IoT Çağında Basınç Sensörü Çekirdeklerinin Seçimi Üzerine Kısa Bir Tartışma

IoT çağında, akıllı yangın muslukları, akıllı su sayaçları, akıllı evler ve otomotiv ve beyaz eşya endüstrileri gibi uygulamalarda sıvılar ve gazlar için basınç parametrelerini ölçmek giderek yaygınlaşmaktadır. Mühendisler, mevcut çeşitli prensipler ve ürün serileri nedeniyle basınç sensörü çipleri seçerken sıklıkla zorluklarla karşılaşırlar. Avantajlar ve dezavantajlar hakkında bilgi eksikliği, duyumlara dayalı kararlara yol açabilir.

Mühendislik uygulamaları için basınç sensörleri seçimine yardımcı olmak amacıyla, şirketimizin otomasyon ve IoT sensörleri konusundaki kapsamlı deneyiminden yararlanıyoruz. Aşağıda, ölçüm aralığı, doğruluk gereksinimleri, ortam türü ve genel maliyet temelinde farklı basınç sensörü türlerini seçmek için temel kriterlerin kısa bir özeti bulunmaktadır.

Farklı Aralıklara ve Endüstri Özelliklerine Göre Sensör Tipi Belirlenir

Yüksek, orta ve düşük basınç arasındaki ayrım genellikle belirsiz olabilir. Endüstriyel sektörde aşağıdaki sınıflandırmalar yaygındır:

• Düşük Basınç: 0-100 kPa ila 500 kPa
• Orta Basınç: 5 bar ila 600 bar
• Yüksek Basınç: 600 barın üzerinde

Her endüstrinin basınç sensörü kullanımı için kendine özgü ihtiyaçları vardır. Örneğin, seramik basınç sensörleri otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılırken, hidrolik inşaat makineleri gibi yüksek basınç uygulamaları genellikle püskürtülmüş filmlere dayanır. Bir sensör seçerken, seçim mantıklarını anlamak için endüstri profesyonelleriyle iletişim kurmak çok önemlidir.

Düşük Basınç Uygulamaları

Tıbbi ventilatörler gibi düşük basınç uygulamalarında, MEMS ve difüzyonlu silikon sensör çipleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, hijyenin öncelikli olduğu gıda üretimi gibi endüstrilerde veya korozyon direnci gerektiren mürekkep püskürtmeli yazıcılarda, daha büyük seramik kapasitif veya dirençli sensörler tercih edilebilir. Örneğin, E+H'nin ürünleri, seviye ve basınç ölçümü için ±7 kPa aralığında ölçüm yapabilir ve sensör çekirdek çapları yaklaşık 32 mm'dir.

Orta Basınç Uygulamaları

Basınçların patlama basıncının üç katını aşmadığı orta basınç uygulamaları için, standart içbükey menisküs seramik dirençli basınç sensörleri genellikle yeterlidir. Hava kompresörlerinin %95'inden fazlası bu türü kullanır. Son gelişmeler, nominal aralığın on katını aşan patlama basınçlarına dayanabilen düz membran seramik dirençli sensörlere yol açmıştır. Yüksek sıcaklık ve korozyon direnci ile bu sensörler, orta basınç ölçümlerinde uygun maliyetli seçeneklerdir.

Yüksek Basınç Uygulamaları

İnşaat makineleri ve enjeksiyon kalıplama makineleri gibi yüksek basınç senaryolarında, sensörler hidrolik şoklara dayanmalıdır. Seramiklere kıyasla üstün toklukları nedeniyle metal elastik gövdeler tercih edilir. 17-4PH gibi metaller, patlama basıncı açısından daha iyi güvenilirlik sağlar.

Yüksek basınç uygulamaları için sensörler öncelikle püskürtülmüş ince film ve gerinim ölçerler gibi basınç sensör çipleri kullanır ve tipik olarak 1-2 mV/V aralığında sinyaller verir. Şirketimiz, seramik dirençli teknolojiyle aynı prensibi izleyen, 2-3 mV/V çıkış sinyaline sahip kalın film metal yüksek basınç sensörü geliştirmektedir. Lazer kesme ve aktif sıcaklık kompanzasyonu gibi gelişmiş süreçler kullanılarak, bu sensörler piyasadaki mevcut ürünlerden daha iyi performans gösterecektir.

Ölçüm Doğruluğu Seçimi İlkeleri

Doğruluk seçerken, amaç her zaman mümkün olan en yüksek doğruluğu seçmek değil, uygulamaya uygun olanı seçmektir. Yüksek doğruluklu basınç sensörleri pahalı olabilir ve birçok yüksek doğruluk iddiası, kullanım koşullarıyla ilgili sınırlamalarla birlikte gelir. Yanlış anlamaları önlemek için veri sayfasını dikkatlice inceleyin.

Aynı basınç aralığındaki sensör çıkış sinyalleri için, MEMS ve difüzyonlu silikon ürünler tipik olarak 5-20 mV/V'lik bir tam ölçek çıkışına, kalın film seramik sensörler 2-4 mV/V'lik bir çıkışa sahipken, püskürtülmüş ince film ve gerinim ölçerler 1-2 mV/V'lik bir çıkışa sahiptir. MEMS ve difüzyonlu silikon daha üstün görünse de, sıcaklık değişimlerinden oldukça etkilenirler ve optimum performans için yeterli sıcaklık kompanzasyonu ve kalibrasyon gerektirirler.

