Differensialtrykksensor: krets, grensesnitt, typer, testing, symptomer og bruksområder

Noen ganger er det ikke viktig å identifisere det totale trykket til en væske (eller) en gass, men som et alternativ må ganske enkelt variasjonen mellom to punkter i systemet som blir observert identifiseres. Så under slike forhold brukes en differensialtrykksensor. Denne sensoren gir en komparativ måling mellom to punkter før og etter en ventil i en rørledning. Hvis ventilen er helt åpen, må trykket på de to sidene være likt. Hvis det er en variasjon i trykket, kan det være at ventilen ikke er åpen (eller) at det er en hindring. Denne artikkelen forklarer kort differensialtrykksensor , deres arbeid og deres applikasjoner.

Hva er en differensialtrykksensor?

En differensialtrykksensor er en type sensor som brukes til å måle variasjonen innenfor trykk på to punkter og gir en relativ måling mellom disse to punktene. Disse presset sensorer er kjent for sin pålitelighet og kvalitet. Funksjonen til differensialtrykksensoren er å gi data angående den gjensidige koblingen av to trykkområder innenfor gasser, væsker og damp. Disse brukes til å bestemme trykkvariasjonen sikkert og pålitelig. Denne sensoren har mange bruksområder i en rekke bransjer, inkludert kontroll og optimalisering. Disse kan også finnes i sikkerhetskritiske systemer, filterovervåking og nivåmåling i lukkede beholdere.

Disse sensorene er designet hovedsakelig med kapasitiv sansing teknologi. Denne sensoren har tynne diafragmaer, anordnet mellom to parallelle metallplater. Hver gang ytre kraft tilføres, vil membranen bøye seg litt, noe som forårsaker en endring i kapasitansen og dermed en endring innenfor sensorens o/p.

Differensialtrykksensor fungerer

Differansetrykksensoren fungerer ved å måle trykkfallet mellom to punkter i et rør. På ett punkt i røret rapporterer den ladetilstanden til partikkelfilteret og kontrollerer funksjonen, mens den på et annet punkt kontrollerer lavtrykkseksosgassresirkulasjonen. Generelt er disse sensorene pakket med to porter der rør kan kobles til. Deretter kobles rørene enkelt til systemet hvor enn målingen skal gjøres.

Differensialtrykksensorkrets

Differansetrykksensorkretsen ved hjelp av to strekkmålere er vist nedenfor. Denne kretsen bruker et par avstemte strekkmålere. Når differensialtrykket økes, vil den ene strekkmåleren bli komprimert, mens den andre strekkmåleren vil bli strukket. I følgende krets vil et voltmeter registrere ubalansen i brokretsen og det vil vises som en trykkmåling:

Ved å bruke denne kretsen kan vi bestemme følgende:

Gjenkjenne hvilken port i kretsen som er 'høytrykksporten'.

Port 'B' i kretsen er 'høytrykksporten'.

Hvis den faste R1-motstanden ikke åpner seg, gjenkjenne hva voltmeteret registrerer.

Hvis den faste motstanden 'R1' ikke åpner seg, vil voltmeteret i kretsen drive fullstendig oppskalering.

Identifiser en feilkomponent som driver voltmeteret helt oppskalert.

En feilkomponent som driver voltmeteret helt oppskalert følger som;

Strain gauge1 svikter, den vil kortsluttes.
Strekkmåler 2 svikter, så åpnes den.
Når 'R1' feiler, åpnes den.
Når 'R2' feiler, vil den kortsluttes.

MPX7002DP Differensialtrykksensor grensesnitt med en Arduino Uno

MPX7002DP differensialtrykksensor-grensesnitt ved hjelp av en Arduino Uno er vist nedenfor. Dette grensesnittet hjelper til med å designe en åpen kildekode medisinsk enhet. Denne medisinske enheten brukes av leger så vel som medisinsk fagpersonell for å behandle en rekke luftveislidelser. Her brukes et differensialtrykksensor breakout board som bruker MPX7002DP differensialtrykksensor.

