Senzori de presiune micro, joasă și medie: cum să alegeți intervalul MEMS potrivit

Un inginer care configurează o buclă de flux de aer a ventilatorului i se spune să „alege un senzor de joasă presiune”. Pe site-ul distribuitorului, aceeași căutare returnează cipuri de micropresiune, module de joasă presiune și traductoare de medie presiune. Cele trei familii arată aproape identice în pachetele lor SMD, dar elementul senzorial din interiorul fiecăreia este construit pentru o realitate mecanică diferită. Alegeți micro atunci când diferența de presiune este cu adevărat mică. Alegeți un nivel scăzut pentru citirile generale ale fluxului de aer și ale intervalului barometric. Alegeți mediul pentru sisteme de alimentare cu fluide și combustibil. Această primă decizie definește limite fizice pe care nicio calibrare software nu le poate depăși.

Acest ghid explică modul în care cele trei categorii de intervale de presiune sunt definite pe o fișă de date a senzorilor MEMS, de ce diferențele contează pentru acuratețe și fiabilitate și cum să mapați o aplicație la familia de senzori potrivite.

Cum sunt definite categoriile de intervale de presiune

Niciun standard global nu stabilește granița dintre presiunea micro, joasă și medie. Diviziunea este mai degrabă practică decât legală și trece de la un producător la altul. Tabelul de mai jos prezintă o defalcare utilizată în mod obișnuit în selectarea senzorului de presiune MEMS.

Senzorii de micropresiune gestionează diferențe de presiune foarte mici, adesea sub 1 kPa. Diafragmele lor sunt subțiri și conforme, ceea ce le face sensibile, dar și mai vulnerabile la variația de temperatură și la șoc mecanic. Senzorii de joasă presiune acoperă banda utilizată pentru măsurători manometrice, barometrice și respiratorii. Senzorii de presiune medie funcționează acolo unde elementul de detectare poate fi construit mai robust, cu diafragme mai groase care tolerează stres mai mare și evenimente ocazionale de suprapresiune.

Pentru un cumpărător de componente, consecința practică este simplă: un senzor de micro-presiune nu este un senzor de joasă presiune cu o etichetă diferită. Cele două sunt proiectate diferit, calibrate diferit și necesită o manipulare diferită în timpul asamblarii.

De ce contează intervalul pentru construcția senzorilor

Geometria diafragmei și sensibilitatea

Intervalul de presiune determină geometria diafragmei MEMS, iar geometria respectivă conduce majoritatea comportamentelor cheie ale senzorului. Un senzor realizat pentru măsurarea micropresiunii are o diafragmă suficient de subțire pentru a se devia măsurabil sub câteva sute de pascali. Această subțire îmbunătățește sensibilitatea, dar înrăutățește răspunsul la expansiunea temperaturii și stresul ambalajului. Dispozitivele cu presiune medie pot folosi o diafragmă mai groasă, mai rigidă, care rezistă mai bine la suprapresiune și este mai puțin afectată de stresul mecanic indus de lipire.

Calibrarea și adevăratul sens al preciziei

Rutinele de calibrare diferă, de asemenea. Senzorii de micropresiune au nevoie de obicei de o corecție a decalajului zero pe dispozitiv, deoarece chiar și stresul mic al pachetului deplasează punctul zero. Senzorii de presiune medie prezintă rareori această problemă în același grad, astfel încât stabilitatea lor la punctul zero este mai ușor de menținut într-un lot de producție. Din acest motiv, aceeași afirmație de precizie de 0,2% la scară completă înseamnă lucruri diferite în fiecare interval. La un senzor de micropresiune de 1 kPa, 0,2% FSS corespunde doar la 2 Pa de eroare admisă, ceea ce este excelent, dar necesită o compensare atentă a temperaturii. Pe un senzor de presiune medie de 2 MPa, 0,2 procente FSS echivalează cu 4 kPa de eroare admisă, o țintă mult mai ușor de lovit pentru linia de calibrare. Verificați întotdeauna dacă furnizorul publică atât acuratețea la 25 °C, cât și banda de eroare totală în intervalul de temperatură de funcționare; pentru piese de micro și joasă presiune, acesta din urmă este numărul care vă va limita designul.

Ieșiri analogice și digitale: potrivirea intervalului la interfața dvs

Domeniul de măsurare și semnalul de ieșire sunt axe de selecție separate, dar interacționează în practică. Senzorii cu ieșire analogică oferă o tensiune ratiometrică proporțională cu presiunea, de obicei de la o punte Wheatstone cu un amplificator condiționat ASIC. Sunt ieftine, ușor de conectat la un microcontroler ADC și sunt disponibile în aproape orice gamă. Senzorii cu ieșire digitală integrează ADC și o interfață I²C sau SPI pe cip, care elimină condiționarea semnalului extern și simplifică aspectul plăcii.

