Differenstrycksensor: krets, gränssnitt, typer, testning, symtom och dess användningsområden

Ibland är det inte viktigt att identifiera det totala trycket för en vätska (eller) en gas, men som ett alternativ behöver helt enkelt variationen mellan två punkter i systemet som observeras identifieras. Så under sådana förhållanden används en differenstrycksensor. Denna sensor ger en jämförande mätning mellan två punkter före & efter en ventil i en rörledning. Om ventilen är helt öppen måste trycket på de två sidorna vara lika. Om det finns en variation i trycket kan det vara att ventilen inte är öppen (eller) att det finns ett hinder. Den här artikeln förklarar kort differenstrycksgivare , deras arbete och deras tillämpningar.

Vad är en differenstryckssensor?

En differenstrycksensor är en typ av sensor som används för att mäta variationen inom trycket vid två punkter och ger en relativ mätning mellan dessa två punkter. Dessa tryck sensorer är välkända för sin tillförlitlighet och kvalitet. Funktionen hos differenstrycksgivaren är att tillhandahålla data om den ömsesidiga kopplingen av två tryckområden inom gaser, vätskor & ånga. Dessa används för att bestämma tryckvariationen säkert och tillförlitligt. Denna sensor har många applikationer i en mängd olika branscher, inklusive kontroll och optimering. Dessa kan också hittas i säkerhetskritiska system, filterövervakning och nivåmätning i slutna behållare.

Dessa sensorer är konstruerade huvudsakligen med kapacitiv avkänning teknologi. Denna sensor har tunna membran, anordnade mellan två parallella metallplattor. Närhelst yttre kraft tillhandahålls kommer membranet att böjas lite, vilket orsakar en förändring i kapacitansen och därmed en förändring inom sensorns o/p.

Differenstrycksensor fungerar

Differenstrycksensorn fungerar genom att mäta tryckfallet mellan två punkter i ett rör. Vid en punkt i röret rapporterar den partikelfiltrets laddningstillstånd och kontrollerar dess funktion medan den vid en annan punkt styr lågtrycksavgasåterföringen. Generellt är dessa sensorer förpackade med två portar där rör kan anslutas. Därefter kopplas rören enkelt till systemet varhelst mätningen ska göras.

Differenstrycksensorkrets

Differenstrycksensorkretsen använder två töjningsmätare visas nedan. Denna krets använder ett par matchade töjningsmätare. Närhelst differentialtrycket förhöjs kommer en töjningsmätare att komprimeras medan den andra töjningsmätaren kommer att sträckas. I följande krets kommer en voltmeter att registrera obalansen i bryggkretsen och den kommer att visas som en tryckmätning:

Genom att använda denna krets kan vi bestämma följande:

Identifiera vilken port i kretsen som är 'högtrycksporten'.

Port 'B' i kretsen är 'högtrycksporten'.

Om det fasta motståndet R1 misslyckas med att öppna, identifiera vad voltmetern registrerar.

Om det fasta motståndet 'R1' misslyckas med att öppna, driver voltmetern i kretsen helt uppskalning.

Identifiera en felkomponent som driver voltmetern helt uppskalning.

En felkomponent som driver voltmetern helt uppskalning följer som;

Töjningsmätare1 misslyckas, den kommer att kortslutas.
Töjningsmätare 2 misslyckas då öppnas den.
När 'R1' misslyckas öppnas den.
När 'R2' misslyckas kommer den att kortslutas.

MPX7002DP Differentialtrycksensor gränssnitt med en Arduino Uno

MPX7002DP differenstrycksensorn gränssnitt med en Arduino Uno visas nedan. Detta gränssnitt hjälper till att designa en medicinsk enhet med öppen källkod. Denna medicinska anordning används av läkare såväl som medicinsk personal för att behandla en mängd olika andningssjukdomar. Här används en differenstrycksgivare som använder differenstrycksgivaren MPX7002DP.

De komponenter som krävs för att göra detta gränssnitt inkluderar huvudsakligen; en MPX7002DP differenstrycksensor och ett Arduino Uno-kort. Anslutningarna för detta gränssnitt följer som;

GND på MPX7002DP differenstrycksensor är ansluten till GND-stiftet på Arduino Uno-kortet.

Sensorns +5V-stift är anslutet till +5V på Arduino.

Sensorns analoga stift är anslutet till A0-stiftet på Arduino.

När alla anslutningar är gjorda laddar du upp koden till Arduino-bräda som läser av trycksensorn i Arduino.