De nødvendige komponentene for å lage denne grensesnittet inkluderer hovedsakelig; en MPX7002DP differensialtrykksensor og et Arduino Uno-kort. Forbindelsene til denne grensesnittet følger som;

GND til MPX7002DP differensialtrykksensor er koblet til GND-pinnen på Arduino Uno-kortet.

+5V-pinnen til sensoren er koblet til +5V på Arduino.

Den analoge pinnen til sensoren er koblet til A0-pinnen til Arduino.

Når alle tilkoblingene er opprettet, last opp koden til Arduino-brett som leser trykksensoren inn i Arduinoen.

// MPX7002DP testkode
// Denne koden trener MPX7002DP
// Trykksensor koblet til A0
int sensorPin = A0; // velg inngangspinnen for trykksensoren
int sensorValue = 0; // variabel for å lagre rådataverdien som kommer fra sensoren
float outputValue = 0; // variabel for å lagre konvertert kPa-verdi
void setup() {
//Start seriell port ved 9600 bps og vent til porten åpnes:
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
; // vent til den serielle porten kobles til. Kun nødvendig for native USB-port
}
pinMode(sensorPin, INPUT); // Trykksensor er på analog pinne 0
}
void loop() {
// les verdien fra sensoren:
sensorValue = analogRead(sensorPin);
// kartlegge rådataene til kPa
outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, -2000, 2000);
// skriv ut resultatene til seriemonitoren:
Serial.print(“sensor = ” );
Serial.print(sensorVerdi);
Serial.print(“\toutput = “);
Serial.println(outputValue);
// vent 100 millisekunder før neste sløyfe
// for analog-til-digital-omformeren og
// trykksensor for å sette seg etter siste avlesning:
forsinkelse(100);
}

Utgangen til differensialtrykksensoren er koblet til den analoge A0-pinnen. Så de faktiske dataene vil bli lagret som en heltallsverdi i en sensorPin-variabel.

De råkonverterte analoge dataene lagres i en heltallsvariabel kjent som sensorValue.

Utdataene endret i kPa vil bli lagret i en flytevariabel kjent som outputData.

Den serielle kommunikasjonen i oppsettfunksjonen initialiseres og sensorPin-variabelen kan angis som en inngang.

Sensordataene i sløyfefunksjonen leses fra den analoge pinnen og tilordnes til en kPa-verdi.

Etter det sendes dataene til serieterminalen, så kan de gjennomgås.

For å la systemet løse seg, innføres en forsinkelse på ett hundre millisekunder

Etter det gjentas hele prosedyren for alltid!

Differensialtrykksensortyper

Typene differensialtrykksensorer som vanligvis brukes er; resistiv, piezoelektrisk, kapasitiv, MEMS og optisk.

Resistiv type

En resistiv differensialtrykksensor bruker endringen i en elektrisk motstand i en strekkmåler for å måle trykkvariasjoner. Den er bundet til membranen som er avdekket til trykkmediet. Strekkmåleren inkluderer et metallresistivt element på en fleksibel bakside og er koblet til membranen, (eller) avsatt med tynnfilmprosesser direkte. Metallmembranen gir høyt overtrykk og sprengtrykksevne.

EN strekningsmåler avsettes på en keramisk diafragma med en tykkfilmavsetningsprosedyre. Sammenlignet med metallmembranenheter er sprengnings- og overtrykkstoleransen normalt mye lavere. Disse sensorene drar nytte av endringen i halvledermaterialers resistivitet når de utsettes for belastning på grunn av diafragmaavbøyning. Størrelsen på endringen vil være hundre ganger bedre sammenlignet med motstandsendring generert i en metallstrekkmåler. Dermed måler disse sensorene mindre trykkendringer enn keramiske eller metallsensorer.

