ควรเลือกเซ็นเซอร์วัดความดันและอัตราการไหลอย่างไร?

ควรเลือกเซนเซอร์วัดความดันและการไหลอย่างไร?

สามารถใช้ทั้งเซ็นเซอร์ความดันและเซ็นเซอร์วัดการไหลเพื่อวัดอัตราการไหลของอากาศ

ในการใช้งานหลายประเภท เซ็นเซอร์ทั้งสองประเภทมักจะใช้ร่วมกับอุปกรณ์จำกัดการไหลเพื่อสร้างความแตกต่างของแรงดัน เซ็นเซอร์ "การไหลของอากาศ" บางตัวเรียกว่าเซ็นเซอร์ "ความดันแตกต่าง" เนื่องจากวิธีการสอบเทียบแทนที่จะใช้เทคโนโลยีภายใน คำอธิบายต่อไปนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อชี้แจงความแตกต่างระหว่างเซ็นเซอร์ทั้งสองประเภทนี้ อธิบายความแตกต่าง และระบุว่าประเภทใดเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้านมากกว่า

เซ็นเซอร์การไหลของอากาศคืออะไร?

กล่าวอย่างง่ายที่สุด เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศ หรือที่เรียกอย่างแม่นยำกว่าในชื่อเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลอากาศ คืออุปกรณ์ที่มีพอร์ตแรงดันสองพอร์ต ซึ่งก๊าซจะไหลไปยังอีกพอร์ตหนึ่ง (ดูรูปที่ 1) ภายในเซ็นเซอร์มีองค์ประกอบการเหนี่ยวนำที่มีพื้นผิวที่ให้ความร้อน เมื่อก๊าซไหลผ่านองค์ประกอบการตรวจจับ ความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากต้นน้ำไปยังปลายน้ำ สิ่งนี้ทำให้เกิดความไม่สมดุลทางความร้อนตามสัดส่วนของมวลของวัสดุที่ไหล ซึ่งสามารถวัดได้โดยวงจรอิเล็กทรอนิกส์

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าเซ็นเซอร์จะวัดอัตราการไหลของมวลภายใต้สภาวะมาตรฐาน ไม่ใช่ปริมาตรที่แท้จริงของก๊าซที่ไหลผ่าน แม้ว่าเซ็นเซอร์ส่วนใหญ่จะชดเชยอิทธิพลของอุณหภูมิ แต่การเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศอาจส่งผลต่อความหนาแน่นของก๊าซ ซึ่งส่งผลต่อผลลัพธ์ที่ได้ นอกจากนี้ เซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลต้องได้รับการสอบเทียบสำหรับส่วนผสมของก๊าซเฉพาะ เนื่องจากก๊าซที่แตกต่างกันมีคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกัน

ปรับเทียบเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลเพื่อให้เอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับแรงดันตกคร่อมระหว่างสองพอร์ต เนื่องจากแรงดันตกคร่อมนี้เองที่ขับเคลื่อนการไหลผ่านเซ็นเซอร์ สิ่งนี้อาจทำให้เกิดความสับสนเนื่องจากเซ็นเซอร์เหล่านี้มักจะขายเป็นเซ็นเซอร์ความดันแตกต่าง ในขณะที่เทคโนโลยีภายในของพวกเขากำลังวัดการไหลจริงๆ

เซ็นเซอร์ความดันแตกต่างคืออะไร?

เซ็นเซอร์ความดันแตกต่างแบบดั้งเดิมยังมีพอร์ตแรงดันสองพอร์ต อย่างไรก็ตาม ไม่มีการไหลของก๊าซระหว่างสองพอร์ตนี้ ในทางตรงกันข้าม มีไดอะแฟรม MEMS ระหว่างพอร์ตทั้งสองสำหรับการวัดความแตกต่างของแรงดัน การโก่งตัวของไดอะแฟรมวัดโดยอุปกรณ์ไพโซรีซิสทีฟที่ฝังอยู่ในแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน และวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะแปลงสิ่งนี้ให้เป็นสัญญาณเอาท์พุต

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเซ็นเซอร์ความดันและเซ็นเซอร์วัดการไหลของคุณภาพอากาศ