// MPX7002DP testkod
// Den här koden tränar MPX7002DP
// Tryckgivare ansluten till A0
int sensorPin = A0; // välj ingångsstiftet för trycksensorn
int sensorValue = 0; // variabel för att lagra rådatavärdet som kommer från sensorn
float outputValue = 0; // variabel för att lagra konverterat kPa-värde
void setup() {
//Starta serieporten vid 9600 bps och vänta tills porten öppnas:
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
; // vänta tills serieporten ansluts. Behövs endast för inbyggd USB-port
}
pinMode(sensorPin, INPUT); // Trycksensorn är på analog stift 0
}
void loop() {
// läs värdet från sensorn:
sensorValue = analogRead(sensorPin);
// mappa rådata till kPa
outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, -2000, 2000);
// skriv ut resultaten till den seriella monitorn:
Serial.print(“sensor = ” );
Serial.print(sensorValue);
Serial.print(“\toutput = “);
Serial.println(outputValue);
// vänta 100 millisekunder innan nästa loop
// för analog-till-digital-omvandlaren och
// trycksensor för att avgöra efter den senaste avläsningen:
fördröjning(100);
}

Utgången på differenstrycksgivaren är ansluten till A0 analog stift. Så den faktiska datan kommer att lagras som ett heltalsvärde inom en sensorPin-variabel.

Den råkonverterade analoga datan lagras i en heltalsvariabel som kallas sensorValue.

Utdata som ändras i kPa kommer att lagras i en flytande variabel som kallas outputData.

Den seriella kommunikationen i setup-funktionen initieras och sensorPin-variabeln kan anges som en ingång.

Givardata i slingfunktionen läses från det analoga stiftet och mappas till ett kPa-värde.

Efter det skickas data till serieterminalen, sedan kan den granskas.

För att systemet ska kunna lösas införs en fördröjning på hundra millisekunder

Efter det upprepas hela proceduren för alltid!

Differenstrycksensortyper

Typerna av differenstrycksensorer som vanligtvis används är; resistiv, piezoelektrisk, kapacitiv, MEMS och optisk.

Resistiv typ

En resistiv differenstrycksensor använder förändringen inom en elektrisk resistans i en töjningsmätare för att mäta tryckvariationer. Den är bunden till membranet som är frilagt till tryckmediet. Töjningsmätaren inkluderar ett metallresistivt element på en flexibel baksida och är ansluten till membranet, (eller) avsatt med tunnfilmsprocesser direkt. Metallmembranet ger högt övertryck och sprängtrycksförmåga.

A töjningsmätare avsätts på ett keramiskt membran med en tjockfilmsavsättningsprocedur. Jämfört med metallmembrananordningar är sprängtrycks- och övertryckstoleransen normalt mycket lägre. Dessa sensorer drar nytta av förändringen i halvledarmaterials resistivitet när de utsätts för påfrestningar på grund av membranböjning. Storleken på förändringen kommer att vara hundra gånger bättre jämfört med resistansförändring som genereras inom en metalltöjningsmätare. Således mäter dessa sensorer mindre tryckförändringar än sensorer av keramik eller metall.

Piezoelektrisk typ

Denna typ av differenstrycksensor använder egenskapen piezoelektriska material för att producera en laddning över ytan när trycket tillhandahålls. Här är den applicerade kraften och laddningsstorleken proportionell mot varandra och polariteten uttrycker dess väg. Laddningen byggs upp och försvinner snabbt när trycket ändras genom att tillåta snabbt växlande dynamisk tryckmätning.

Optisk typ

Denna typ av differenstrycksensor använder interferometri för att mäta tryckinducerad förändring inom optisk fiber som är oavbruten genom elektromagnetisk interferens. Den används i bullriga miljöer (eller) nära källor som röntgenutrustning. Dessa kan formas med små komponenter (eller) MEMS-teknik som är medicinskt säker för lokal användning. Den mäter trycket på flera punkter längs den optiska fibern.

MEMS-teknik

Termen MEMS i MEMS sensor står för 'Micro-Electro-Mechanical System' som har en kapacitiv eller piezo tryckavkännande mekanism som är tillverkad på kisel på mikronnivåupplösning. Den elektriska utsignalen från MEMS med liten storlek kan omvandlas till en analog (eller) digital signal med hjälp av Co-packaged signalkonditioneringselektronik. Dessa är små ytmonterade enheter, vanligtvis bara cirka 2 till 3 mm för varje sida.

Se denna länk för steg till tillverkningen av MEMS .

Hur testar man differenstryckssensor?

Differenstrycksensorn kan testas med en multimeter genom att ställa in den på 20V och en tryckmätare. Steg-för-steg-processen för testning diskuteras nedan.

• Anslut först multimetern GND till batteriets minuspol och kör en snabb plausibilitet genom att verifiera batterispänningen. Den måste vara ungefär 12,6 V genom att slå PÅ batteriet och stänga AV motorn.
• Kontrollera med tillverkarens servicemanual för att känna igen signalen, GND, 5V-referens och back-probe ledningarna.
• Slå på tändningslåset utan att starta motorn. Så multimetern måste visa en spänning i intervallet 4,5 till 5V främst för 5V-referensen, en stabil 0V för GND-tråden. För signaltråden sträcker sig den från 0,5 & 4,5 volt.
• Sätt PÅ motorn genom signaltrådens bakåtprobade.
• Backa motorn och observera om det finns en förändring i spänningsavläsningen. Om det inte finns någon förändring, fortsätt med att kontrollera anslutningsslangarna genom en tryckmätare.
• Ta ut slangarna från trycksensorn när motorn fortfarande är igång.
• Beräkna båda slangarnas tryck med hjälp av en tryckmätare. För tillräcklig noggrannhet, använd en avgasmottrycksmätare för att mäta 0 till 15 PSI.
• Återigen verifiera signalspänningen och spänningen måste läsa en siffra mellan slangtrycksvärdena.
  Om din spänning ändras kraftigt eller om tryckvärdena inte är lika med spänningsavläsningen, är differenstryckssensorn defekt och kommer att behöva ändras.

