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Como devem ser selecionados os sensores de pressão e de caudal?

Tanto os sensores de pressão como os sensores de fluxo podem ser utilizados para medir a taxa de fluxo do ar.

Em muitas aplicações, ambos os tipos de sensores são geralmente usados em combinação com dispositivos de limitação de fluxo para gerar uma diferença de pressão.Alguns sensores de "fluxo de ar" são chamados de sensores de "pressão diferencial" por causa de seus métodos de calibração, em vez de baseados em suas tecnologias internasAs explicações a seguir apresentadas visam esclarecer as diferenças entre estes dois tipos de sensores, explicar as suas distinções e indicar qual é o tipo mais adequado para aplicações específicas..

O que é um sensor de fluxo de ar?

Em termos mais simples, um sensor de fluxo de ar, mais precisamente conhecido como sensor de fluxo de massa de ar, é um dispositivo com duas portas de pressão, das quais o gás flui para a outra porta (ver Figura 1).Dentro do sensorQuando o gás flui através do elemento de detecção, o calor é transferido da corrente ascendente para a descendente.Isto gera um desequilíbrio térmico proporcional à massa do material que flui, que podem ser medidos por circuitos electrónicos.

É importante lembrar que o sensor mede a taxa de fluxo de massa em condições normais, e não o volume real de gás que passa.Embora a maioria dos sensores compensem a influência da temperatura, as alterações da pressão atmosférica podem afectar a densidade dos gases, influenciando assim os resultados de saída.Os sensores de caudal de massa devem ser calibrados para misturas de gases específicas, uma vez que os gases diferentes têm propriedades térmicas diferentes..

Calibre o sensor de fluxo de massa para que a sua saída seja proporcional à queda de pressão entre as duas portas, porque é precisamente esta queda de pressão que impulsiona o fluxo através do sensor.Isto pode causar alguma confusão porque estes sensores são geralmente vendidos como sensores de pressão diferencial, enquanto a sua tecnologia interna está realmente a medir o fluxo.

O que é um sensor de pressão diferencial?

Os sensores de pressão diferencial tradicionais também têm duas portas de pressão; no entanto, não há fluxo de gás entre estas duas portas.Existe um diafragma MEMS entre as duas portas para medir a diferença de pressãoA deflexão do diafragma é medida pelo dispositivo piezoresistivo implantado na bolacha de silício, que é convertido pelo circuito electrónico num sinal de saída.

As principais diferenças entre sensores de pressão e sensores de fluxo de qualidade do ar

Percurso do fluxo

A diferença mais óbvia entre os sensores de fluxo de pressão e os sensores de fluxo de massa reside na presença ou ausência de vias de fluxo de gás.Deve haver gás a passar por ele.Qualquer restrição no canal de fluxo, como sujeira ou líquido, irá alterar a resistência aerodinâmica, afetando assim a saída.O único fluxo de gás em seu sistema de tubulação é uma pequena quantidade de gás causada pela compressão ou expansão de gás sob alta pressãoA sujeira ou o líquido no sistema de tubulação só causarão diferenças de saída quando o tubo estiver quase completamente bloqueado.A contaminação no canal de fluxo eventualmente adere à superfície interna do sensor de fluxo de massa e também pode afetar a transferência de calor para o elemento de detecção, influenciando assim a produção.

Um sensor de fluxo de ar só deve ser utilizado quando o gás que o atravessa não contenha poluentes.

Qualidade e resolução

Como o sensor de fluxo de massa é um dispositivo termo-sensível, ele é mais estável do que o sensor de pressão baseado em tensão em fluxo zero (ou diferença de pressão zero).o modo de falha acima mencionado afetará a inclinação da saída do sensorTodos os modos de falha do sensor de pressão tendem a afetar o deslocamento de pressão zero do equipamento.a saída do elemento de detecção do sensor de caudal de massa a baixas taxas de caudal é superior à saída do elemento de detecção a altas taxas de caudalIsto significa que, mesmo que a saída tenha sido corrigida para um sinal linear, a resolução do sensor de fluxo de massa a taxas de fluxo extremamente baixas ainda será melhor do que a de taxas de fluxo elevadas.A saída do sensor de pressão é naturalmente próxima de linear dentro do seu intervalo de trabalho, por isso a resolução não vai mudar.

Em comparação com sensores de pressão equivalentes, os sensores de fluxo de massa têm uma melhor resolução e estabilidade em taxas de fluxo muito baixas.

Propriedade antipoluição

A contaminação no canal de fluxo pode afetar a saída do sensor de fluxo de massa de várias maneiras.interferirá na transferência de calor e causará erros de inclinaçãoAlém disso, se o sensor for utilizado numa configuração de desvio, como mencionado anteriormente, qualquer fator que aumente a resistência ao fluxo na tubulação afetará os resultados de medição.Quando o gasoduto está entupido, é necessária uma pressão adicional para permitir a passagem da mesma taxa de fluxo, o que alterará a relação entre taxa de fluxo e pressão.não há quase nenhum fluxo de ar no tubo do sensor de pressão diferencialO único movimento é uma pequena quantidade de entrada de ar e escape para gerar mudanças de pressão.a saída do sensor será corretaAo utilizar simultaneamente sensores de pressão e sensores de fluxo de ar de massa para a mesma medição, pode ser criado um sistema quase infalível.Uma vez que a maioria dos modos de falha em sensores de pressão irá afetar o deslocamento, enquanto a maioria dos modos nos sensores de fluxo afetará a inclinação, é improvável que esses dois dispositivos falhem simultaneamente da mesma forma.

A inclinação do sensor de pressão será mais estável do que a do sensor de fluxo de ar de massa e é menos susceptível de ser afectada por contaminação.

Tecnologia de calibração automática de ponto zero

O zero automático é uma tecnologia de calibração do sensor de pressão baseada na saída de amostragem em condições de referência conhecidas, que permite a correção adicional dos erros de saída externos,Incluindo erros de compensação, os desvios causados por efeitos térmicos (mudanças de desvio) e a deriva de desvio.será um método simples para obter as vantagens dos sensores de pressão evitando os problemas dos sensores de fluxo de massa.

Consumo de energia

O aquecedor no sensor de fluxo de massa requer eletricidade para funcionar corretamente e precisa de um curto período de tempo para pré-aquecer e estabilizar.A ponte de resistência simples Wheatstone na maioria dos sensores de pressão consome muito menos corrente e pode estabilizar rapidamenteUm sensor de fluxo típico pode exigir uma corrente de 10 mA a 15 mA, enquanto um sensor de pressão do mesmo desempenho requer apenas 2 mA.A saída de um sensor de pressão geralmente permanece estável num intervalo de 2 ms ou menosA utilização de um sensor de fluxo pode exigir 35 ms. Isto reduz consideravelmente a eficácia da estratégia de ciclo de alimentação adoptada para a conservação de energia.

Os sensores de pressão são geralmente preferidos em aplicações de baixa potência.

Resposta de frequência

O elemento sensorial do sensor de pressão é um diafragma mecânico, geralmente com uma frequência superior a 10 kHz.A resposta do sensor é geralmente limitada a aproximadamente 1 kHz fornecida por dispositivos eletrónicosEm contrapartida, os sensores de fluxo de ar reagem mais lentamente a fluxos de ar que mudam rapidamente e tendem a calcular a média das mudanças rápidas - lembre-se da diferença nos tempos de pré-aquecimento.É um pouco mais difícil quantificar com precisão a resposta de frequência do sensor de fluxo de massaNo entanto, na maioria dos casos, pode ser inferior a 100 Hertz. Esta diferença pode afetar o desempenho na aplicação.