Compromisul apare la extreme. Pentru un senzor de micropresiune, o ieșire analogică de doar câțiva milivolți pe pascal devine zgomotoasă dacă lungimea urmăririi la ADC este mare, astfel încât o versiune digitală cu conversie pe cip este adesea mai sigură. Pentru senzorii de presiune medie, semnalul analogic este mai mare, iar multe plăci industriale acceptă deja tensiunea de ieșire directă. Versiunile digitale există în principal pentru familiile de joasă presiune și micropresiune unde integritatea semnalului contează cel mai mult, în timp ce produsele de medie presiune rămân disponibile în formă analogică pentru conectarea directă la electronicele de control existente.

Când comparați piesele, verificați specificațiile de ieșire în raport cu domeniul de intrare al controlerului. O ieșire ratiometrică legată de o sursă de 5 V se comportă diferit față de o ieșire fixă ​​de 3,3 V și nu fiecare ADC se ocupă de ambele la fel de bine.

Modele tipice de aplicare pentru fiecare gamă

Dispozitive medicale, de consum și drone

Echipamentele medicale sunt cea mai solicitantă piață de micro și joasă presiune. Dispozitivele respiratorii, aparatele de anestezie și sistemele CPAP trebuie să rezolve presiunile de câțiva kilopascali cu o precizie repetabilă și un comportament stabil de zero pe perioade lungi. Aceleași familii utilizate în mediile medicale, cum ar fi MCPh10, MCPh11, MCPh20 și MCPh21, apar și în categoriile de joasă presiune și diferențial. În practică, intervalul de presiune biologică și domeniul de „presiune joasă” coincid în mare măsură, deci paginile senzorului de presiune medical sunt o referință utilă chiar și pentru aplicații non-medicale cu plicuri similare de presiune.

Produsele electronice de larg consum, inclusiv dispozitivele purtabile și dispozitivele inteligente pentru casă, folosesc senzori absoluti de joasă presiune ca referințe barometrice, în care consecvența temperaturii este factorul decisiv. Modelele de drone folosesc același tip de senzori de presiune joasă pentru estimarea altitudinii, ceea ce explică de ce un singur model de senzor digital, cum ar fi MCPh21, apare atât în ​​categoriile de drone, cât și în categoria de joasă presiune.

Sisteme industriale și auto

Echipamentele industriale utilizează o gamă mai largă de game. Detectoarele de blocare a filtrului și monitoarele de debit de aer funcționează la niveluri de micro-presiune și diferențe, unde un filtru blocat apare ca o mică cădere de presiune pe două porturi. Presele hidraulice, actuatoarele pneumatice și liniile de distribuție a gazului funcționează la presiuni medii, unde precizia absolută și robustețea contează mai mult decât capacitatea de a rezolva mici modificări. Aplicațiile pentru automobile acoperă, de asemenea, banda medie: măsurătorile șinelor de combustibil, a presiunii uleiului și a galeriei de admisie se află deasupra intervalului fragil de diafragmă de joasă presiune și sub traductoarele industriale de înaltă presiune.

O listă de verificare practică

Pentru un inginer care se confruntă cu un nou design, următoarea secvență reduce șansa unei selecții greșite costisitoare.

1. Definiți mai întâi tipul de presiune. Decideți dacă aplicația necesită presiune manometrică, absolută sau diferențială. Acest lucru este mai fundamental decât intervalul, deoarece un senzor diferențial poate măsura o presiune manometrică scăzută, dar un senzor manometru nu poate măsura diferența dintre două porturi.
2. Alegeți intervalul cu cel puțin 20 la sută spațiu liber. Operarea unui senzor de micropresiune la vârful gamei sale nu lasă loc pentru vârfuri tranzitorii. O evaluare de aproximativ 1,5 ori presiunea maximă așteptată este un bun punct de plecare.
3. Comparați banda de eroare totală, nu doar precizia. Precizia la 25 °C este aproape întotdeauna mai bună decât eroarea pe întreaga durată a temperaturii. Pentru senzorii de micro și joasă presiune, solicitați banda de eroare totală pentru temperatura de funcționare prevăzută și comparați acea valoare cu bugetul sistemului dumneavoastră.
4. Verificați stabilitatea în timp. Stabilitatea pe termen lung este de obicei exprimată ca procent din întreaga scară pe an. Un zero stabil contează mai mult decât o specificație de precizie puțin mai bună dacă produsul trebuie să funcționeze fără calibrare pe teren.
5. Potriviți pachetul la procesul de asamblare. Pachetele de montare la suprafață reduc costurile de asamblare, dar expun matrița de detectare la temperaturi de reflux care pot schimba punctul zero. Pachetele DIP/SIP sunt mai ușor de manipulat în prototipuri și linii de asamblare manuală.
6. Verificați compatibilitatea media. Elementul de detectare poate intra în contact cu aerul, gazele sau lichidele, în funcție de designul portului. Confirmați că materialele umede sunt compatibile cu mediul înainte de a vă angaja într-un pachet.