Piezoelektrisk type

Denne typen differensialtrykksensor bruker egenskapene til piezoelektriske materialer for å produsere en ladning over overflaten når det gis trykk. Her er den påførte kraften og ladningsstørrelsen proporsjonal med hverandre og polariteten uttrykker banen. Ladningen bygges opp og forsvinner raskt når trykket endres ved å tillate raskt skiftende dynamisk trykkmåling.

Optisk type

Denne typen differensialtrykksensor bruker interferometri for å måle trykkindusert endring i optisk fiber som er uavbrutt gjennom elektromagnetisk interferens. Den brukes i støyende omgivelser (eller) nær kilder som radiografiutstyr. Disse kan dannes med små komponenter (eller) MEMS-teknologi som er medisinsk trygt for lokal bruk. Den måler trykket på flere punkter langs den optiske fiberen.

MEMS-teknologi

Begrepet MEMS i MEMS-sensor står for 'Micro-Electro-Mechanical System' som har en kapasitiv eller piezo-trykkfølende mekanisme som er produsert på silisium på mikron-nivå oppløsning. Den elektriske utgangen til MEMS med liten størrelse kan konverteres til et analogt (eller) digitalt signal ved hjelp av Co-packaged signalbehandlingselektronikk. Dette er små overflatemonterte enheter, vanligvis omtrent 2 til 3 mm for hver side.

Vennligst se denne lenken for trinn til fabrikasjonen av MEMS .

Hvordan teste differensialtrykksensor?

Differansetrykksensoren kan testes med et multimeter ved å sette den til 20V og en trykkmåler. Den trinnvise prosessen med testing er diskutert nedenfor.

• Koble først multimeteret GND til den negative polen på batteriet og kjør en rask plausibilitet ved å verifisere batterispenningen. Den må være ca. 12,6 V ved å slå PÅ batteriet og slå AV motoren.
• Sjekk med servicehåndboken til produsenten for å gjenkjenne signalet, GND, 5V-referansen og tilbake-probe ledningene.
• Slå på tenningsbryteren uten å starte motoren. Så multimeteret må vise en spenning i området 4,5 til 5V hovedsakelig for 5V-referansen, en stabil 0V for GND-ledningen. For signalledningen varierer den fra 0,5 og 4,5 volt.
• Slå PÅ motoren gjennom signaltråden med baksonde.
• Reversere motoren og se om det er en endring i spenningsavlesningen. Hvis det ikke er noen endring, fortsett med å kontrollere tilkoblingsslangene gjennom en trykkmåler.
• Ta ut slangene fra trykksensoren når motoren fortsatt går.
• Ved hjelp av en trykkmåler beregner du begge slangenes trykk. For tilstrekkelig nøyaktighet, bruk en eksosmottrykksmåler for å måle 0 til 15 PSI.
• Kontroller igjen signalspenningen og spenningen må lese et tall mellom slangetrykkverdiene.
  Hvis spenningen din endres sterkt eller trykkverdiene ikke tilsvarer spenningsavlesningen, er differensialtrykksensoren defekt og må endres.

Symptomer

De dårlige symptomene på differensialtrykksensorer inkluderer forurensning, skadet elektronikk fra sterk motorvarme, og tilstoppede og vibrasjonsskader fra langvarig erfaring innen motorseksjonen.

