Поскольку существует множество различных типов приложений для датчиков давления, существует множество типов датчиков, доступных с широким спектром характеристик, будь то для суровых или агрессивных сред, медицинского оборудования или мобильных устройств. Выбор датчика давления означает выбор из широкого спектра технологий, пакетов, уровней производительности и функций для удовлетворения множества требований к точному измерению давления, таких как:
Давление газа внутри резервуара, такого как резервуар промышленного компрессора
Измерение уровня или объема жидкости, содержащейся путем измерения давления на дне сосуда
Измерение перепадов давления между двумя точками в системе в качестве средства контроля или количественной оценки расхода жидкостей или газов
Барометрическое давление: изменение атмосферного давления в зависимости от погодных условий или высоты. Полезно на метеостанциях, мониторинге окружающей среды или для помощи в расчетах при навигации вместе с GPS или триангуляцией клеток.
Что такое давление?
Давление = сила/площадь
В единицах СИ (МКС) сила в один Ньютон, приложенный к площади в один квадратный метр, оказывает давление в один Ньютон на квадратный метр, или один Паскаль.
Любой тип датчика давления содержит механизм или структуру, которая реагирует пропорционально приложенной силе. Площадь, на которую прилагается сила, является постоянной для данной структуры датчика.
Существует три различных типа давления, которые могут быть измерены: измерительное, абсолютное и дифференциальное.
Манометрический давление-это давление, измеренное относительно атмосферного давления окружающей среды. Он может быть положительным для давлений выше атмосферного или отрицательным для более низких давлений. Датчик манометрического давления будет иметь два порта, позволяющие использовать среду при опорном давлении и при давлении. Типичным применением датчика манометрического давления является измерение уровня жидкости водяного масла, давления газа в вентилируционном резервуаре с использованием разницы гидростатического давления и атмосферного давления окружающей среды. Большинство датчиков давления на рынке измеряют манометрическое давление, потому что большинство промышленных применений могут использовать манометрическое давление.
Датчики абсолютного давления дадут результат относительно нуля (идеальный вакуум). Датчики будут иметь один порт для среды, чтобы войти и оказать давление на чувствительный элемент, производя положительное изменение в выходе, величины, пропорциональной приложенного давления.
Это полезно в приложениях, которые измеряют атмосферное давление, возможно, для определения высоты. Датчики абсолютного давления также используются в приложениях для измерения давления, которые будут использоваться на разных высотах, поскольку атмосферное давление зависит от высоты, манометрическое давление не даст точных показаний. Этот тип датчика используется в системах контроля давления в шинах для оптимизации характеристик шин.
Дифференциальные датчики давления измеряют разницу в давлении между двумя точками, подобно тому, как работает манометр. Но в этом случае опорное давление является одной из точек в системе, определяемой разработчиком системы. Изменение дифференциального выхода является положительным или отрицательным, в зависимости от того, что больше. Величина изменения пропорциональна разности давлений между двумя доменами.
Например, дифференциальные датчики иногда используются для обнаружения разницы давлений с обеих сторон объекта. Датчики перепада давления часто используются для контроля воздушного потока в приложениях HVAC, таких как чистая комната, вентиляционная труба, мониторинг давления воздуха в помещении, мониторинг воздушного фильтра.
Стоит отметить, что «датчик давления» является общим термином для описания устройства измерения давления, которое может быть датчиком, преобразователем или передатчиком, в зависимости от конструкции соответствующей электрической схемы.
Чувствительный элемент, ответственный за обнаружение и количественную оценку воздействия приложенного давления, создает выходной сигнал, который не может быть использован непосредственно в электронной схеме-как система на основе микроконтроллера. Физический ответ должен быть преобразован в электрический сигнал, а затем требуется формирование сигнала для создания подходящего, пригодного для использования сигнала.
Датчики давления создают выходное напряжение, которое изменяется в зависимости от давления, которое он испытывает, обычно ссылаясь на сенсорный элемент, который физически обнаруживает давление. Доступны датчики давления для монтажа на плате в комплекте, которые потребуют от проектировщика отдельного рассмотрения калибровки, температурной компенсации и усиления.
Смущает, что фраза «датчик давления» также иногда используется для описания преобразователей и передатчиков в целом. Наши инженеры рассматривают датчик больше как сердечник чипа, и мы используем больше маслонаполненных кремниевых (диффузионных кремниевых) сердечников вместо керамических сердечников, которые имеют лучший диапазон измерения и точность.
