Một cuộc thảo luận ngắn về việc chọn lõi cảm biến áp suất trong kỷ nguyên IoT
Trong thời đại IoT, đo lường các tham số áp suất cho chất lỏng và khí ngày càng phổ biến trong các ứng dụng như vòi chữa cháy thông minh, đồng hồ nước thông minh, nhà thông minh,và các ngành công nghiệp ô tô và thiết bị gia dụngCác kỹ sư thường phải đối mặt với những thách thức khi lựa chọn chip cảm biến áp suất do nhiều nguyên tắc và loạt sản phẩm có sẵn.Việc thiếu hiểu biết về lợi thế và nhược điểm có thể dẫn đến những quyết định dựa trên tin đồn.
Để giúp lựa chọn các cảm biến áp suất cho các ứng dụng kỹ thuật, chúng tôi rút ra kinh nghiệm sâu rộng của công ty về cảm biến tự động hóa và IoT.Dưới đây là một tổng quan ngắn gọn về các tiêu chí chính để lựa chọn các loại cảm biến áp suất khác nhau dựa trên phạm vi đo lường, yêu cầu độ chính xác, loại phương tiện và tổng chi phí.
Phạm vi và đặc điểm ngành công nghiệp khác nhau xác định loại cảm biến
Sự khác biệt giữa áp suất cao, trung bình và thấp thường có thể mơ hồ.
Áp suất thấp:0-100 kPa đến 500 kPa
Áp suất trung bình:5 bar đến 600 bar
Áp suất cao:Trên 600 bar
Mỗi ngành công nghiệp có nhu cầu cụ thể của riêng mình về việc sử dụng cảm biến áp suất. Ví dụ, cảm biến áp suất gốm được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô,trong khi các ứng dụng áp suất cao như máy móc xây dựng thủy lực thường dựa trên các bộ phim phunKhi lựa chọn một cảm biến, điều quan trọng là phải giao tiếp với các chuyên gia trong ngành để hiểu logic lựa chọn của họ.
Ứng dụng áp suất thấp
Trong các ứng dụng áp suất thấp, chẳng hạn như máy thở y tế, MEMS và các chip cảm biến silicon khuếch tán thường được sử dụng.hoặc trong máy in phun mực đòi hỏi khả năng chống ăn mònVí dụ, các sản phẩm từ E + H có thể đo trong phạm vi ± 7 kPa để đo mức độ và áp suất,với đường kính lõi cảm biến khoảng 32 mm.
Ứng dụng áp suất trung bình
Đối với các ứng dụng áp suất trung bình, nơi áp suất không vượt quá gấp ba lần áp suất nổ, các cảm biến áp suất kháng gốm meniscus rãnh tiêu chuẩn thường là đầy đủ.Hơn 95% máy nén không khí sử dụng loại nàyNhững tiến bộ gần đây đã dẫn đến các cảm biến kháng thạch nhựa màng phẳng có thể chịu được áp suất nổ vượt quá 10 lần phạm vi danh nghĩa.các cảm biến này là lựa chọn hiệu quả về chi phí trong các phép đo áp suất trung bình.
Ứng dụng áp suất cao
Trong các kịch bản áp suất cao, chẳng hạn như máy móc xây dựng và máy đúc phun, các cảm biến phải chịu được cú sốc thủy lực.Các cơ thể đàn hồi kim loại được ưa thích vì độ dẻo dai vượt trội so với gốm sứKim loại như 17-4PH cung cấp độ tin cậy tốt hơn về áp suất nổ.
Đối với các ứng dụng áp suất cao, các cảm biến chủ yếu sử dụng màng mỏng và đo căng như chip cảm biến áp suất, thường phát ra các tín hiệu trong phạm vi 1-2 mV / V.Công ty của chúng tôi đang phát triển một bộ cảm biến áp suất cao kim loại lớp dày, theo nguyên tắc tương tự như công nghệ kháng thép gốm, với tín hiệu đầu ra là 2-3 mV / V. Sử dụng các quy trình tiên tiến như cắt laser và bù nhiệt độ hoạt động,Những cảm biến này sẽ vượt trội hơn các sản phẩm hiện có trên thị trường.
