Da es viele verschiedene Arten von Anwendungen für Drucksensoren gibt, gibt es viele Arten von Sensoren mit einer Vielzahl von Eigenschaften, sei es für raue oder korrosive Umgebungen, medizinische Geräte oder mobile Geräte. Die Auswahl eines Drucksensors bedeutet, aus einer Vielzahl von Technologien, Paketen, Leistungs stufen und Funktionen auszuwählen, um mehrere Anforderungen an eine genaue Druckmessung zu erfüllen, wie z. B.:
Gasdruck in einem Tank, wie z. B. ein Reservoir für Industrie kompressoren
Messen des Niveaus oder des Volumens der enthaltenen Flüssigkeit durch Erfassen des Drucks am Boden eines Gefäßes
Messung von Druck differenzen zwischen zwei Punkten in einem System als Mittel zur Überwachung oder Quant ifizierung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen
Luftdruck: Änderung des atmos phä rischen Drucks mit Wetter bedingungen oder mit der Höhe. Nützlich bei Wetters tat ionen, Umwelt überwachung oder zur Unterstützung der toten Abrechnung der Navigation neben GPS oder Zell triangulation
Was ist Druck?
Druck = Kraft/Fläche
In SI (MKS)-Einheiten übt eine Kraft von einem Newton, die auf eine Fläche von einem Quadratmeter ausgeübt wird, einen Druck von einem Newton pro Quadratmeter oder einem Pascal aus.
Jede Art von Drucksensor enthält einen Mechanismus oder eine Struktur, die proportional auf eine ausgeübte Kraft reagiert. Die Fläche, über die die Kraft aufgebracht wird, ist für eine gegebene Sensors truktur konstant.
Es gibt drei verschiedene Arten von Drücken, die gemessen werden können: Messgerät, Absolut und Differential.
Der Messdruck ist der Druck, der relativ zum atmos phä rischen Umgebungs druck gemessen wird. Es kann positiv für höhere Drücke als atmos phärisch oder negativ für niedrigere Drücke sein. Ein Manometer drucksensor hat zwei Anschlüsse, die das Medium beim Referenz druck und beim Druck ermöglichen. Eine typische Anwendung für einen Manometer drucksensor besteht darin, den Gasdruck der Wasser öl flüssigkeits pegel in einem belüfteten Tank unter Verwendung des Unterschieds zwischen hydro statischem Druck und atmos phä rischem Umgebungs druck zu messen. Die meisten Drucks ender auf dem Markt messen den Manometer druck, da die Mehrheit der industriellen Anwendungen den Manometer druck verwenden kann.
Absolute Drucksensoren geben das Ergebnis relativ zu Null (ein perfektes Vakuum). Sensoren haben einen Anschluss, über den das Medium eindringen und Druck auf das Erfassungs element ausüben kann, wodurch eine positive Änderung der Leistung erzeugt wird, deren Größe proportional zum angelegten Druck ist.
Dies ist nützlich bei Anwendungen, bei denen der atmos phä rische Druck gemessen wird, möglicher weise um die Höhe zu bestimmen. Absolut drucksensoren werden auch in Druck mess anwendungen verwendet, die in verschiedenen Höhen verwendet werden, da der atmos phä rische Druck mit der Höhe variiert und der Druck des Messgeräts keinen genauen Messwert liefert. Dieser Sensor typ wird in Reifendruck überwachungs systemen verwendet, um die Reifen leistung zu optimieren.
Differenz drucksensoren messen den Druck unterschied zwischen zwei Punkten, ähnlich wie ein Mess sensor. Aber in diesem Fall ist der Referenz druck einer der Punkte im System, wie vom Systemdesigner bestimmt. Die Änderung der Differenz leistung ist positiv oder negativ, je nachdem, welche größer ist. Die Größe der Änderung ist proportional zur Druck differenz zwischen den beiden Domänen.
Beispiels weise werden manchmal Differentials ensoren verwendet, um die Druck differenz auf beiden Seiten eines Objekts zu erfassen. Differenz drucksensoren werden häufig zur Überwachung des Luftstroms in HLK-Anwendungen wie Reinraum, Vanitation rohr, Luftdruck überwachung in Innenräumen und Luftfilter überwachung verwendet.
Es ist erwähnens wert, dass "Drucksensor" ein Oberbegriff ist, um ein Drucksensor gerät zu beschreiben, das ein Sensor, ein Wandler oder ein Sender sein kann. abhängig von der Konstruktion der zugehörigen elektrischen Schaltung.
Das Erfassungs element, das für die Erkennung und Quant ifizierung der Auswirkungen des angelegten Drucks ver antwort lich ist, erzeugt einen Ausgang, der nicht direkt in einer elektronischen Schaltung verwendet werden kann-wie ein auf Mikro controllern basierendes System. Die physikalische Reaktion muss in ein elektrisches Signal übersetzt werden, und dann ist eine Signal konditionierung erforderlich, um ein geeignetes, verwendbares Signal zu erzeugen.
Drucksensoren erzeugen eine Ausgangs spannung, die mit dem Druck variiert, den sie erfährt, und beziehen sich normaler weise auf das Sensore lement, das den Druck physisch erfasst. Es sind verpackte Drucksensoren mit Board-Mount erhältlich, bei denen der Konstrukteur Kalibrierung, Temperatur kompensation und Verstärkung separat berücksichtigen muss.
Verwirrender weise wird der Ausdruck "Drucksensor" manchmal auch verwendet, um Wandler und Sender im Allgemeinen zu beschreiben. Unsere Ingenieure betrachten den Sensor eher als Chip kern, und wir verwenden mehr öl gefüllte Silizium kerne (Diffusions silicium) anstelle von Keramik kernen, die einen besseren Messbereich und eine bessere Genauigkeit aufweisen.
