سنسورهای فشار میکرو، کم و متوسط: نحوه انتخاب محدوده مناسب MEMS

به مهندسي كه حلقه جريان هواي هواكش را پيكربندي مي‌كند، گفته مي‌شود كه «سنسور كم فشاري را انتخاب كند». در سایت توزیع‌کننده، همان جستجو تراشه‌های میکروفشار، ماژول‌های فشار پایین و مبدل‌های فشار متوسط ​​را برمی‌گرداند. این سه خانواده در بسته‌های SMD تقریباً یکسان به نظر می‌رسند، با این حال عنصر حسگر داخل هر یک برای واقعیت مکانیکی متفاوتی ساخته شده است. زمانی که اختلاف فشار واقعا کم است، میکرو را انتخاب کنید. برای خوانش جریان هوای عمومی و محدوده بارومتری کم را انتخاب کنید. رسانه ای را برای سیستم های سوخت و قدرت سیال انتخاب کنید. این اولین تصمیم محدودیت های فیزیکی را تعریف می کند که هیچ کالیبراسیون نرم افزاری نمی تواند بر آنها غلبه کند.

این راهنما توضیح می‌دهد که چگونه سه دسته‌بندی محدوده فشار در برگه داده حسگر MEMS تعریف می‌شوند، چرا تفاوت‌ها از نظر دقت و قابلیت اطمینان اهمیت دارند و چگونه یک برنامه کاربردی را به خانواده سنسور مناسب نگاشت کنید.

دسته بندی های محدوده فشار چگونه تعریف می شوند

هیچ استاندارد جهانی واحدی مرز بین فشار میکرو، کم و متوسط را تعیین نمی کند. این تقسیم بندی به جای قانونی عملی است و از یک تولید کننده به سازنده دیگر تغییر می کند. جدول زیر یک خرابی را نشان می دهد که معمولاً در انتخاب سنسور فشار MEMS استفاده می شود.

سنسورهای میکرو فشار، اختلاف فشار بسیار کمی را کنترل می کنند، اغلب کمتر از 1 کیلو پاسکال. دیافراگم‌های آن‌ها نازک و سازگار است، که باعث می‌شود آن‌ها در برابر تغییر دما و شوک مکانیکی حساس‌تر و آسیب‌پذیرتر شوند. سنسورهای فشار پایین نوار مورد استفاده برای اندازه گیری فشارسنجی، فشار سنجی و تنفس را پوشش می دهند. سنسورهای فشار متوسط ​​در جایی کار می‌کنند که می‌توان عنصر حسگر را قوی‌تر ساخت، با دیافراگم‌های ضخیم‌تر که تنش‌های بالاتر و رویدادهای گاه به گاه فشار بیش از حد را تحمل می‌کنند.

برای یک خریدار قطعه، نتیجه عملی ساده است: یک سنسور میکرو فشار یک سنسور کم فشار با برچسب متفاوت نیست. این دو به طور متفاوتی طراحی شده اند، به طور متفاوتی کالیبره شده اند و در هنگام مونتاژ نیاز به دستکاری متفاوتی دارند.

چرا برد برای ساخت سنسور مهم است؟

هندسه و حساسیت دیافراگم

محدوده فشار هندسه دیافراگم MEMS را تعیین می کند و این هندسه بیشتر رفتارهای کلیدی سنسور را هدایت می کند. سنسوری که برای اندازه‌گیری ریزفشار ساخته شده است، دیافراگمی آنقدر نازک است که زیر چند صد پاسکال به‌طور قابل اندازه‌گیری منحرف می‌شود. این نازکی حساسیت را بهبود می بخشد اما پاسخ به انبساط دما و تنش بسته را بدتر می کند. دستگاه‌های فشار متوسط ​​می‌توانند از دیافراگم ضخیم‌تر و سفت‌تری استفاده کنند که در برابر فشار بیش از حد بهتر مقاومت می‌کند و کمتر تحت تأثیر استرس مکانیکی ناشی از لحیم کاری قرار می‌گیرد.

