áp suất. Độ lệch của màng được đo bằng thiết bị điện trở được cấy trong tấm silicon và mạch điện tử chuyển đổi điều này thành tín hiệu đầu ra.

Sự khác biệt chính giữa cảm biến áp suất và cảm biến lưu lượng chất lượng không khí

Đường dẫn dòng chảy

Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa cảm biến lưu lượng áp suất và cảm biến lưu lượng khối lượng nằm ở sự hiện diện hoặc vắng mặt của đường dẫn dòng khí. Để cảm biến lưu lượng khối lượng hoạt động bình thường, phải có khí đi qua nó. Bất kỳ hạn chế nào trong kênh dòng chảy, chẳng hạn như bụi bẩn hoặc chất lỏng, sẽ thay đổi điện trở khí động học, do đó ảnh hưởng đến đầu ra. Ngược lại, cảm biến áp suất là một "ngõ cụt". Dòng khí duy nhất trong hệ thống đường ống của nó là một lượng nhỏ khí do sự nén hoặc giãn nở của khí dưới áp suất cao. Bụi bẩn hoặc chất lỏng trong hệ thống đường ống sẽ chỉ gây ra sự khác biệt về đầu ra khi đường ống gần như bị chặn hoàn toàn. Sự ô nhiễm trong kênh dòng chảy cuối cùng bám vào bề mặt bên trong của cảm biến lưu lượng khối lượng và cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt đến phần tử cảm biến, do đó ảnh hưởng đến đầu ra.

Cảm biến lưu lượng không khí chỉ nên được sử dụng khi khí đi qua nó không chứa chất gây ô nhiễm.

Chất lượng và độ phân giải

Vì cảm biến lưu lượng khối lượng là một thiết bị nhạy nhiệt, nó ổn định hơn cảm biến áp suất dựa trên ứng suất ở dòng chảy bằng không (hoặc chênh lệch áp suất bằng không). Tuy nhiên, chế độ hỏng hóc nói trên sẽ ảnh hưởng đến độ dốc của đầu ra cảm biến. Tất cả các chế độ hỏng hóc của cảm biến áp suất có xu hướng ảnh hưởng đến độ lệch áp suất bằng không của thiết bị. Độ dốc của cảm biến áp suất hiếm khi thay đổi. Ngoài ra, đầu ra của phần tử cảm biến của cảm biến lưu lượng khối lượng ở tốc độ dòng chảy thấp cao hơn so với tốc độ dòng chảy cao. Điều này có nghĩa là ngay cả khi đầu ra đã được hiệu chỉnh thành tín hiệu tuyến tính, độ phân giải của cảm biến lưu lượng khối lượng ở tốc độ dòng chảy cực thấp vẫn sẽ tốt hơn so với tốc độ dòng chảy cao. Đầu ra của cảm biến áp suất tự nhiên gần với tuyến tính trong phạm vi hoạt động của nó, do đó độ phân giải sẽ không thay đổi.

So với các cảm biến áp suất tương đương, cảm biến lưu lượng khối lượng có độ phân giải và độ ổn định tốt hơn ở tốc độ dòng chảy rất thấp.