• Det vanligste problemet i denne typen sensorer er skade på membranen. Så dette fører til at differensialtrykksensoren blir forvrengt (eller) mister evnen til å bøye seg og reagere på endringer i trykket.
• Et annet problem er skade på portområdet til sensoren på grunn av forurensning eller rusk inne i røret og begrenser riktig flyt av væske inn i sensoren.
• Når differensialtrykksensoren slutter å signalisere at PCM skal starte på nytt, blir denne sensoren blokkert av forurensninger.
• Noen av tegnene som spesifiserer sensoren at den ikke regenererer riktig på grunn av sensorsvikt, dårlig drivstofføkonomi, dårlig motorytelse, høye motortemperaturer, en økning i svart røyk fra eksosen, maksimale transmisjonstemperaturer, etc.
• Når sensoren svikter, kan ikke eksosgassene renses fullstendig når mottrykket presser eksosen tilbake inn i forbrenningskammeret og får sensoren til å blande seg gjennom motoroljen.
• Hovedsymptomene på differensialtrykksensorfeil inkluderer; feiltenning/detonasjon, mangel på motorkraft, sjekk at motorlampen lyser, ekstrem drivstoffutnyttelse, og motoren vil starte dårlig.
• Ved feilsøking av motorsensorer anbefales det å se etter tegn på synlig skade først. Kontroller alle koblinger, start med sensorens elektriske kontakt, og se etter eventuelle skader som sprekker eller smelting. Eventuelle skadede ledninger må skiftes ut.
• Deretter inspiser slangene koblet til sensoren. Igjen, se etter eventuelle skader som sprekker eller smelting.
• Hvis slangene er skadet, må de skiftes ut og mest sannsynlig legges om slik at de ikke blir skadet på samme måte igjen. Hvis slangene ser ut til å være i god fysisk tilstand, se etter blokkering eller tilstopping. Hvis slangene er tilstoppede, må de ryddes eller skiftes ut.

Bruker/applikasjoner

Differansetrykksensorapplikasjonene er diskutert nedenfor.

• Differansetrykksensorene brukes i det medisinske feltet for behandling av dyp venetrombose.
• Disse brukes også i infusjonspumper, åndedrettsvern og pustedeteksjonsutstyr.
• Disse sensorene finnes på en rekke steder for strømningsføling, nivå- eller dybdeføling og lekkasjetesting.
• Differensialtrykksensorer finnes ofte i industrielle miljøer der en variasjon innenfor trykk kan brukes til å bestemme strømmen av væsker eller gasser.
• Disse brukes i avløpsrenseanlegg, undervannsbehandling av olje og gass, og fjernvarmesystemer som bruker oppvarmet vann (eller) damp.
• Vanligvis brukes disse til differensialtrykkovervåking og kontroll av vann, gasser og olje.
• Disse finnes også i nivåmåling i lukkede beholdere, filterovervåking og sikkerhetskritiske systemer.
• Disse sensorene brukes i en rekke applikasjoner innen datasentre.
• Disse er svært nyttige for å måle strømning over venturirør, pitotrør, åpningsplater og andre strømningsbaserte applikasjoner.
• Differansetrykksensoren brukes til å overvåke prosessflyt, måle sikre nivåer i væsketanker og administrere kontrollsløyfer.
• Disse brukes i renrom, HVAC og bygningsautomatisering, sykehus, isolasjonskamre, laboratorier, farmasøytisk industri, etc.
• De ekstremt nøyaktige enhetene bruker disse sensorene for alle ikke-aggressive og ikke-brennbare gasser.
• Disse kan brukes til å overvåke filtre innenfor forskjellige applikasjoner
• Differensialtrykksensorer kan finnes i brannvernsystemer i deres sprinkleranlegg.
• Disse er svært nyttige når mengden av en væske i et lukket kar også må måles.

Dermed er dette en oversikt over en differensial trykksensor, den fungerer , og dens applikasjoner. Denne sensoren er en viktig komponent i ulike applikasjoner på tvers av ulike bransjer. Denne sensoren kan måle trykkvariasjoner med høy nøyaktighet som muliggjør sikker og effektiv prosess for mange systemer.

Måleenheter blir ganske enkelt utsatt for et bredt spekter av termiske, kjemiske eller mekaniske påkjenninger, slik at de målte verdiene varierer og mister presisjon over tid. For eksempel kan hysterese eller null forskyvninger føre til sikkerhetsrisiko og en reduksjon i prosesseffektivitet. Så hyppig kalibrering kan ikke unngå slike endringer, selv om de oppdager dem innen tid. Derfor foreslås det å utføre en årlig kalibrering av elektriske og mekaniske trykkmåleenheter. Her er et spørsmål til deg, hva er en trykksensor?