用于空调制冷剂(冷媒)泄露检测的气体传感器种类

2024-01-22 行业资讯丨美思编辑部

   在美国,为了支持《蒙特利尔议定书》基加利修正案和《巴黎气候协定》,各州形成了联盟来应对全球变暖这一问题。其最重要的目标就是控制温室气体的排放,例如目前常用的的氢氟碳(hydrofluorocarbon, HFC)制冷剂。 

按照目前的政策和措施,在2024年到2025年期间,欧美发达国家将停止使用全球变暖潜势(Global Warming Potential, GWP)大于750的制冷剂。此外,根据《中国履行蒙特利尔议定书国家方案》,中国针对HFCs的管控也在提上日程。

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因此,为了响应政府的这些规定,制造商正在开发并使用低GWP制冷剂替代品的系统。

采用传统HVAC/R制冷剂的替代品所面临的挑战是,这些低GWP制冷剂通常比指定为ASHRAE A1的制冷剂表现出更易燃的特性。虽然与传统的A1制冷剂相比,A2L的可燃性略高,但与R290(丙烷)等A3碳氢化合物制冷剂相比,A2L更不易燃。

就目前来说,对于许多使用R-410A的现有空调产品,最有希望的低GWP替代品包括为ASHRAE A2L分类中的R-32、R-290和R-454B等。

欧盟使用IEC 60335-2-40标准规定了使用低GWP制冷剂的暖通空调设备的设计、评估、测试和认证,在美国对应的是UL 60335-2-40,而在中国对应的是GB 4706.32。与这些标准相关的风险之一是制冷剂的泄露。

因此,在标准中提出了使用制冷剂泄露检测系统,并规定了其使用规范和测试规范。尤其是在UL 60335-2-89中,明确规定了当制冷剂充填量大于一定值后,室内或舱内必须安装制冷剂泄露检测装置。

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制冷剂泄露检测系统的核心器件是冷媒泄露监测传感器,目前针对A2L制冷剂泄露监测的传感技术主要包括非分散红外(Non-dispersive Inrared, NDIR)、金属氧化物半导体技术(Metal Oxide Semiconductor, MOS, 可归类于化学敏感阻抗 Chemiresistive原理)和热导率(Thermal Conductivity, TC) :

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MOS半导体传感器通过加热与气体反应的材料来提高灵敏度,气体与半导体的氧化还原反应所带来的电阻值变化,通过阻值变化的大小确认气体的浓度高低。

但其缺点也很明显,首先,MOS传感器的长期稳定性较差,随着时间推移容易失去准确度。其次就是MOS传感器的选择性较差,容易受到其他易挥发有机物(例如酒精)的影响。最后,如果空气湿度发生变化, 半导体式传感器的检测结果也会受到影响,所以半导体式传感器的测量精度方面是有待考量的。

而最大的问题是,当暴露于高浓度制冷剂和其他气体环境时,MOS传感器性能会退化甚至永久失效。这实际上意味着MOS传感器是“一次性使用的”,一次制冷剂泄漏事件后可能需耗费人力物力去更换传感器。

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采用热导率技术的气体传感器同样具备成本低的优点。热交换原理起先用于流量检测,是一项成熟的检测技术。然而,针对气体检测,这项技术却并不成熟,目前市面上基本找不到已批量使用的案例,因此,“第一个吃螃蟹”并不是最好的选择。

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NDIR传感器内置光源,光源发射一定的光,传递到光敏元件。进入传感器内部的可燃气体受到光线照射。可燃气体具有吸收特定波长光线的特性,光敏元件可以检测出因被吸收而衰减的光线。根据光线的衰减程度计算出可燃气体的浓度。

NDIR 型传感器的气体选择性高,不会对可燃气体之外的气体作出反应,检测精度高,稳定性好,寿命长。基于以上特性,近年来使用 NDIR 方式的空调厂商逐渐增加。


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美思先端研制的MGS11系列冷媒传感器采用NDIR非分红外吸收原理,结合高精度采样电路,内置温度补偿和自校准功能,可以对环境中冷媒气体浓度进行实时在线监测,保证用户生命财产安全,可广泛应用于商用空调、中央空调、制冷机组等制冷剂泄露检测。

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