Tính chất chống ô nhiễm

Sự ô nhiễm trong kênh dòng chảy có thể ảnh hưởng đến đầu ra của cảm biến lưu lượng khối lượng theo nhiều cách khác nhau. Ngay cả khi một lớp chất lỏng hoặc bụi bẩn rất mỏng hình thành trên bề mặt của phần tử cảm biến, nó sẽ cản trở quá trình truyền nhiệt và gây ra lỗi độ dốc. Ngoài ra, nếu cảm biến được sử dụng trong cấu hình bỏ qua, như đã đề cập trước đó, bất kỳ yếu tố nào làm tăng điện trở dòng chảy trong đường ống sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo. Khi đường ống bị tắc, cần có thêm áp suất để cho phép cùng một tốc độ dòng chảy đi qua, điều này sẽ thay đổi mối quan hệ giữa tốc độ dòng chảy và áp suất. Ngược lại, gần như không có dòng khí nào trong đường ống của cảm biến áp suất vi sai. Chuyển động duy nhất là một lượng nhỏ khí vào và xả để tạo ra sự thay đổi áp suất. Đường ống bị tắc nghiêm trọng có thể gây ra các vấn đề về đáp ứng tần số trong các ứng dụng tần số cao; Tuy nhiên, đầu ra của cảm biến sẽ chính xác. Bằng cách đồng thời sử dụng cảm biến áp suất và cảm biến lưu lượng không khí khối lượng để đo cùng một phép đo, một hệ thống gần như không thể sai sót có thể được tạo ra. Vì hầu hết các chế độ hỏng hóc trong cảm biến áp suất sẽ ảnh hưởng đến độ lệch, trong khi hầu hết các chế độ trong cảm biến lưu lượng sẽ ảnh hưởng đến độ dốc, nên không có khả năng hai thiết bị này sẽ hỏng đồng thời theo cùng một cách.

Độ dốc của cảm biến áp suất sẽ ổn định hơn so với cảm biến lưu lượng không khí khối lượng và ít bị ảnh hưởng bởi sự ô nhiễm.

Công nghệ hiệu chuẩn tự động điểm không

Hiệu chỉnh về không tự động là một công nghệ hiệu chuẩn cảm biến áp suất dựa trên việc lấy mẫu đầu ra trong các điều kiện tham chiếu đã biết, cho phép hiệu chỉnh thêm các lỗi đầu ra bên ngoài, bao gồm lỗi bù, độ lệch do các hiệu ứng nhiệt (thay đổi độ lệch) và trôi dạt độ lệch. Nếu công nghệ này có thể được triển khai trong các ứng dụng, nó sẽ là một phương pháp đơn giản để có được những ưu điểm của cảm biến áp suất trong khi tránh các vấn đề của cảm biến lưu lượng khối lượng.

Tiêu thụ điện năng

Bộ phận làm nóng trong cảm biến lưu lượng khối lượng cần điện để hoạt động bình thường và cần một khoảng thời gian ngắn để làm nóng trước và ổn định. Ngược lại, cầu Wheatstone điện trở đơn giản trong hầu hết các cảm biến áp suất tiêu thụ ít dòng điện hơn nhiều và có thể ổn định nhanh chóng. Một cảm biến lưu lượng điển hình có thể yêu cầu dòng điện từ 10 mA đến 15 mA, trong khi một cảm biến áp suất có cùng hiệu suất chỉ cần 2 mA. Đầu ra của cảm biến áp suất thường vẫn ổn định trong phạm vi 2 ms trở xuống, trong khi cảm biến lưu lượng có thể yêu cầu 35 ms. Điều này làm giảm đáng kể hiệu quả của chiến lược chu kỳ cung cấp điện được áp dụng để tiết kiệm năng lượng.

Cảm biến áp suất thường được ưu tiên trong các ứng dụng công suất thấp.

Đáp ứng tần số

Phần tử cảm biến của cảm biến áp suất là một màng cơ học. Nó thường có tần số cao hơn 10 kHz. Trong các ứng dụng thực tế, đáp ứng của cảm biến thường bị giới hạn ở khoảng 1 kHz do các thiết bị điện tử cung cấp. Ngược lại, cảm biến lưu lượng không khí phản ứng chậm hơn với dòng không khí thay đổi nhanh chóng và có xu hướng tính trung bình các thay đổi nhanh chóng - hãy nhớ lại sự khác biệt về thời gian làm nóng trước. Khó định lượng chính xác hơn một chút về đáp ứng tần số của cảm biến lưu lượng khối lượng. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, nó có thể thấp hơn 100 Hertz. Sự khác biệt này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong ứng dụng.