Symtom

De dåliga symtomen på differenstryckssensorer inkluderar kontaminering, skadad elektronik från kraftig motorvärme, och igensatta och vibrationsskador från långvarig erfarenhet inom motorsektionen.

• Det vanligaste problemet med den här typen av sensorer är skador på membranet. Så detta gör att differenstrycksensorn förvrängs (eller) förlorar förmågan att flexa och reagera på förändringar i trycket.
• Ett annat problem är skada på sensorns portområde på grund av att föroreningar fastnar eller skräp i röret och begränsar det korrekta flödet av vätska in i sensorn.
• Närhelst differentialtryckssensorn slutar signalera PCM att starta om, blockeras denna sensor av föroreningar.
• Några av tecknen som anger att sensorn inte regenererar korrekt på grund av fel på sensorn, dålig bränsleekonomi, dålig motorprestanda, höga motortemperaturer, en ökning av svart rök från avgaserna, maximala transmissionstemperaturer, etc.
• Närhelst sensorn misslyckas, kan avgaserna inte tömmas helt när mottrycket trycker tillbaka avgaserna in i förbränningskammaren vilket får sensorn att blandas genom motoroljan.
• De huvudsakliga symptomen på fel på differentialtryckssensorn inkluderar; feltändning/detonation, brist på motorkraft, kontrollera att motorlampan lyser, extremt bränsleutnyttjande och motorn startar dåligt.
• Vid felsökning av motorsensorer rekommenderas det att först leta efter tecken på synliga skador. Kontrollera alla anslutningar, börja med sensorns elektriska kontakt, och leta efter eventuella skador som sprickor eller smältning. Alla skadade ledningar måste bytas ut.
• Inspektera sedan slangarna som är anslutna till sensorn. Återigen, leta efter eventuella skador som sprickbildning eller smältning.
• Om slangarna är skadade måste de bytas ut och troligen dras om så att de inte skadas på samma sätt igen. Om slangarna ser ut att vara i gott fysiskt skick, kontrollera för eventuella blockeringar eller tilltäppningar. Om slangarna är igensatta måste de rengöras eller bytas ut.

Användningsområden/applikationer

Applikationerna för differenstrycksensorer diskuteras nedan.

• Differentialtryckssensorerna används inom det medicinska området för behandling av djup ventrombos.
• Dessa används också i infusionspumpar, andningsskydd och andningsdetekteringsutrustning.
• Dessa sensorer finns på många platser för flödesavkänning, nivå- eller djupavkänning och läckagetestning.
• Differenstrycksensorer finns ofta i industriella miljöer där en variation i trycket kan användas för att bestämma flödet av vätskor eller gaser.
• Dessa används i avloppsreningsverk, undervattensolja och gasbearbetning och fjärrvärmesystem som använder uppvärmt vatten (eller) ånga.
• Generellt används dessa för differenstryckövervakning och kontroll av vatten, gaser och olja.
• Dessa finns även i nivåmätning i slutna behållare, filterövervakning & säkerhetskritiska system.
• Dessa sensorer används i många applikationer inom datacenter.
• Dessa är mycket användbara för att mäta flöde över venturirör, pitotrör, öppningsplattor och andra flödesbaserade applikationer.
• Differenstrycksensorn används för att övervaka processflöde, mäta säkra nivåer i vätsketankar och hantera kontrollslingor.
• Dessa används i renrum, VVS & byggnadsautomation, sjukhus, isoleringskammare, laboratorier, läkemedelsindustrin, etc.
• De extremt noggranna enheterna använder dessa sensorer för alla icke-aggressiva och icke brandfarliga gaser.
• Dessa kan användas för att övervaka filter inom olika applikationer
• Differenstrycksgivare finns i brandskyddssystem i deras sprinklerenhet.
• Dessa är till stor hjälp närhelst mängden vätska i ett slutet kärl också måste mätas.

Detta är alltså en översikt över en differential trycksensor, den fungerar och dess applikationer. Denna sensor är en viktig komponent i olika applikationer inom olika branscher. Denna sensor kan mäta tryckvariationer med hög noggrannhet vilket möjliggör en säker och effektiv process för många system.

Mätenheter utsätts helt enkelt för ett brett spektrum av termiska, kemiska eller mekaniska påfrestningar så att de uppmätta värdena varierar och förlorar precision över tiden. Till exempel kan hysteres eller nollförskjutningar leda till säkerhetsrisker och en minskning av processeffektiviteten. Så frekvent kalibrering kan inte undvika sådana förändringar, även om de upptäcks inom tid. Därför föreslås det att utföra en årlig kalibrering av elektriska och mekaniska tryckmätningsanordningar. Här är en fråga till dig, vad är en trycksensor?