کالیبراسیون و معنای واقعی دقت

روال کالیبراسیون نیز متفاوت است. سنسورهای میکروفشار معمولاً به تصحیح افست صفر برای هر دستگاه نیاز دارند زیرا حتی تنش کوچک پکیج نقطه صفر را جابه‌جا می‌کند. سنسورهای فشار متوسط ​​به ندرت این مشکل را به همان میزان نشان می دهند، بنابراین پایداری نقطه صفر آنها در یک دسته تولید آسان تر است. به همین دلیل، همان ادعای دقت 0.2 درصدی در مقیاس کامل به معنای چیزهای متفاوتی در هر محدوده است. در یک سنسور ریز فشار 1 کیلو پاسکال، 0.2 درصد FSS تنها با 2 Pa خطای مجاز مطابقت دارد که بسیار عالی است اما نیاز به جبران دقیق دما دارد. در یک سنسور فشار متوسط ​​2 مگاپاسکال، 0.2 درصد FSS برابر با 4 کیلو پاسکال خطای مجاز است که هدف بسیار آسان‌تری برای خط کالیبراسیون است. همیشه بررسی کنید که آیا تامین کننده هم دقت را در 25 درجه سانتیگراد و هم باند خطای کل را در محدوده دمای عملیاتی منتشر می کند یا خیر. برای قطعات میکرو و کم فشار، دومی عددی است که طراحی شما را محدود می کند.

خروجی های آنالوگ و دیجیتال: تطبیق محدوده با رابط شما

محدوده اندازه گیری و سیگنال خروجی، محورهای انتخاب جداگانه هستند، اما در عمل با هم تعامل دارند. سنسورهای خروجی آنالوگ یک ولتاژ نسبت سنجی متناسب با فشار، معمولاً از پل وتستون با تقویت کننده ASIC ارائه می دهند. آنها ارزان هستند، به راحتی به میکروکنترلر ADC متصل می شوند و تقریباً در هر محدوده ای موجود هستند. سنسورهای خروجی دیجیتال ADC و یک رابط I²C یا SPI را روی تراشه یکپارچه می‌کنند که تهویه سیگنال خارجی را حذف می‌کند و چیدمان برد را ساده می‌کند.

مبادله در نهایت به نظر می رسد. برای یک سنسور میکرو فشار، خروجی آنالوگ تنها چند میلی ولت در هر پاسکال اگر طول ردیابی ADC طولانی باشد، نویزدار می شود، بنابراین یک نسخه دیجیتال با تبدیل روی تراشه اغلب ایمن تر است. برای سنسورهای فشار متوسط، سیگنال آنالوگ بزرگتر است و بسیاری از بردهای صنعتی در حال حاضر خروجی ولتاژ را مستقیماً می پذیرند. نسخه‌های دیجیتال عمدتاً برای خانواده‌های کم‌فشار و میکروفشار وجود دارند که در آن‌ها یکپارچگی سیگنال مهم‌تر است، در حالی که محصولات فشار متوسط ​​به شکل آنالوگ برای اتصال مستقیم به الکترونیک کنترل موجود باقی می‌مانند.

هنگام مقایسه قطعات، مشخصات خروجی را با محدوده ورودی کنترلر بررسی کنید. یک خروجی نسبت سنجی متصل به منبع تغذیه 5 ولتی رفتار متفاوتی با خروجی 3.3 ولت ثابت دارد و هر ADC هر دو را به یک اندازه خوب اداره نمی کند.

الگوهای کاربردی معمولی برای هر محدوده

تجهیزات پزشکی، مصرف کننده و پهپاد

تجهیزات پزشکی خواستارترین بازار میکرو و کم فشار هستند. دستگاه‌های تنفسی، دستگاه‌های بیهوشی و سیستم‌های CPAP باید فشارهای چند کیلو پاسکال را با دقت قابل تکرار و رفتار صفر پایدار در دوره‌های طولانی حل کنند. خانواده‌های مشابهی که در تنظیمات پزشکی استفاده می‌شوند، مانند MCPh10، MCPh11، MCPh20، و MCPh21 نیز در دسته‌های فشار پایین و دیفرانسیل ظاهر می‌شوند. در عمل، محدوده فشار بیولوژیکی و محدوده "فشار پایین" تا حد زیادی با هم مطابقت دارند، بنابراین صفحات سنسور فشار پزشکی یک مرجع مفید حتی برای کاربردهای غیر پزشکی با پاکت فشار مشابه است.