เส้นทางการไหล

ความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุดระหว่างเซ็นเซอร์วัดการไหลของความดันและเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลอยู่ที่การมีหรือไม่มีเส้นทางการไหลของก๊าซ เพื่อให้เซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลทำงานได้อย่างถูกต้อง จะต้องมีก๊าซไหลผ่าน ข้อจำกัดใดๆ ในช่องการไหล เช่น สิ่งสกปรกหรือของเหลว จะเปลี่ยนความต้านทานตามหลักอากาศพลศาสตร์ และส่งผลต่อเอาท์พุต ในทางตรงกันข้าม เซ็นเซอร์ความดันเป็นแบบ "ทางตัน" การไหลของก๊าซในระบบท่อเพียงอย่างเดียวคือก๊าซจำนวนเล็กน้อยที่เกิดจากการบีบอัดหรือการขยายตัวของก๊าซภายใต้แรงดันสูง สิ่งสกปรกหรือของเหลวในระบบท่อจะทำให้เกิดความแตกต่างด้านเอาต์พุตเมื่อท่อถูกปิดกั้นเกือบหมดเท่านั้น การปนเปื้อนในช่องการไหลจะเกาะติดกับพื้นผิวด้านในของเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลในที่สุด และอาจส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนไปยังองค์ประกอบการตรวจจับด้วย จึงส่งผลต่อเอาท์พุต

ควรใช้เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศเมื่อก๊าซที่ไหลผ่านไม่มีสารมลพิษเท่านั้น

เชิงคุณภาพและความละเอียด

เนื่องจากเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลเป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อความร้อน จึงมีความเสถียรมากกว่าเซ็นเซอร์ความดันตามความเค้นที่การไหลเป็นศูนย์ (หรือความแตกต่างของแรงดันเป็นศูนย์) อย่างไรก็ตาม โหมดความล้มเหลวที่กล่าวข้างต้นจะส่งผลต่อความชันของเอาท์พุตเซ็นเซอร์ โหมดความล้มเหลวทั้งหมดของเซ็นเซอร์ความดันมีแนวโน้มที่จะส่งผลต่อการชดเชยแรงดันเป็นศูนย์ของอุปกรณ์ ความชันของเซ็นเซอร์ความดันแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ เอาท์พุตขององค์ประกอบการตรวจจับของเซนเซอร์วัดการไหลของมวลที่อัตราการไหลต่ำจะสูงกว่าเอาต์พุตที่มีอัตราการไหลสูง ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าเอาท์พุตได้รับการแก้ไขเป็นสัญญาณเชิงเส้นแล้ว ความละเอียดของเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลที่อัตราการไหลต่ำมากจะยังคงดีกว่าความละเอียดของอัตราการไหลสูง เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ความดันจะใกล้เคียงกับเส้นตรงภายในช่วงการทำงาน ดังนั้นความละเอียดจะไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์ความดันที่เท่ากัน เซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลจะมีความละเอียดและความเสถียรที่ดีกว่าที่อัตราการไหลต่ำมาก

คุณสมบัติต่อต้านมลภาวะ

การปนเปื้อนในช่องการไหลอาจส่งผลต่อเอาท์พุตของเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลได้หลายวิธี แม้ว่าชั้นของเหลวหรือสิ่งสกปรกบางมากจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวขององค์ประกอบการตรวจจับ ก็จะรบกวนการถ่ายเทความร้อนและทำให้เกิดข้อผิดพลาดของความลาดเอียง นอกจากนี้ หากใช้เซ็นเซอร์ในการกำหนดค่าบายพาสดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ปัจจัยใดๆ ที่เพิ่มความต้านทานการไหลในท่อจะส่งผลต่อผลการวัด เมื่อท่ออุดตัน จำเป็นต้องมีแรงดันเพิ่มเติมเพื่อให้อัตราการไหลเดียวกันไหลผ่าน ซึ่งจะเปลี่ยนความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลและความดัน ในทางตรงกันข้าม แทบจะไม่มีการไหลของอากาศในท่อของเซ็นเซอร์ความดันแตกต่าง การเคลื่อนไหวเพียงอย่างเดียวคือปริมาณอากาศเข้าและไอเสียเพียงเล็กน้อยเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงแรงดัน ท่อที่อุดตันอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดปัญหาการตอบสนองความถี่ในการใช้งานความถี่สูง อย่างไรก็ตามเอาต์พุตของเซ็นเซอร์จะถูกต้อง ด้วยการใช้เซ็นเซอร์วัดความดันและเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลอากาศในการวัดค่าเดียวกันไปพร้อมๆ กัน สามารถสร้างระบบที่เกือบจะเข้าใจผิดได้ เนื่องจากโหมดความล้มเหลวส่วนใหญ่ในเซ็นเซอร์ความดันจะส่งผลต่อออฟเซ็ต ในขณะที่โหมดส่วนใหญ่ในเซ็นเซอร์การไหลจะส่งผลต่อความชัน จึงไม่น่าเป็นไปได้ที่อุปกรณ์ทั้งสองนี้จะล้มเหลวพร้อมกันในลักษณะเดียวกัน

ความชันของเซ็นเซอร์ความดันจะมีเสถียรภาพมากกว่าเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลอากาศ และมีโอกาสน้อยที่จะได้รับผลกระทบจากการปนเปื้อน

เทคโนโลยีการสอบเทียบอัตโนมัติแบบจุดศูนย์

การปรับค่าศูนย์อัตโนมัติเป็นเทคโนโลยีการสอบเทียบเซ็นเซอร์ความดันโดยยึดตามเอาต์พุตการสุ่มตัวอย่างภายใต้เงื่อนไขอ้างอิงที่ทราบ ซึ่งช่วยให้แก้ไขข้อผิดพลาดเอาต์พุตภายนอกเพิ่มเติมได้ รวมถึงข้อผิดพลาดออฟเซ็ต ค่าออฟเซ็ตที่เกิดจากผลกระทบด้านความร้อน (การเปลี่ยนแปลงออฟเซ็ต) และค่าออฟเซ็ตดริฟท์ หากเทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในการใช้งานได้ ก็จะเป็นวิธีง่ายๆ ที่จะได้รับประโยชน์จากเซ็นเซอร์ความดัน ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงปัญหาของเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวล

การใช้พลังงาน

เครื่องทำความร้อนในเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลต้องใช้ไฟฟ้าเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง และต้องใช้เวลาสั้นๆ ในการอุ่นเครื่องและรักษาเสถียรภาพ ในทางตรงกันข้าม สะพานวีทสโตนต้านทานแบบธรรมดาในเซ็นเซอร์ความดันส่วนใหญ่จะกินกระแสไฟน้อยกว่ามากและสามารถเสถียรได้อย่างรวดเร็ว เซ็นเซอร์วัดการไหลทั่วไปอาจต้องการกระแสไฟ 10 mA ถึง 15 mA ในขณะที่เซ็นเซอร์ความดันประสิทธิภาพเท่ากันต้องการเพียง 2 mA โดยปกติเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ความดันจะยังคงมีเสถียรภาพภายในช่วง 2 มิลลิวินาทีหรือน้อยกว่า ในขณะที่เซ็นเซอร์วัดการไหลอาจต้องใช้เวลา 35 มิลลิวินาที สิ่งนี้จะลดประสิทธิผลของกลยุทธ์การหมุนเวียนแหล่งจ่ายไฟที่นำมาใช้เพื่อการอนุรักษ์พลังงานลงอย่างมาก

เซ็นเซอร์ความดันมักนิยมในการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำ

การตอบสนองความถี่

องค์ประกอบการตรวจจับของเซ็นเซอร์ความดันคือไดอะแฟรมเชิงกล มักจะมีความถี่สูงกว่า 10 kHz ในการใช้งานจริง การตอบสนองของเซ็นเซอร์มักจะถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 1 kHz ที่มาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในทางตรงกันข้าม เซ็นเซอร์กระแสลมจะตอบสนองช้ากว่าต่อกระแสลมที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว และมีแนวโน้มที่จะเฉลี่ยการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็ว โดยจะนึกถึงความแตกต่างในช่วงเวลาอุ่นเครื่อง การหาปริมาณการตอบสนองความถี่ของเซ็นเซอร์วัดการไหลของมวลอย่างแม่นยำทำได้ยากขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ อาจต่ำกว่า 100 เฮิรตซ์ ความแตกต่างนี้อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานในแอปพลิเคชัน