Soms is het niet belangrijk om de totale druk van een vloeistof (of) een gas te identificeren, maar als alternatief moet eenvoudigweg de variatie tussen twee punten binnen het waargenomen systeem worden geïdentificeerd. In dergelijke omstandigheden wordt daarom een verschildruksensor gebruikt. Deze sensor zorgt voor een vergelijkende meting tussen twee punten voor en na een klep in een pijpleiding. Als de klep volledig open is, moet de druk aan beide zijden vergelijkbaar zijn. Als er een variatie in de druk is, kan het zijn dat de klep niet open is (of) dat er een obstructie is. In dit artikel wordt kort uitgelegd wat de verschildruksensor , hun werking en hun toepassingen.
Wat is een verschildruksensor?
Een verschildruksensor is een type sensor dat wordt gebruikt om de variatie binnen de druk op twee punten te meten en een relatieve meting tussen deze twee punten mogelijk te maken. Deze druk sensoren staan bekend om hun betrouwbaarheid en kwaliteit. De functie van de verschildruksensor is het leveren van gegevens over de onderlinge verbinding van twee drukbereiken binnen gassen, vloeistoffen en stoom. Deze worden gebruikt om de drukvariatie veilig en betrouwbaar te bepalen. Deze sensor heeft talloze toepassingen in verschillende industrieën, waaronder controle en optimalisatie. Deze zijn ook terug te vinden in veiligheidskritische systemen, filtermonitoring en niveaumeting in gesloten containers.
Deze sensoren zijn voornamelijk ontworpen met capacitieve detectie technologie. Deze sensor heeft dunne diafragma's, gerangschikt tussen twee parallelle metalen platen. Telkens wanneer er kracht van buitenaf wordt uitgeoefend, zal het diafragma een beetje buigen, waardoor een verandering in de capaciteit en dus een verandering in de o/p van de sensor ontstaat.
Differentiële druksensor werkt
De drukverschilsensor werkt door het drukverlies tussen twee punten in een leiding te meten. Op een bepaald punt in de leiding rapporteert het systeem de laadtoestand van het roetfilter en controleert het de werking ervan, terwijl het op een ander punt de recirculatie van het uitlaatgas onder lage druk regelt. Over het algemeen worden deze sensoren geleverd met twee poorten waarop leidingen kunnen worden aangesloten. Daarna worden de leidingen eenvoudig op de plek waar de meting moet worden aangesloten, aan het systeem gekoppeld.
Differentiële druksensorcircuit
Het drukverschilsensorcircuit gebruikt twee rekstrookjes wordt hieronder weergegeven. Dit circuit maakt gebruik van een paar op elkaar afgestemde rekstrookjes. Telkens wanneer het drukverschil wordt vergroot, wordt het ene rekstrookje samengedrukt, terwijl het andere rekstrookje wordt uitgerekt. In het volgende circuit registreert een voltmeter de onbalans van het brugcircuit en wordt dit weergegeven als een drukmeting:
Door dit circuit te gebruiken, kunnen we het volgende bepalen:
Herken welke poort in het circuit de “hoge” drukpoort is.
Poort “B” in het circuit is de “hoge”drukpoort.
Als de vaste weerstand R1 niet opengaat, kijk dan wat de voltmeter registreert.
Als de vaste weerstand ‘R1’ niet opengaat, schakelt de voltmeter in het circuit volledig op.
Identificeer een foutcomponent die de voltmeter volledig opwaardeert.
Een foutcomponent die de voltmeter volledig opwaardeert, volgt als volgt;
Rekstrookje1 faalt, deze wordt kortgesloten.
Rekstrookje 2 valt uit en gaat open.
Wanneer ‘R1’ faalt, gaat deze open.
Wanneer ‘R2’ uitvalt, wordt deze kortgesloten.
MPX7002DP Differentiële druksensor, interface met een Arduino Uno
De MPX7002DP verschildruksensor-interface met behulp van een Arduino Uno wordt hieronder weergegeven. Deze interface helpt bij het ontwerpen van een open-source medisch apparaat. Dit medische apparaat wordt door zowel artsen als medische professionals gebruikt om verschillende ademhalingsaandoeningen te behandelen. Hier wordt een breakout-bord voor de drukverschilsensor gebruikt dat gebruikmaakt van de drukverschilsensor MPX7002DP.
