Технический анализ мультисенсорных систем для мониторинга и управления динамикой жидкостей

Введение в технологию измерения потока и давления

Датчики потока и давления являются критически важными компонентами в системах промышленной автоматизации, медицинских устройствах и системах экологического мониторинга. Эти датчики предоставляют взаимодополняющие потоки данных, которые позволяют точно характеризовать динамику жидкостей в различных областях применения. В то время как датчики потока измеряют скорость движения жидкости, датчики давления количественно оценивают силу, оказываемую жидкостями на окружающую среду. Интеграция этих методов измерения создает синергетические системы, способные обнаруживать засоры, оптимизировать энергоэффективность и обеспечивать профилактическое обслуживание в сложных жидкостных системах. Современные достижения в технологии MEMS и слиянии данных с нескольких датчиков значительно повысили точность и надежность этих измерительных систем.

Принципы работы и варианты датчиков

Датчики потока работают на основе различных физических принципов, включая теплопередачу (анемометрия с горячей пленкой), измерение перепада давления и эффект Кориолиса. Тепловые датчики потока, такие как серия PLF1000 на основе MEMS, измеряют охлаждающие эффекты от движения жидкости для определения скорости потока с минимальным сопротивлением потоку. Датчики давления используют такие механизмы, как пьезорезистивные, емкостные или оптические датчики, для преобразования механической деформации в электрические сигналы. Пьезорезистивные датчики обнаруживают изменения сопротивления в полупроводниковых материалах под давлением, в то время как емкостные варианты измеряют изменения расстояния между электродами. Новые микроструктурированные датчики давления достигают исключительной чувствительности (до 39,077 кПа⁻¹) благодаря инновационным конструкциям, вдохновленным биологическими системами.

Интегрированные сенсорные системы и приложения

Координация датчиков потока и давления обеспечивает сложные возможности мониторинга в различных отраслях промышленности. В медицинских приложениях одновременное получение гемодинамических параметров позволяет точно обнаруживать сосудистые окклюзии с точностью 92,3% для небольших закупорок, что значительно превосходит подходы с использованием одного датчика. Промышленные гидравлические системы используют основанные на давлении «мягкие датчики» для вычисления скорости потока, исключая необходимость использования физических расходомеров в переходных условиях. Микрофлюидные платформы, такие как датчик Elveflow MFP, объединяют оба типа измерений с нулевым мертвым объемом, обеспечивая точный клинический биохимический анализ. Эти интегрированные системы обычно используют адаптивные алгоритмы взвешенного слияния для объединения потоков данных для повышения точности измерений.

Соображения технической реализации

Успешная реализация требует внимания к спецификациям датчиков, включая диапазон измерений, время отклика и совместимость с окружающей средой. Датчики потока, такие как серия PLF1000, обеспечивают минимальное сопротивление потоку, что имеет решающее значение для маломощных насосных приложений, в то время как датчики давления должны выбираться в зависимости от совместимости со средой и диапазонов давления (например, 0-16 бар для микрофлюидных приложений). Аспекты обработки сигнала, такие как температурная компенсация и протоколы калибровки, существенно влияют на точность измерений. Современные датчики все чаще включают связь IO-Link для двунаправленного обмена данными, облегчая удаленную настройку и возможности профилактического обслуживания. Отсутствие движущихся частей в датчиках на основе MEMS повышает надежность в загрязненных или коррозионных средах.

Новые тенденции и будущие направления

Исследования сосредоточены на повышении чувствительности датчиков и диапазонов обнаружения за счет микроструктурной инженерии и конструкций, вдохновленных биологией. Датчики с шаблоном из наждачной бумаги демонстрируют замечательную чувствительность к давлению (обнаружение 0,9 Па) при сохранении широких рабочих диапазонов до 160 кПа. Технологии гибких подложек позволяют использовать конформное развертывание датчиков на изогнутых поверхностях для аэродинамических и гидродинамических измерений. Интеграция искусственного интеллекта для анализа данных в реальном времени представляет собой следующий рубеж, с потенциальными приложениями в интеллектуальном производстве и автономных роботизированных системах. Эти достижения еще больше сократят разрыв между физическими измерениями и реализациями цифровых двойников в рамках промышленных IoT.

-Endress+Hauser Instruments    

-ALLEN BRADLEY PLC

-YOKOGAWA Instruments

-MTL

-P+F

-Больше продуктов