De asemenea, merită reținut două puncte de aprovizionare. În primul rând, solicitați furnizorului raportul de calibrare care se livrează cu fiecare lot; ar trebui să documenteze decalajul zero, producția la scară completă și deviația de temperatură măsurată pe linia de producție reală. În al doilea rând, confirmați din timp cantitatea minimă de comandă și timpul de livrare, deoarece cerințele personalizate de calibrare pot prelungi programele de livrare.

Potrivirea familiilor de produse MemsTech la gama ta

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) își organizează catalogul în jurul unei matrice de produse, mai degrabă decât pe o singură linie de produse. Compania produce intern senzori de presiune MEMS, cu ambalare internă, sudură, compensare de temperatură și calibrare într-o unitate de 2.000 de metri pătrați. Capacitatea sa anuală declarată de 60 de milioane de unități și precizia declarată de până la 0,2% la scară completă înseamnă că categoriile de gamă se traduc în produse concrete, repetabile.

Pentru măsurarea micro-presiunii, Senzor de micropresiune DPTR8 aparține atât categoriilor de micropresiune, cât și celor industriale. Natura sa diferențială îl convine să detecteze mici modificări de presiune în sistemele de monitorizare a filtrului și a fluxului de aer. Dacă aplicația dvs. trebuie să rezolve sute de pascali în două porturi, aceasta este familia care trebuie evaluată mai întâi.

Furnizori cu ridicata de senzori de presiune DPT-R8 Micro, fabrică Wuxi Mems Tech Co., Ltd. este un furnizor de senzori de presiune micro DPT-R8 din China, fabrica, Introducere Subiectul acestui document este... Vizualizare produs →

Pentru măsurarea la presiune joasă, Senzori de joasă presiune MCPh20 și MCPh21 acoperă ieșirile de semnal, diferențial și digital. Versiunea digitală este utilă în plăcile compacte unde semnalul trebuie să circule fără a capta zgomot. Aceeași familie apare în listele de aplicații medicale și de drone, ceea ce indică faptul că pachetul său de performanță este practic în produsele reale, implementate pe teren.

Comerț cu ridicata MCP-H20, MCP-H21 Furnizori senzori de joasă presiune, fabrică Wuxi Mems Tech Co., Ltd. este o companie en-gros din China MCP-H20, MCP-H21 Furnizori de senzori de joasă presiune, fabrică, DESCRIERE Seria MCP-H20 este un... Vizualizare produs →

Pentru măsurarea presiunii medii, Familia de senzori de presiune medie MCP5xxx combină un interval mai mare de măsurare cu robustețea unei diafragme mai groase. Este listat în categoriile de presiune medie, semnal analogic și medical, sugerând o platformă stabilă, matură, potrivită producției de volum. Această familie este adesea alegerea implicită atunci când un design necesită o acoperire largă, fără sensibilitatea extremă a unei piese cu micropresiune.

Furnizori cu ridicata de senzori de presiune medie MCP5XXX, fabrică Wuxi Mems Tech Co., Ltd. este un furnizor de senzori de presiune medie MCP5XXX en-gros din China, fabrică, seria MCP5XXXDP are un sistem integrat de... Vizualizare produs →

Dacă nu sunteți sigur care familie se potrivește designului dvs., pagina cu intervalul senzorului de micropresiune iar cel gama de senzori de presiune medie oferă o vedere structurată a opțiunilor disponibile. Deoarece un model fizic poate apărea în mai multe categorii, merită și verificat lista cererilor medicale dacă produsul dvs. aparține sectorului respectiv.

Decizia finală se rezumă la cerințele fizice ale sistemului: tipul de presiune necesar, variația de temperatură pe care o va vedea dispozitivul și dacă calea semnalului poate tolera zgomotul unei conexiuni analogice. Odată ce acestea sunt remediate, categoria de gamă se selectează singură, iar alegerea rămasă este între anumite modele și furnizori.