De benodigde componenten om deze interface te maken omvatten voornamelijk; een MPX7002DP drukverschilsensor en een Arduino Uno-bord. De verbindingen van deze interface volgen als;
De GND van de MPX7002DP drukverschilsensor is verbonden met de GND-pin van het Arduino Uno-bord.
De +5V pin van de sensor is verbonden met de +5V van de Arduino.
De analoge pin van de sensor is verbonden met de A0-pin van de Arduino.
Zodra alle verbindingen zijn gemaakt, uploadt u de code naar het Arduino-bord die de druksensor in de Arduino leest.
// MPX7002DP-testcode
// Deze code oefent de MPX7002DP uit
// Druksensor aangesloten op A0
int sensorPin = A0; // selecteer de invoerpin voor de druksensor
int sensorwaarde = 0; // variabele om de onbewerkte gegevenswaarde op te slaan die afkomstig is van de sensor
zwevende uitvoerwaarde = 0; // variabele om de geconverteerde kPa-waarde op te slaan
ongeldige setup() {
//Start de seriële poort op 9600 bps en wacht tot de poort opengaat:
Serieel.begin(9600);
terwijl (! Serieel) {
; // wacht tot de seriële poort verbinding maakt. Alleen nodig voor native USB-poort
}
pinMode(sensorPin, INPUT); // Druksensor staat op analoge pin 0
}
lege lus() {
// lees de waarde van de sensor:
sensorWaarde = analogRead(sensorPin);
// wijs de onbewerkte gegevens toe aan kPa
outputValue = map(sensorWaarde, 0, 1023, -2000, 2000);
// print de resultaten naar de seriële monitor:
Serieel.print(“sensor = ”);
Serieel.print(sensorwaarde);
Serieel.print(“\toutput = “);
Serieel.println(uitvoerwaarde);
// wacht 100 milliseconden vóór de volgende lus
// voor de analoog-naar-digitaal-omzetter en
// druksensor om zich te vestigen na de laatste meting:
vertraging(100);
}
De uitgang van de verschildruksensor is verbonden met de analoge pin A0. De daadwerkelijke gegevens worden dus opgeslagen als een geheel getal binnen een sensorPin-variabele.
De onbewerkte geconverteerde analoge gegevens worden opgeslagen in een geheel getalvariabele die bekend staat als sensorValue.
De uitvoergegevens die in kPa zijn gewijzigd, worden opgeslagen in een float-variabele die bekend staat als outputData.
De seriële communicatie in de setup-functie wordt geïnitialiseerd en de sensorPin-variabele kan als invoer worden opgegeven.
De sensorgegevens in de lusfunctie worden gelezen vanaf de analoge pin en toegewezen aan een kPa-waarde.
Daarna worden de gegevens naar de seriële terminal gestuurd, waarna ze kunnen worden bekeken.
Om het systeem te laten oplossen, wordt een vertraging van honderd milliseconden geïntroduceerd
Daarna herhaalt de hele procedure zich voor altijd!
Differentiële druksensortypen
De typen drukverschilsensoren die vaak worden gebruikt zijn; resistief, piëzo-elektrisch, capacitief, MEMS en optisch.
Resistief type
Een resistieve drukverschilsensor gebruikt de verandering binnen de elektrische weerstand van een rekstrookje om drukvariaties te meten. Het is verbonden met het membraan dat niet is blootgesteld aan het drukmedium. De spanningsmeter bevat een metalen weerstandselement op een flexibele achterkant en is verbonden met het diafragma, (of) rechtstreeks afgezet met dunne-filmprocessen. Het metalen membraan zorgt voor een hoge overdruk en barstdruk.
A spanningsmeter wordt op een keramisch diafragma afgezet met behulp van een dikkefilmdepositieprocedure. In vergelijking met apparaten met een metalen membraan zijn de barstdruk- en overdruktolerantie normaal gesproken veel lager. Deze sensoren profiteren van de verandering in de soortelijke weerstand van halfgeleidermaterialen wanneer ze worden blootgesteld aan spanning als gevolg van diafragma-afbuiging. De omvang van de verandering zal honderd keer beter zijn in vergelijking met de weerstandsverandering die wordt gegenereerd in een metalen rekstrookje. Deze sensoren meten dus kleinere drukveranderingen dan keramische of metalen sensoren.
