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[基础知识] TGS2610可燃冷媒泄露检测,确保可燃冷媒在空调上的安全应用

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发表于 2022-5-18 14:08 |只看该作者 |倒序浏览
随着经济发展和人们生活水平的提高,空调的安装使用越来越普及,冷媒的使用量也越来越大。传统的R22冷媒会破环臭氧层,因此空调越来越多的空调系统使用R32和R290等环保冷媒。然而R290冷媒具有易燃易爆的特点,当空气中的冷媒成分达到一定浓度,遇到明火则有燃烧爆炸的危险。这一特点已经成为其在空调制冷系统上的推广的阻碍。
4 b" o) [% m# m' f
6 P% W$ t, n3 z2 W. L下面工采网小编为大家介绍一种基于TGS2610传感器的空调冷媒泄露检测方法,可以快速实现可燃冷媒泄露检测,确保可燃冷媒在空调上的安全应用。
+ k2 [# D+ H: |7 U( I+ d* _2 O, b* [. O2 n  o. d* B3 M6 o
1、爆炸极限& v% w, e6 I. m+ o# X: x$ g

8 Y! ~) ^7 G& y) `; l可燃气体与空气混合达到一定浓度范围的时候,遇到明火则会产生爆炸。这个能产生爆炸的浓度范围定义为爆炸极限,其中最低的爆炸浓度称为爆炸下限LEL,最高的爆炸浓度称为爆炸上限UEL。
# V0 e5 o% n, j9 Q
2 D- J+ q8 b2 z* X+ p2、报警设定值+ @- Y0 G" N, r% g: F  b, D0 U

! i0 x/ H2 S3 ^! K为了确保空气中混合的可燃气体不会产生爆炸的危险,可燃气体检测装置需要在可燃气体浓度达到爆炸下限LEL之前就提前报警。根据国家标准规定:可燃气体的一级报警设定值小于或等于25%爆炸下限;二级报警设定值小于或等于50%爆炸下限。1 n3 ]+ k6 A# W7 q

% s* ]6 [9 [# [" r, ~+ O6 Y& s. }# c实际应用时,考虑到传感器检测偏差和实际安装环境影响,通常报警设定值设置得更低,通常为5%~10%LEL。# z' x3 ]0 e5 a. a

# \! J; ^" y5 i8 {3、半导体气体传感器6 s! W- F: K' J

# {5 K% B7 Y+ _  K: F" R$ |# [气体种类繁多,因此用于检测各种气体的传感器也各不一样,常用的技术有:电化学、催化燃烧、红外和半导体等。
5 Z* Z" C& e, T, n# r) I6 `. r
) ^  @2 Y5 d  {其中半导体气体传感器是一种用金属氧化物制成的阻抗器件,其电阻随着气体含量不同而变化,通过检测该阻值变化即可检测出空气中的敏感气体浓度。
# r7 w& R& ^  W/ Q( u9 s6 T* U7 I# B" N9 k# u' O
半导体式气体传感器在其问世以来,已经成为当前应用最普遍、最有利用价值的一种传感器。
. i: X  U$ S6 o1 K7 N/ S4 a9 s7 C, C
2 L4 g1 k: h- L' K# ^1 A& S4.TGS2610传感器/ \" n) U4 y$ m
6 _' R: y$ }; }- \3 o+ d2 M
TGS2610是一种半导体式气体传感器,该传感器对丙烷即R290,具有很高的灵敏度,可以快速、准确地检测出空气中的丙烷成分。因此该传感器可以用于检测空调系统中可燃冷媒的泄露情况。
0 E; _; g: M6 e- t( |3 a
6 I2 K/ ?7 _" Y2 K该传感器采用标准的T0-5金属封装,不但体积小、应用电路简单,而且高性能、寿命长,同时也提供酒精过滤型号,可以过滤家用环境酒精等干扰气体的影响,尤其适用于对成本和体积要求特别高的家用空调产品。
5 v: _( E% \4 k, b: l# Y% r
& S1 n# s7 T0 x; w. K+ g- [$ p' ]4 E一、硬件设计
% e5 [- r% g+ _3 G! _2 K
9 m( X: [; t; J5 d' u, [& b由于半导体式传感器的生产工艺原因,每个生产出来的传感器的电阻Rs并不是一个固定值。因此气体传感器应用时,需要对每个传感器进行校准。本文针对两种不同的校准方式,描述气体传感器的硬件电路设计。
/ E' E' _( x& g/ M% I) v* n( o5 `+ A: q8 v$ l9 ~0 ~0 V
1.可调电阻校准
2 I; R( e: E% V9 S: o8 f- z
0 w; E2 q5 q9 `QQ图片20220517095545
8 x( t7 O, k1 j  K
8 J4 I% |$ b) h8 Z原理图如上图所示,其工作分析如下:
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(1)、电阻R1和R2分压提供报警点基准电压VREF,通常这个电压值为2.5,因此R1和R2选择阻值相同的电阻,即R1=R2;; O& j0 {2 y0 ~/ R' j4 ?/ g/ y1 P
2 C: X6 p4 D0 N& B" u" ]: Q
(2)、传感器1脚连接到+5V,2脚通过可调电阻RL连接到地,这样可以分压得到传感器采样电压VRL;
0 Y  O$ N6 ^  y0 j% `" s4 r
! r1 T$ l* g# c" f4 S" Y. M(3)、在正常情况下,传感器的电阻RS远远大于分压电阻RL,因此VRL小于VREF,比较器输出高电平;当检测到可燃冷媒后,RS阻值急剧下降,VRL上升,当可燃冷媒达到一定浓度之后VRL大于VREF,比较器输出低电平,即认为冷媒泄露已经达到报警点;
) n. l. t- k) q3 ?! {, e4 b, j& m. Z5 I, Q: u4 n. y% M
(4)、传感器生产时,我们需要对该电路的RL进行校准:将传感器放入装有混合气体的测试箱子,该混合气体的浓度为我们需要的报警点浓度,比如5%LEL,然后调节可调电阻阻值,当VRL的电压为2.5V时,即认为校准完成。8 Q* O0 z# V) A+ D5 \  D  Y/ w