Датчики давления, такие как датчики давления, производят выходное напряжение, которое изменяется в зависимости от давления. Преобразователь в этом контексте представляет собой чувствительный элемент, объединенный со схемой формирования сигнала, возможно, для компенсации колебаний температуры, и, скорее всего, усилитель, позволяющий передавать сигналы дальше от источника. Обратите внимание, что для большинства применений есть преимущество в определении датчиков давления, которые имеют температурную компенсацию, а не в попытке реализовать пользовательскую температурную компенсацию на чувствительный к давлению элемент, поскольку требуемое тестирование может быть сложным и трудным.
Датчики давления похожи на преобразователи, но генерируют текущий сигнал через нагрузку с низким сопротивлением, а не сигнал напряжения. Обычно выход будет стандартным промышленным выходом 4-20 мА. Но сейчас рынок не очень беспокоит путаница названий трех, и есть ток, напряжение и сопротивление выходов. Имейте в виду, что в портативных приложениях передатчики могут изнашивать батареи, если они постоянно используются в верхнем конце их диапазона давления.
Электронный датчик давления основан на физической реакции на приложенное давление, а затем измеряет полученное пропорциональное изменение электронным способом. Обычно используемые явления включают изменения в емкости или изменения в омическом сопротивлении тензодатчика или пьезоэлектрического элемента, которые пропорциональны величине отклонения при приложении давления.
Важные критерии, такие как диапазон измерений, экологическая пригодность, физический размер и требования к мощности, а также тип требуемого измерения давления, будут иметь значительное руководящее влияние на инженеров, ищущих решение для конкретного приложения.
Емкостный датчик давления содержит конденсатор с одной жесткой пластиной и одной гибкой мембраной в качестве электродов. Площадь этих электродов фиксируется, емкость пропорциональна расстоянию между электродами. Измеряемое давление прикладывается к стороне гибкой мембраны, и возникающее в результате отклонение вызывает изменение емкости, которое можно измерить с помощью электрической цепи.
Емкостный датчик давления зависит от изменения емкости, вызванного отклонением мембраны, что изменяет геометрию конденсатора.
В датчике давления тензометрического типа тензодатчики из фольги или кремния расположены в виде моста Уитстона. Тензодатчик прикреплен к какой-то диафрагме, которая отклоняется при приложении давления. Полученный сигнал затем измеряют, усиливают и кондиционируют мостовой схемой Уитстона для обеспечения подходящего выходного сигнала преобразователя напряжения или тока передатчика, представляющего приложенное давление, как показано на диаграмме.
Принципиальная схема датчика мостового типа
Пьезорезистивные чувствительные элементы также могут быть расположены в подобной мостовой формации. На приведенной ниже диаграмме показано, как чувствительные элементы датчика давления мостового типа прикреплены к гибкой диафрагме, так что сопротивление изменяется в зависимости от величины отклонения диафрагмы. Общая линейность датчика зависит от стабильности диафрагмы в указанном диапазоне измерений, а также линейности тензодатчиков или пьезорезистивных элементов.
Пьезорезистивные сенсорные элементы измеряют изменения сопротивления в зависимости от величины отражения диафрагмы
Легко представить пьезорезистивный или емкостный датчик давления как большое устройство, а MEMS-это мини-тип. К сожалению, LEFOO в настоящее время не планирует разрабатывать продукты MEMS.
Понимание типов широко используемых датчиков, принципов их работы и режимов использования (абсолютный, калибровочный или дифференциальный) может помочь инженерам принять первоначальное решение о выборе наиболее подходящего датчика для данного приложения.
Используемые материалы и тип конструкции могут оказывать важное влияние на такие аспекты, как диапазон измерений, ограничивающие факторы, такие как максимальное живучее давление, которому может подвергаться датчик, время его стабилизации после пайки и долгосрочная стабильность в предполагаемом применении.
Понимание электрических выходных свойств и схем, необходимых для правильного взаимодействия с главной электронной системой-обычно микроконтроллером или системой управления на основе микропроцессора-может помочь оценить, как выбор датчика давления повлияет на вероятные проблемы электронной интеграции.
TY_LOG_IN 
English 
日本語 
한국어 
français 
Deutsch 
Español 
italiano 
русский 
português 
العربية