Piëzo-elektrisch type
Dit type verschildruksensor maakt gebruik van de piëzo-elektrische materiaaleigenschap om een lading over het oppervlak te produceren wanneer er druk wordt uitgeoefend. Hier zijn de uitgeoefende kracht en de ladingsgrootte evenredig aan elkaar en geeft de polariteit het pad weer. De lading bouwt zich op en verdwijnt snel wanneer de druk verandert, dankzij snel veranderende dynamische drukmetingen.
Optisch type
Dit type verschildruksensor maakt gebruik van interferometrie voor het meten van drukgeïnduceerde veranderingen binnen optische vezels die ononderbroken zijn door elektromagnetische interferentie. Het wordt gebruikt in luidruchtige omgevingen (of) in de buurt van bronnen zoals radiografieapparatuur. Deze kunnen worden gevormd met kleine componenten (of) MEMS-technologie die medisch veilig is voor plaatselijk gebruik. Het meet de druk op verschillende punten langs de optische vezel.
MEMS-technologie
De voorwaarde MEMS in MEMS-sensor staat voor 'Micro-Elektro-Mechanisch Systeem' dat een capacitief of piëzo-drukdetectiemechanisme heeft dat is vervaardigd op silicium met een resolutie op micronniveau. De elektrische output van MEMS met een kleine omvang kan worden omgezet in een analoog (of) digitaal signaal door co-verpakte signaalconditioneringselektronica. Dit zijn kleine apparaten voor opbouwmontage, doorgaans slechts ongeveer 2 tot 3 mm aan elke kant.
Raadpleeg deze link voor stappen om dit te doen de vervaardiging van MEMS .
Hoe de differentiële druksensor testen?
De verschildruksensor kan worden getest met een multimeter door deze in te stellen op 20V en een manometer. Hieronder wordt het stapsgewijze testproces besproken.
- Sluit eerst de multimeter GND aan op de negatieve pool van de batterij en voer een snelle plausibiliteit uit door de batterijspanning te verifiëren. Deze moet ongeveer 12,6 V zijn door de accu AAN te zetten en de motor UIT te zetten.
- Raadpleeg de servicehandleiding van de fabrikant om het signaal, GND, 5V-referentie en back-probeer de draden te herkennen.
- Zet de contactschakelaar aan zonder de motor te starten. De multimeter moet dus een spanning in het bereik van 4,5 tot 5V weergeven, voornamelijk voor de 5V-referentie, een stabiele 0V voor de GND-draad. Voor de signaaldraad varieert deze van 0,5 tot 4,5 volt.
- Zet de motor AAN via de back-sonde van de signaaldraad.
- Draai de motor achteruit en kijk of er een verandering in de spanningswaarde optreedt. Als er geen verandering is, controleer dan de aansluitslangen via een manometer.
- Haal de slangen van de druksensor los als de motor nog draait.
- Bereken met behulp van een manometer de druk van beide slangen. Gebruik voor voldoende nauwkeurigheid een uitlaattegendrukmeter om 0 tot 15 PSI te meten.
- Controleer opnieuw de signaalspanning en de spanning moet een getal zijn tussen de slangdrukwaarden.
Als uw spanning sterk verandert of de drukwaarden niet gelijk zijn aan de spanningswaarde, dan is de verschildruksensor defect en moet deze worden vervangen.
Symptomen
De slechte symptomen van drukverschilsensoren zijn onder meer vervuiling, beschadigde elektronica door ernstige motorwarmte, en verstopte en trillingsletsels door langdurige ervaring in het motorgedeelte.
- Het meest voorkomende probleem bij dit type sensor is schade aan het diafragma. Dit zorgt er dus voor dat de verschildruksensor vervormd raakt (of) het vermogen verliest om te buigen en te reageren op veranderingen in de druk.
- Nog een probleem is schade aan het poortgebied van de sensor als gevolg van vuilophoping of vuil in de buis, waardoor de juiste vloeistofstroom naar de sensor wordt beperkt.
- Telkens wanneer de verschildruksensor stopt met het signaleren van de PCM om opnieuw op te starten, wordt deze sensor geblokkeerd door verontreinigende stoffen.
- Enkele tekenen die aangeven dat de sensor niet correct regenereert vanwege een defecte sensor, een laag brandstofverbruik, slechte motorprestaties, hoge motortemperaturen, een toename van zwarte rook uit de uitlaat, maximale transmissietemperaturen, enz.
- Wanneer de sensor defect raakt, kunnen de uitlaatgassen niet volledig worden afgevoerd wanneer de tegendruk de uitlaatgassen terug in de verbrandingskamer duwt, waardoor de sensor zich door de motorolie mengt.