Entegre devrelerdeki gelişmelerle birlikte, arka uç amplifikasyon IC'leri ve ASIC'ler artık daha düşük maliyetlerle 24 bit'e kadar ADC işleme sunmaktadır. Seramik dirençli basınç sensörleri, MEMS'ten biraz daha düşük çıkış değerlerine sahip olsa da, kararlı çıkış sinyalleri, yüksek bitli ADC dönüşümü ile birleştirildiğinde, difüzyonlu silikonun doğruluğuna ulaşabilir veya onu aşabilir. Bu iyileştirme, çeşitli endüstriyel ve sivil uygulamalarda difüzyonlu silikon ürünlerin kademeli olarak yerini almasını kolaylaştırmaktadır.

Orta Ölçüm ve Kullanım Sınırları

Ölçülen ortamlar gazlar ve sıvılar olarak sınıflandırılır, gazlar ise temiz gazlar ve su veya yağ içeren gazlar olarak ayrılır. Birincil farklılıklar iletkenlik, dielektrik sabiti ve kimyasal bileşimde yatmaktadır. Genel olarak, MEMS ve difüzyonlu silikon, gerçek hava veya sıvılarla doğrudan temas edemez ve izolasyon için yağ dolgulu silikon veya diğer jeller gerektirir. Buna karşılık, seramik dirençli basınç sensörleri korozyona dayanıklıdır ve ortamın dielektrik sabitinden etkilenmez. İzolasyon olmadan su veya su içeriği olan yağın basıncını ölçmekte zorlanan seramik kapasitif basınç sensörlerinin aksine, seramik dirençli sensörler güvenilir bir şekilde performans gösterir.

Bazı alanlarda, MEMS ve difüzyonlu silikonun tepki hızı ve çevresel direnci, 120 santigrat derecenin üzerindeki kullanımlarını sınırlar. Tüketici sınıfı ürünler 80 derecenin üzerinde sıcaklık kayması yaşayabilir. Bu nedenle, her MEMS ve difüzyonlu silikon ürün, çeşitli sıcaklıklarda kompanzasyon ve kalibrasyon gerektirir, bu da maliyetleri artırır. Buna karşılık, seramik kalın film basınç sensörleri, 100 ppm'nin altında bir direnç sıcaklık katsayısına ve 10 ppm'nin altında bir hassasiyet sıcaklık katsayısına sahiptir. Aktif sıcaklık kompanzasyonu ve lazer ayar teknolojimizle, -40 ila 125 derece arasında belirli bir doğruluk aralığında sıfır sıcaklık kayması elde edebilirler.

Kapsamlı Maliyet

IoT çağında, basınç sensörleri uygulama ihtiyaçlarını karşılamak için seri üretilmeli, yüksek güvenilirliğe sahip, düşük maliyetli ve doğru olmalıdır. Maliyet değerlendirmeleri arasında malzeme giderleri, kalibrasyon maliyetleri, bakım, tedarik kanalları, değiştirilebilirlik ve teslimat süreleri yer alır.

Tipik olarak, MEMS ve difüzyonlu silikon çipleri ikincil yağ dolumu ve paketleme gerektirir ve modül fiyatları 60 ila 200 yuan arasında değişir. Montaj ve kalibrasyon giderleri, piyasa fiyatını yaklaşık 300-400 yuan'a çıkarabilir.

Son zamanlarda, yerli seramik kapasitif çekirdekler 10-20 yuan arasında maliyetlidir. Uygun fiyatlı olmakla birlikte, arka uç kapasitif devreyi işlemek için kullanılan ASIC pahalı olabilir. Bu çipler öncelikle Japonya'dan Renesas, SENSATA ve Melexis gibi şirketler tarafından kontrol edilmektedir ve toplam maliyetleri yaklaşık 30 yuan'a çıkarmaktadır. Otomotiv ve klima basınç sensörlerinde yaygın olarak kullanılırlar, ancak harici kaynaklara bağımlılıkları yüksek üretim maliyetlerine yol açabilir.

Püskürtülmüş ince film çekirdekler maliyetlidir ve kaynak giderleri yüksektir. Gerinim ölçer ürünleri yüksek yapışkan maliyetleriyle ve kararsızlıkla karşı karşıyadır, bu da onları seri üretim için uygunsuz hale getirir ve daha çok küçük ölçekli uygulamalar için uygundur.

Seri üretim, yüksek güvenilirlik, düşük maliyet ve yeterli hassasiyet için gereksinimleri karşılayan tek basınç sensörü türü - aynı zamanda yerli üretim kondisyonlama çiplerini kullanan - seramik piezorezistif basınç sensörüdür. Bu sensörler en düşük kapsamlı maliyeti sunar.

Şirketimiz, ülkedeki en büyük otomatik seramik piezorezistif basınç sensörü üretim hattını kurmuştur. Yüksek kararlı devreler ve aktif sıcaklık kompanzasyon teknikleri kullanıyoruz. Kalibrasyon sadece basınç için gereklidir ve bu da maliyetleri önemli ölçüde azaltır. Jiuhao Electronics ve Naxon Microelectronics gibi şirketlerden yerli kondisyonlama çiplerini entegre ederek, temel bileşenler üzerinde özerklik ve kontrol sağlayabilir, düşük maliyetli, büyük ölçekli üretim sağlayabilir ve umut verici uygulama beklentileri sunabiliriz.