محصولات الکترونیکی مصرف‌کننده، از جمله پوشیدنی‌ها و دستگاه‌های خانه‌های هوشمند، از حسگرهای مطلق کم فشار به عنوان مرجع فشارسنجی استفاده می‌کنند، جایی که ثبات در دما عامل تعیین‌کننده است. طرح‌های پهپاد از همان نوع سنجش فشار کم برای تخمین ارتفاع استفاده می‌کنند، که توضیح می‌دهد که چرا یک مدل حسگر دیجیتال تک مانند MCPh21 در هر دو دسته پهپاد و فشار پایین ظاهر می‌شود.

سیستم های صنعتی و خودروسازی

تجهیزات صنعتی از گستره وسیع تری استفاده می کنند. آشکارسازهای انسداد فیلتر و مانیتورهای جریان هوا در سطوح ریز فشار و دیفرانسیل کار می کنند، جایی که فیلتر مسدود شده به صورت یک افت فشار کوچک در دو پورت ظاهر می شود. پرس های هیدرولیک، محرک های پنوماتیکی و خطوط توزیع گاز در فشارهای متوسط ​​کار می کنند، جایی که دقت و استحکام مطلق بیش از توانایی حل تغییرات کوچک اهمیت دارد. کاربردهای خودرویی باند متوسط ​​را نیز پوشش می‌دهند: اندازه‌گیری‌های ریل سوخت، فشار روغن و منیفولد ورودی بالاتر از محدوده دیافراگم فشار پایین شکننده و زیر مبدل‌های فشار بالا صنعتی قرار دارند.

چک لیست انتخاب عملی

برای یک مهندس که با یک طراحی جدید روبرو است، دنباله زیر شانس انتخاب اشتباه پرهزینه را کاهش می دهد.

1. ابتدا نوع فشار را تعریف کنید. تصمیم بگیرید که آیا برنامه به فشار سنج، مطلق یا فشار تفاضلی نیاز دارد. این بسیار اساسی‌تر از محدوده است زیرا یک سنسور دیفرانسیل می‌تواند فشار گیج پایین را اندازه‌گیری کند، اما یک سنسور گیج نمی‌تواند تفاوت بین دو پورت را اندازه‌گیری کند.
2. محدوده ای را با حداقل 20 درصد فضای سر انتخاب کنید. کارکردن یک سنسور میکروفشار در بالاترین حد خود، جایی را برای میخ های گذرا باقی نمی گذارد. درجه بندی تقریباً 1.5 برابر حداکثر فشار مورد انتظار نقطه شروع خوبی است.
3. باند خطای کل را مقایسه کنید، نه فقط دقت را. دقت در 25 درجه سانتیگراد تقریباً همیشه بهتر از خطا در طول دمای کامل است. برای سنسورهای میکرو و کم فشار، باند خطای کل را در دمای عملیاتی مورد نظر درخواست کنید و آن مقدار را با بودجه سیستم خود مقایسه کنید.
4. ثبات را در طول زمان بررسی کنید. پایداری بلند مدت معمولاً به صورت درصدی از مقیاس کامل در سال بیان می شود. اگر محصول باید بدون کالیبراسیون میدانی کار کند، یک صفر پایدار بیشتر از یک مشخصات دقت کمی بهتر است.
5. بسته را با فرآیند مونتاژ مطابقت دهید. بسته های نصب سطحی هزینه مونتاژ را کاهش می دهند اما قالب حسگر را در معرض دمای جریان مجدد قرار می دهند که می تواند نقطه صفر را تغییر دهد. استفاده از بسته‌های DIP/SIP در نمونه‌های اولیه و خطوط مونتاژ دستی آسان‌تر است.
6. بررسی سازگاری رسانه بسته به طراحی درگاه، عنصر حسگر ممکن است با هوا، گازها یا مایعات تماس بگیرد. قبل از اتصال به بسته بندی، اطمینان حاصل کنید که مواد خیس شده با رسانه سازگار هستند.

دو نکته منبع یابی نیز قابل یادآوری است. ابتدا از تامین کننده گزارش کالیبراسیونی که با هر لات ارسال می شود بخواهید. باید انحراف صفر، خروجی در مقیاس کامل و تغییر دما را که در خط تولید واقعی اندازه‌گیری می‌شود، ثبت کند. دوم، حداقل مقدار سفارش و زمان تحویل را زودتر تأیید کنید، زیرا الزامات کالیبراسیون سفارشی می‌تواند برنامه‌های تحویل را طولانی‌تر کند.