! l7 ^( D# m. o  y9 U( K) b2、根据传感器预分类进行校准
& |- v) C0 R% r5 O3 B; H( B, N* u% |$ P+ N6 ~9 k/ P7 I
通过可调电阻的方式,我们可以在生产过程中对传感器进行校准,但是该校准方式较为麻烦,生产过程中也需要用到可燃冷媒,对生产安全会带来一定隐患。为了解决这个问题,我们可以采用一种更加简易的方法。9 e& r' N- T5 Q, M  D2 N

# H: n3 l0 S. V* H1 T在传感器生产出厂时,工厂对生产出来的所有传感器进行预分类,根据RS阻值的大小不同,平均划分为24个档,并且在每个传感器本体上丝印对应的标号,我们在实际应用过程中只要根据不同的标号来选择对应的分压电阻RL即可。
- A% c' W$ b9 k4 T% t* y) Q& J0 W9 C% k# ]4 E4 v5 h
例如我们将报警点设置为5%LEL,对应RL电阻如下:; L# m3 E. a; h( l, V* z8 i, o( n

/ V( k, l3 O" u, w3 QQQ图片20220517095758
  Z# C3 F0 q$ \7 E0 p3 h% H$ L0 @: i$ x
通过这种方法,只要正确使用传感器的ID编码,其校正过程将会极大得以简化,避免了很长的预处理时间和校正气体的各种复杂操作。
4 C6 s$ \' @7 T8 h* a% @2 F  A
+ U7 O9 X: \3 K  {% N3 N二、软件设计
% f  p+ h0 ?: t3 @& @, [% Q' R+ G; m7 U+ r
通过这种方法,只要正确使用传感器的ID编码,其校正过程将会极大得以简化,避免了很长的预处理时间和校正气体的各种复杂操作。" C9 E* c9 {( ~. \
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TGS2610传感器检测流程如下:6 y2 K1 s1 V) S, B6 c: v" W

9 D$ |9 v3 p; Y& a' Q: S: ]% |% xQQ图片20220517100013
3 B  I- Q" _# e- P5 b
2 j8 l4 e/ S4 L/ x7 R冷媒泄露检测软件流程图7 B8 Z6 F7 E% `3 Q

5 c9 B, W; f' w由于给传感器通电加热的前几秒时间里,传感器的电阻RS不管有没有冷媒泄露都会突然下降,之后才会恢复到一个稳定的水平,在这段时间比较器会输出DO报警信号。因此MCU进入检测流程之后需要增加一个延时时间,以避免误报警,推荐时长为2.5分钟。3 H; O! y# q: p5 ^+ [
0 W+ }# d1 [, O; r6 c0 X3 b) ?  o
延时时间过后,即进入DO报警信号检测,当检测到比较器输出的低电平时,则认为冷媒泄露达到报警点,立即停止空调运行,并执行冷媒回收动作把冷媒回收到室外机,确保室内冷媒浓度不会达到爆炸点。
! D+ J8 W, n5 [7 p# i4 w7 K
/ j$ Z; E9 S" z3 D* K& @# I) i五、结语" J- c7 i; S% |3 H# u0 U8 C' ?
通过TGS2610气体传感器的应用,我们可以及时、准确的检测出冷媒泄露的情况并且冷媒回收,确保可燃冷媒应用安全。而且该方法具有电路简单、生产便利、稳定可靠等特点,可以在使用可燃冷媒的空调系统上推广使用。
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