Druck wandler erzeugen wie Drucksensoren eine Ausgangs spannung, die mit dem Druck variiert. Ein Wandler ist in diesem Zusammenhang ein Erfassungs element, das mit einer Signal konditionierung schaltung kombiniert wird, um möglicher weise Temperatur schwankungen zu kompensieren, und höchst wahr schein lich ein Verstärker, der die Übertragung von Signalen weiter von der Quelle ermöglicht. Beachten Sie, dass es für die meisten Anwendungen von Vorteil ist, Druck wandler zu spezifizieren, die temperatur kompensiert werden, anstatt zu versuchen, eine benutzer definierte Temperatur kompensation an einem Druck messelement zu implemen tieren. da die erforderlichen Tests kompliziert und schwierig sein können.
Drucks ender ähneln Wandlern, erzeugen jedoch ein Stroms ignal über eine Last mit niedriger Impedanz anstelle eines Spannungs signals. Typischer weise ist die Ausgabe eine industrielle Standard produktion von 4-20mA. Aber jetzt ist der Markt nicht sehr besorgt über die Verwirrung der Namen der drei, und es gibt Strom-, Spannungs-und Widerstands ausgänge. Beachten Sie, dass Sender in tragbaren Anwendungen die Batterien abnutzen können, wenn sie konsequent am oberen Ende ihres Druckbereichs verwendet werden.
Ein elektronischer Drucksensor beruht auf einer physikalischen Reaktion auf angelegten Druck und misst dann die resultierende proportionale Änderung elektronisch. Zu den häufig verwendeten Phänomenen gehören Kapazitäts änderungen oder Änderungen des ohmschen Widerstands eines Dehnung messers oder eines piezo elektrischen Elements, die proportional zur Größe der Auslenkung sind, wenn Druck ausgeübt wird.
Wichtige Kriterien wie Messbereich, Umwelt tauglichkeit, physikalische Größe und Leistungs anforderungen sowie die Art der erforderlichen Druckmessung haben einen erheblichen Einfluss auf Ingenieure, die nach einer anwendungs spezifischen Lösung suchen.
Ein kapazitiver Drucksensor enthält einen Kondensator mit einer starren Platte und einer flexiblen Membran als Elektroden. Die Fläche dieser Elektroden ist fixiert, die Kapazität ist proportional zum Abstand zwischen den Elektroden. Der zu messende Druck wird auf die Seite der flexiblen Membran ausgeübt, und die resultierende Durchbiegung verursacht eine Änderung der Kapazität, die unter Verwendung einer elektrischen Schaltung gemessen werden kann.
Ein kapazitiver Druck wandler beruht auf einer Kapazitäts änderung, die durch Auslenkung der Membran erzeugt wird und die Kondensator geometrie verändert
In einem Drucksensor vom Typ Dehnung messer sind Folien-oder Silizium-Dehnung smess streifen als Wheatstone-Brücke angeordnet. Der Dehnung messer ist an einer Art Membran befestigt, die beim Druck ausübt. Das resultierende Signal wird dann von der Wheatstone-Brücken schaltung gemessen, verstärkt und kondition iert, um einen geeigneten Wandler-Spannungs-oder Sender-Strom-Ausgang bereit zustellen, der für den angelegten Druck repräsent ativ ist, wie im Diagramm gezeigt.
Ein Schaltbild eines Brücken sensors
Piezo resistive Erfassungs elemente können auch in einer ähnlichen Brücken formation angeordnet werden. Das folgende Diagramm zeigt, wie die Erfassungs elemente eines Brücken drucksensors an einer flexiblen Membran befestigt sind, so dass sich der Widerstand entsprechend der Größe der Membran ablenkung ändert. Die Gesamt linearität des Sensors ist abhängig von der Stabilität der Membran über den angegebenen Messbereich sowie der Linearität der Dehnung messer oder piezo resistiven Elemente.
Piezo resistive Drucksensor elemente messen Widerstands änderungen entsprechend der Größe der Membran reflexion
Es ist leicht, sich einen piezo resistiven oder kapazitiven Drucksensor als großes Gerät vorzustellen, und MEMS ist der Mini-Typ. Leider hat LEFOO derzeit keine Pläne, MEMS-Produkte zu entwickeln.
Verständnis der Arten von Sensoren im allgemeinen Gebrauch, ihrer Funktions prinzipien und Verwendung weisen (absolut, Messgerät oder Differential) kann Ingenieuren dabei helfen, erste Auswahl entscheidungen zu treffen, wenn sie den für eine bestimmte Anwendung am besten geeigneten Sensor identifizieren.
Die verwendeten Materialien und die Art der Konstruktion können einen wichtigen Einfluss auf Aspekte wie den Messbereich haben und Faktoren wie den maximal überlebens fähigen Druck begrenzen, dem ein Sensor ausgesetzt sein kann. seine Stabilisierung szeit nach dem Löten und Langzeit stabilität in der beabsichtigten Anwendung.
Ein Verständnis der elektrischen Ausgangs eigenschaften, und die Schaltung, die für die ordnungs gemäße Interaktion mit dem elektronischen Host-System erforderlich ist-typischer weise ein auf Mikro controllern oder Mikroprozessoren basiertes Steuersystem-kann dazu beitragen, zu beurteilen, wie sich die Wahl des Drucksensors auf die wahr schein lichen Herausforderungen bei der elektronischen Integration auswirkt.
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