- De belangrijkste symptomen van defecten aan de verschildruksensor zijn onder meer; misfire/detonatie, gebrek aan motorvermogen, controleer of het motorlampje brandt, extreem brandstofverbruik en de motor start slecht.
- Bij het oplossen van problemen met motorsensoren wordt aanbevolen eerst te zoeken naar tekenen van zichtbare schade. Controleer alle aansluitingen, te beginnen met de elektrische connector van de sensor, en zoek naar eventuele schade zoals barsten of smelten. Eventuele beschadigde draden moeten worden vervangen.
- Inspecteer vervolgens de slangen die op de sensor zijn aangesloten. Let opnieuw op eventuele schade, zoals barsten of smelten.
- Als de slangen beschadigd zijn, moeten ze worden vervangen en hoogstwaarschijnlijk omgeleid, zodat ze niet opnieuw op dezelfde manier worden beschadigd. Als de slangen in goede fysieke staat lijken te zijn, controleer dan op eventuele verstoppingen of verstoppingen. Als deze verstopt zijn, moeten de slangen worden schoongemaakt of vervangen.
Gebruik/toepassingen
De toepassingen van verschildruksensoren worden hieronder besproken.
- De verschildruksensoren worden op medisch gebied gebruikt voor de behandeling van diepe veneuze trombose.
- Deze worden ook gebruikt in infuuspompen, ademhalingstoestellen en ademhalingsdetectieapparatuur.
- Deze sensoren zijn op tal van locaties te vinden voor stromingsdetectie, niveau- of dieptedetectie en lektesten.
- Drukverschilsensoren worden vaak aangetroffen in industriële omgevingen waar een variatie in de druk kan worden gebruikt om de stroming van vloeistoffen of gassen te bepalen.
- Deze worden gebruikt in afvalwaterzuiveringsinstallaties, onderzeese olie- en gasverwerking en verwarmingssystemen op afstand die gebruik maken van verwarmd water (of) stoom.
- Over het algemeen worden deze gebruikt voor het bewaken en regelen van drukverschillen van water, gassen en olie.
- Deze zijn ook terug te vinden bij niveaumeting in gesloten containers, filtermonitoring en veiligheidskritische systemen.
- Deze sensoren worden in tal van toepassingen binnen datacenters gebruikt.
- Deze zijn zeer nuttig bij het meten van de stroming door venturibuizen, pitotbuizen, openingsplaten en andere op stroming gebaseerde toepassingen.
- De verschildruksensor wordt gebruikt om de processtroom te bewaken, veilige niveaus in vloeistoftanks te meten en regelcircuits te beheren.
- Deze worden gebruikt in cleanrooms, HVAC & gebouwautomatisering, ziekenhuizen, isolatiekamers, laboratoria, de farmaceutische industrie, etc.
- De uiterst nauwkeurige apparaten gebruiken deze sensoren voor alle niet-agressieve en niet-brandbare gassen.
- Deze kunnen worden gebruikt voor het monitoren van filters binnen verschillende toepassingen
- Drukverschilsensoren zijn te vinden in brandbeveiligingssystemen in hun sprinklerinstallatie.
- Deze zijn zeer nuttig wanneer ook de hoeveelheid vloeistof in een gesloten vat moet worden gemeten.
Dit is dus een overzicht van een verschil druksensor, het werkt en de toepassingen ervan. Deze sensor is een essentieel onderdeel in verschillende toepassingen in verschillende industrieën. Deze sensor kan drukvariaties met hoge nauwkeurigheid meten, wat een veilig en efficiënt proces van veel systemen mogelijk maakt.
Meetapparatuur wordt eenvoudigweg blootgesteld aan een breed scala aan thermische, chemische of mechanische spanningen, zodat de gemeten waarden in de loop van de tijd variëren en aan nauwkeurigheid verliezen. Hysteresis of nulpuntverschuivingen kunnen bijvoorbeeld leiden tot veiligheidsrisico's en een vermindering van de procesefficiëntie. Regelmatige kalibratie kan dergelijke veranderingen dus niet vermijden, ook al worden ze binnen de tijd gedetecteerd. Daarom wordt voorgesteld om jaarlijks een kalibratie uit te voeren op elektrische en mechanische drukmeetapparatuur. Hier is een vraag voor u: wat is een druksensor?