تطبیق خانواده های محصولات MemsTech با محدوده شما

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) کاتالوگ خود را حول یک ماتریس محصول سازماندهی می کند تا یک خط محصول واحد. این شرکت سنسورهای فشار MEMS را با بسته بندی داخلی، جوشکاری، جبران دما و کالیبراسیون در تاسیسات 2000 متر مربعی تولید می کند. ظرفیت اعلام شده سالانه آن 60 میلیون واحد و دقت اعلام شده تا 0.2 درصد در مقیاس کامل به این معنی است که دسته بندی های محدوده به محصولات بتنی و قابل تکرار تبدیل می شوند.

برای اندازه گیری ریز فشار، سنسور ریز فشار DPTR8 به هر دو دسته میکرو فشار و صنعتی تعلق دارد. ماهیت دیفرانسیل آن برای تشخیص تغییرات فشار کوچک در سیستم های نظارت فیلتر و جریان هوا مناسب است. اگر برنامه شما باید صدها پاسکال را در دو پورت حل کند، این خانواده ابتدا باید ارزیابی شود.

عمده فروشی DPT-R8 سنسور فشار میکرو، کارخانه Wuxi Mems Tech Co., Ltd. Is a China عمده فروشی DPT-R8 Micro Pressure Senssor تامین کنندگان، کارخانه، مقدمه موضوع این سند... مشاهده محصول →

برای اندازه گیری فشار کم، سنسورهای کم فشار MCPh20 و MCPh21 گیج پوششی، دیفرانسیل و خروجی سیگنال دیجیتال. نسخه دیجیتال در تابلوهای فشرده که سیگنال باید بدون دریافت نویز حرکت کند مفید است. همین خانواده در لیست برنامه های کاربردی پزشکی و هواپیماهای بدون سرنشین ظاهر می شود و نشان می دهد که پاکت عملکرد آن در محصولات واقعی و میدانی کاربردی است.

عمده فروشی MCP-H20، MCP-H21 سنسور فشار پایین، کارخانه Wuxi Mems Tech Co., Ltd. یک شرکت عمده فروشی چینی MCP-H20، MCP-H21 سنسور فشار پایین است، کارخانه تولید کننده، توضیحات سری MCP-H20 یک ... مشاهده محصول →

برای اندازه گیری فشار متوسط، خانواده سنسورهای فشار متوسط MCP5xxx طول اندازه گیری گسترده تر را با استحکام دیافراگم ضخیم تر ترکیب می کند. این در دسته‌های فشار متوسط، سیگنال آنالوگ و پزشکی فهرست شده است که یک پلت فرم پایدار و بالغ مناسب برای تولید حجمی را پیشنهاد می‌کند. این خانواده اغلب انتخاب پیش‌فرض زمانی است که یک طرح نیاز به پوشش گسترده‌ای بدون حساسیت شدید یک قطعه ریز فشار دارد.

عمده فروشی MCP5XXX سنسور فشار متوسط، کارخانه Wuxi Mems Tech Co., Ltd. یک شرکت عمده فروشی در چین است MCP5XXX سنسور فشار متوسط تامین کنندگان، کارخانه، سری MCP5XXXDP دارای یک سیستم یکپارچه... مشاهده محصول →

اگر مطمئن نیستید که کدام خانواده با طرح شما مطابقت دارد، صفحه محدوده سنسور میکرو فشار و مجموعه سنسورهای فشار متوسط یک نمای ساختار یافته از گزینه های موجود ارائه می دهد. از آنجایی که یک مدل فیزیکی می تواند در چندین دسته ظاهر شود، ارزش بررسی آن را نیز دارد لیست برنامه های پزشکی اگر محصول شما متعلق به آن بخش باشد.

تصمیم نهایی به نیازهای فیزیکی سیستم بستگی دارد: نوع فشار مورد نیاز، تغییرات دمایی که دستگاه مشاهده خواهد کرد و اینکه آیا مسیر سیگنال می تواند نویز اتصال آنالوگ را تحمل کند یا خیر. پس از رفع آنها، دسته محدوده خود را انتخاب می کند، و انتخاب باقی مانده بین مدل های خاص و تامین کنندگان است.