تجزیه و تحلیل فنی سیستم های چند سنسوری برای نظارت و کنترل دینامیک سیالات

مقدمه ای بر فناوری سنجش جریان و فشار

سنسورهای جریان و فشار اجزای حیاتی در اتوماسیون صنعتی، دستگاه های پزشکی و سیستم های نظارت بر محیط هستند. این حسگرها جریان های داده تکمیلی را ارائه می دهند که امکان توصیف دقیق دینامیک سیالات را در کاربردهای مختلف فراهم می کند. در حالی که سنسورهای جریان سرعت حرکت سیال را اندازه گیری می کنند، سنسورهای فشار نیروی اعمال شده توسط سیالات بر محیط اطراف خود را کمیت می کنند. ادغام این روش‌های سنجش، سیستم‌های هم‌افزایی را ایجاد می‌کند که قادر به تشخیص انسداد، بهینه‌سازی بازده انرژی، و امکان نگهداری پیش‌بینی در سیستم‌های سیال پیچیده هستند. پیشرفت های مدرن در فناوری MEMS و ترکیب داده های چند سنسوری به طور قابل توجهی دقت و قابلیت اطمینان این سیستم های اندازه گیری را افزایش داده است.

اصول عملیاتی و انواع سنسور

سنسورهای جریان بر اساس اصول فیزیکی متنوعی از جمله انتقال حرارتی (انمومتری فیلم داغ)، اندازه‌گیری فشار تفاضلی و اثر کوریولیس عمل می‌کنند. سنسورهای جریان حرارتی مانند سری PLF1000 مبتنی بر MEMS، اثرات خنک کنندگی ناشی از حرکت سیال را برای تعیین نرخ جریان با حداقل مقاومت جریان اندازه گیری می کنند. سنسورهای فشار از مکانیسم هایی مانند پیزومقاومت، حسگر خازنی یا نوری برای تبدیل کرنش مکانیکی به سیگنال های الکتریکی استفاده می کنند. سنسورهای پیزورزیستیو تغییرات مقاومت در مواد نیمه هادی را تحت فشار تشخیص می دهند، در حالی که انواع خازنی تغییرات فاصله بین الکترودها را اندازه گیری می کنند. حسگرهای فشار ریزساختار نوظهور از طریق طرح‌های نوآورانه الهام گرفته از سیستم‌های بیولوژیکی به حساسیت استثنایی (تا 39.077 kPa-1) دست می‌یابند.

سیستم های سنجش یکپارچه و برنامه های کاربردی

هماهنگی سنسورهای جریان و فشار، قابلیت‌های نظارت پیچیده‌ای را در سراسر صنایع ممکن می‌سازد. در کاربردهای پزشکی، به دست آوردن همزمان پارامترهای همودینامیک امکان تشخیص دقیق انسداد عروقی را با دقت 92.3 درصد برای انسدادهای کوچک فراهم می‌کند که به طور قابل توجهی بهتر از روش‌های تک سنسوری عمل می‌کند. سیستم‌های هیدرولیک صنعتی از «سنسورهای نرم» مبتنی بر فشار برای محاسبه نرخ‌های جریان به صورت محاسباتی استفاده می‌کنند و نیاز به فلومترهای فیزیکی را در شرایط گذرا حذف می‌کنند. پلتفرم‌های میکروسیال مانند حسگر Elveflow MFP هر دو نوع اندازه‌گیری را با حجم مرده صفر ادغام می‌کنند و امکان تجزیه و تحلیل دقیق بیوشیمی بالینی را فراهم می‌کنند. این سیستم‌های یکپارچه معمولاً از الگوریتم‌های همجوشی وزنی تطبیقی ​​برای ترکیب جریان‌های داده برای افزایش دقت اندازه‌گیری استفاده می‌کنند.

ملاحظات اجرایی فنی

اجرای موفقیت آمیز نیاز به توجه به مشخصات حسگر از جمله محدوده اندازه گیری، زمان پاسخ و سازگاری با محیط دارد. سنسورهای جریان مانند سری PLF1000 حداقل مقاومت جریان را برای کاربردهای پمپاژ کم مصرف بسیار مهم است، در حالی که سنسورهای فشار باید بر اساس سازگاری رسانه و محدوده فشار (مثلاً 0-16 بار برای کاربردهای میکروسیال) انتخاب شوند. جنبه های شرطی سازی سیگنال مانند جبران دما و پروتکل های کالیبراسیون به طور قابل توجهی بر دقت اندازه گیری تأثیر می گذارد. حسگرهای مدرن به طور فزاینده‌ای از ارتباطات IO-Link برای تبادل داده‌های دو طرفه استفاده می‌کنند که پیکربندی از راه دور و قابلیت‌های نگهداری پیش‌بینی را تسهیل می‌کند. عدم وجود قطعات متحرک در حسگرهای مبتنی بر MEMS باعث افزایش قابلیت اطمینان در رسانه های آلوده یا خورنده می شود.

روندهای نوظهور و جهت گیری های آینده

تحقیقات بر افزایش حساسیت حسگر و محدوده تشخیص از طریق مهندسی ریزساختار و طراحی های الهام گرفته شده از زیست متمرکز است. سنسورهای قالب کاغذ سنباده حساسیت فشار قابل توجهی را نشان می دهند (تشخیص 0.9 Pa) در حالی که محدوده عملیاتی گسترده ای را تا 160 کیلو پاسکال حفظ می کنند. فن‌آوری‌های زیرلایه انعطاف‌پذیر، استقرار حسگر هم‌نوع را روی سطوح منحنی برای اندازه‌گیری‌های آیرودینامیکی و هیدرودینامیکی امکان‌پذیر می‌سازد. ادغام هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل داده ها در زمان واقعی، مرز بعدی را با کاربردهای بالقوه در تولید هوشمند و سیستم های رباتیک مستقل نشان می دهد. این پیشرفت‌ها شکاف بین اندازه‌گیری‌های فیزیکی و پیاده‌سازی دیجیتالی دوقلو در چارچوب‌های صنعتی IoT را بیشتر خواهد کرد.

-Endress+Hauser Instruments

-ALLEN BRADLEY PLC

- ابزار یوکوگاوا

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر