Mikro, niski i srednji senzori tlaka: Kako odabrati pravi MEMS raspon

Inženjeru koji konfigurira petlju protoka zraka ventilatora rečeno je da "odabere senzor niskog tlaka." Na web-mjestu distributera ista pretraga vraća mikrotlačne čipove, niskotlačne module i srednjetlačne sonde. Tri obitelji izgledaju gotovo identično u svojim SMD paketima, ali je senzorni element unutar svake napravljen za drugačiju mehaničku stvarnost. Odaberite mikro kada je razlika u tlaku uistinu mala. Odaberite nisko za opći protok zraka i očitanja barometarskog raspona. Odaberite medij za tekući pogon i sustave goriva. Ova prva odluka definira fizička ograničenja koja nijedna softverska kalibracija ne može prevladati.

Ovaj vodič objašnjava kako su tri kategorije raspona tlaka definirane na podatkovnoj tablici senzora MEMS, zašto su razlike važne za točnost i pouzdanost i kako preslikati aplikaciju na pravu obitelj senzora.

Kako se definiraju kategorije raspona tlaka

Niti jedan globalni standard ne utvrđuje granicu između mikro, niskog i srednjeg tlaka. Podjela je više praktična nego pravna i prelazi s jednog proizvođača na drugog. Donja tablica prikazuje raščlambu koja se obično koristi u odabiru MEMS senzora tlaka.

Senzori mikrotlaka podnose vrlo male razlike tlaka, često ispod 1 kPa. Njihove dijafragme su tanke i popustljive, što ih čini osjetljivima, ali i ranjivijima na pomicanje temperature i mehaničke udare. Senzori niskog tlaka pokrivaju područje koje se koristi za manometrijska, barometrijska i respiratorna mjerenja. Senzori srednjeg tlaka rade tamo gdje se osjetilni element može izraditi robusnije, s debljim dijafragmama koje toleriraju veća opterećenja i povremene događaje prekomjernog tlaka.

Za kupca komponenti praktična posljedica je jednostavna: mikrotlačni senzor nije niskotlačni senzor s drugom oznakom. Dva su različito konstruirana, različito kalibrirana i zahtijevaju različito rukovanje tijekom sastavljanja.

Zašto je domet važan za konstrukciju senzora

Geometrija dijafragme i osjetljivost

Raspon tlaka određuje geometriju MEMS dijafragme, a ta geometrija pokreće većinu ključnih ponašanja senzora. Senzor napravljen za mjerenje mikrotlaka ima dovoljno tanku dijafragmu da se mjerljivo otkloni ispod nekoliko stotina paskala. Ta tankoća poboljšava osjetljivost, ali pogoršava odgovor na temperaturnu ekspanziju i stres paketa. Srednjetlačni uređaji mogu koristiti deblju, čvršću dijafragmu koja bolje podnosi pretlak i manje je podložna mehaničkom naprezanju izazvanom lemljenjem.

Kalibracija i pravo značenje točnosti

Rutine kalibracije također se razlikuju. Senzori mikrotlaka obično trebaju korekciju nultog pomaka po uređaju jer čak i mali stres pakiranja pomiče nultu točku. Senzori srednjeg tlaka rijetko pokazuju ovaj problem u istoj mjeri, tako da je njihovu stabilnost nulte točke lakše održavati kroz proizvodnu seriju. Iz tog razloga ista tvrdnja o točnosti pune skale od 0,2 posto znači različite stvari u svakom rasponu. Na senzoru mikrotlaka od 1 kPa, 0,2 posto FSS odgovara samo 2 Pa dopuštene pogreške, što je izvrsno, ali zahtijeva pažljivu temperaturnu kompenzaciju. Na senzoru srednjeg tlaka od 2 MPa, 0,2 posto FSS-a jednako je 4 kPa dopuštene pogreške, što je mnogo lakši cilj za kalibracijsku liniju. Uvijek provjerite objavljuje li dobavljač i točnost na 25 °C i ukupni pojas pogreške u rasponu radne temperature; za mikro- i niskotlačne dijelove, potonji je broj koji će ograničiti vaš dizajn.

Analogni i digitalni izlazi: usklađivanje raspona s vašim sučeljem

Raspon mjerenja i izlazni signal odvojene su osi odabira, ali u praksi međusobno djeluju. Analogni izlazni senzori daju raciometrijski napon proporcionalan tlaku, obično iz Wheatstoneovog mosta s ASIC-kondicioniranim pojačalom. Oni su jeftini, lako se spajaju na ADC mikrokontrolera i dostupni su u gotovo svim rasponima. Senzori digitalnog izlaza integriraju ADC i I²C ili SPI sučelje na čipu, što uklanja vanjsko kondicioniranje signala i pojednostavljuje izgled ploče.

Kompromis se pojavljuje u krajnostima. Za senzor mikrotlaka, analogni izlaz od samo nekoliko milivolta po paskalu postaje šuman ako je duljina traga do ADC-a duga, tako da je digitalna verzija s pretvorbom na čipu često sigurnija. Za senzore srednjeg tlaka, analogni signal je veći, a mnoge industrijske ploče već izravno prihvaćaju izlazni napon. Digitalne verzije postoje uglavnom za niskotlačne i mikrotlačne obitelji gdje je integritet signala najvažniji, dok proizvodi srednjeg tlaka ostaju dostupni u analognom obliku za izravno povezivanje s postojećom upravljačkom elektronikom.

Kada uspoređujete dijelove, provjerite izlaznu specifikaciju prema ulaznom rasponu kontrolera. Raciometrijski izlaz povezan s napajanjem od 5 V ponaša se drugačije od fiksnog izlaza od 3,3 V, a ne rukuje svaki ADC s oba jednako dobro.

Tipični obrasci primjene za svaki raspon

Medicinski, potrošački i dron uređaji

Medicinska oprema najzahtjevnije je tržište mikro i niskog tlaka. Respiratorni uređaji, aparati za anesteziju i CPAP sustavi moraju razriješiti tlakove od nekoliko kilopaskala s ponovljivom točnošću i stabilnim nultim ponašanjem tijekom dugih razdoblja. Iste obitelji koje se koriste u medicinskim ustanovama, kao što su MCPh10, MCPh11, MCPh20 i MCPh21, također se pojavljuju u kategorijama niskog tlaka i diferencijala. U praksi se područje biološkog tlaka i područje "niskog tlaka" uglavnom podudaraju, pa se stranice medicinskog senzora tlaka korisna su referenca čak i za nemedicinske primjene sa sličnim omotnicama tlaka.

Potrošački elektronički proizvodi, uključujući nosive i pametne kućne uređaje, koriste apsolutne senzore niskog tlaka kao barometrijske reference, gdje je dosljednost temperature odlučujući faktor. Dizajni bespilotnih letjelica koriste istu vrstu senzora niskog tlaka za procjenu nadmorske visine, što objašnjava zašto se jedan model digitalnog senzora kao što je MCPh21 pojavljuje i u kategoriji bespilotnih letjelica i niskotlačnih.

Industrijski i automobilski sustavi

Industrijska oprema koristi širi raspon raspona. Detektori začepljenja filtera i monitori protoka zraka rade na razinama mikrotlaka i razlike, gdje se blokirani filter pojavljuje kao mali pad tlaka na dva priključka. Hidrauličke preše, pneumatski pokretači i vodovi za distribuciju plina rade na srednjim tlakovima, gdje su apsolutna točnost i robusnost važniji od sposobnosti rješavanja sitnih promjena. Automobilske aplikacije također pokrivaju srednji pojas: razvodnik goriva, tlak ulja i mjerenja usisnog razvodnika nalaze se iznad osjetljivog raspona niskotlačne dijafragme i ispod industrijskih visokotlačnih pretvarača.

Popis za praktičan odabir

Za inženjera koji se suočava s novim dizajnom, sljedeći slijed smanjuje mogućnost skupog pogrešnog odabira.

1. Najprije definirajte vrstu tlaka. Odlučite je li za aplikaciju potreban manometarski, apsolutni ili diferencijalni tlak. Ovo je temeljnije od raspona jer diferencijalni senzor može mjeriti nizak nadtlak, ali senzor za manometar ne može mjeriti razliku između dva priključka.
2. Odaberite raspon s najmanje 20 posto prostora za glavu. Rad senzora mikrotlaka na samom vrhu svog raspona ne ostavlja mjesta za prolazne skokove. Vrijednost otprilike 1,5 puta veća od očekivanog maksimalnog tlaka dobra je početna točka.
3. Usporedite ukupni opseg pogreške, a ne samo točnost. Točnost na 25 °C gotovo je uvijek bolja od pogreške u cijelom temperaturnom rasponu. Za mikro- i niskotlačne senzore, zatražite ukupni raspon pogreške za predviđenu radnu temperaturu i usporedite tu vrijednost s proračunom vašeg sustava.
4. Provjerite stabilnost tijekom vremena. Dugoročna stabilnost se obično navodi kao postotak pune skale po godini. Stabilna nula važnija je od neznatno bolje specifikacije točnosti ako proizvod mora raditi bez kalibracije na terenu.
5. Uskladite paket s postupkom sastavljanja. Paketi za površinsku montažu smanjuju troškove montaže, ali izlažu senzorsku matricu temperaturama reflowa koje mogu pomaknuti nultu točku. DIP/SIP paketima lakše je rukovati u izvođenju prototipa i ručnim montažnim linijama.
6. Provjerite kompatibilnost medija. Osjetni element može doći u dodir sa zrakom, plinovima ili tekućinama, ovisno o dizajnu priključka. Potvrdite da su navlaženi materijali kompatibilni s medijem prije nego što se obvežete na paket.

Vrijedno je zapamtiti i dvije točke izvora. Prvo, zatražite od dobavljača izvješće o kalibraciji koje se isporučuje sa svakom serijom; trebao bi dokumentirati pomak nule, izlaz pune skale i temperaturni pomak izmjeren na stvarnoj proizvodnoj liniji. Drugo, potvrdite minimalnu količinu narudžbe i vrijeme isporuke ranije, budući da zahtjevi prilagođene kalibracije mogu produžiti rasporede isporuke.

Usklađivanje MemsTech obitelji proizvoda s vašim asortimanom

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) organizira svoj katalog oko matrice proizvoda, a ne jedne linije proizvoda. Tvrtka proizvodi MEMS senzore tlaka u kući, s unutarnjim pakiranjem, zavarivanjem, temperaturnom kompenzacijom i kalibracijom u pogonu od 2000 četvornih metara. Njegov iskazani godišnji kapacitet od 60 milijuna jedinica i deklarirana točnost do 0,2 posto pune skale znače da se kategorije asortimana pretvaraju u konkretne, ponovljive proizvode.

Za mjerenje mikrotlaka, DPTR8 senzor mikrotlaka pripada i kategoriji mikrotlaka i industriji. Njegova diferencijalna priroda odgovara mu za otkrivanje malih promjena tlaka u sustavima za nadzor filtera i protoka zraka. Ako vaša aplikacija mora razriješiti stotine paskala preko dva porta, ovo je obitelj koju treba prvo procijeniti.

Veleprodaja DPT-R8 mikro senzora tlaka dobavljača, tvornica Wuxi Mems Tech Co., Ltd. je kineski veleprodajni DPT-R8 mikro senzor tlaka Dobavljači, tvornica, Uvod Predmet ovog dokumenta je... Pogledajte proizvod →

Za mjerenje niskog tlaka, MCPh20 i MCPh21 senzori niskog tlaka mjerač poklopca, diferencijalni i digitalni signalni izlazi. Digitalna verzija korisna je u kompaktnim pločama gdje signal mora putovati bez prikupljanja šuma. Ista se obitelj pojavljuje na popisima medicinskih i aplikacija za bespilotne letjelice, što ukazuje na to da je njezina izvedba praktična u stvarnim proizvodima koji se koriste na terenu.

Veleprodaja MCP-H20, MCP-H21 senzora niskog tlaka dobavljača, tvornica Wuxi Mems Tech Co., Ltd. je kineska veleprodaja MCP-H20, MCP-H21 senzora niskog tlaka Dobavljači, tvornica, OPIS Serija MCP-H20 je... Pogledajte proizvod →

Za mjerenje srednjeg tlaka, Obitelj senzora srednjeg tlaka MCP5xxx kombinira širi raspon mjerenja s robusnošću deblje dijafragme. Naveden je u kategorijama srednjeg tlaka, analognog signala i medicinske kategorije, što ukazuje na stabilnu, zrelu platformu prilagođenu masovnoj proizvodnji. Ova je obitelj često zadani izbor kada je dizajnu potrebna široka pokrivenost bez ekstremne osjetljivosti mikrotlačnog dijela.

Veleprodaja MCP5XXX senzora srednjeg tlaka dobavljača, tvornica Wuxi Mems Tech Co., Ltd. je kineski veleprodajni MCP5XXX senzor srednjeg tlaka Dobavljači, tvornica, Serija MCP5XXXDP ima integrirani si... Pogledajte proizvod →

Ako niste sigurni koja obitelj odgovara vašem dizajnu, stranica raspona senzora mikrotlaka i niz senzora srednjeg tlaka pružiti strukturirani prikaz dostupnih opcija. Budući da se jedan fizički model može pojaviti u nekoliko kategorija, također ga vrijedi provjeriti lista medicinskih aplikacija ako vaš proizvod pripada tom sektoru.

Konačna odluka svodi se na fizičke zahtjeve sustava: potreban tip tlaka, temperaturne varijacije koje će uređaj vidjeti i može li put signala tolerirati šum analogne veze. Nakon što se oni poprave, kategorija asortimana odabire se sama, a preostali izbor je između određenih modela i dobavljača.