Nguyên tắc lựa chọn độ chính xác đo lường
Khi lựa chọn độ chính xác, mục tiêu không phải lúc nào cũng là chọn độ chính xác cao nhất có thể, mà là phù hợp với ứng dụng.và nhiều tuyên bố độ chính xác cao đi kèm với những hạn chế về điều kiện sử dụng của họ. Xem xét cẩn thận trang dữ liệu để tránh hiểu lầm.
Đối với tín hiệu đầu ra cảm biến ở cùng một phạm vi áp suất, MEMS và các sản phẩm silic lan truyền thường có đầu ra toàn diện 5-20 mV/V, các cảm biến gốm lớp dày đầu ra 2-4 mV/V,trong khi phim mỏng và máy đo độ căng được phun ra 1-2 mV/VMặc dù MEMS và silic phân tán dường như vượt trội hơn, nhưng chúng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi biến đổi nhiệt độ, đòi hỏi phải bù đắp nhiệt độ và hiệu chuẩn đầy đủ cho hiệu suất tối ưu.
Với những tiến bộ trong mạch tích hợp, các IC khuếch đại hậu端 và ASIC hiện cung cấp tính năng xử lý ADC 24 bit với chi phí giảm.Trong khi các cảm biến áp suất kháng gốm có giá trị đầu ra thấp hơn một chút so với MEMS, tín hiệu đầu ra ổn định, kết hợp với chuyển đổi ADC bit cao, có thể sánh hoặc vượt quá độ chính xác của silicon khuếch tán.Sự cải thiện này đang tạo điều kiện cho việc thay thế dần các sản phẩm silic phân tán trong các ứng dụng công nghiệp và dân sự khác nhau.
Đo phương tiện và giới hạn sử dụng
Các phương tiện đo được phân loại thành khí và chất lỏng, với khí được chia thành khí sạch và chứa nước hoặc dầu.và thành phần hóa họcNói chung, MEMS và silicon khuếch tán không thể tiếp xúc trực tiếp với không khí hoặc chất lỏng thực tế và yêu cầu silicon chứa dầu hoặc các loại gel khác để cô lập.Các cảm biến áp suất kháng gốm có khả năng chống ăn mòn và không bị ảnh hưởng bởi hằng số dielectric của môi trườngKhông giống như các cảm biến áp suất công suất gốm, những người đấu tranh để đo áp suất của nước hoặc dầu với hàm lượng nước mà không bị cô lập, các cảm biến kháng gốm hoạt động đáng tin cậy.
Trong một số lĩnh vực, tốc độ phản ứng và khả năng chống môi trường của MEMS và silic phân tán hạn chế việc sử dụng chúng trên 120 độ C.Các sản phẩm tiêu dùng có thể bị biến động nhiệt độ trên 80 độDo đó, mỗi MEMS và sản phẩm silic phân tán đòi hỏi phải bù đắp và hiệu chuẩn ở các nhiệt độ khác nhau, làm tăng chi phí.Các cảm biến áp suất lớp dày gốm gốm có hệ số nhiệt độ kháng dưới 100 ppm và hệ số nhiệt độ nhạy dưới 10 ppmVới công nghệ bù đắp nhiệt độ hoạt động và điều chỉnh bằng laser của chúng tôi, chúng có thể đạt được nhiệt độ không trong phạm vi chính xác từ -40 đến 125 độ.
Chi phí toàn diện
Trong thời đại IoT, các cảm biến áp suất phải được sản xuất hàng loạt, đáng tin cậy cao, chi phí thấp và chính xác để đáp ứng nhu cầu ứng dụng.bảo trì, kênh mua sắm, khả năng thay thế và thời gian giao hàng.
Thông thường, MEMS và các chip silicon khuếch tán đòi hỏi phải chứa và đóng gói dầu thứ cấp, với giá mô-đun dao động từ 60 đến 200 nhân dân tệ.Chi phí lắp ráp và hiệu chuẩn có thể nâng giá thị trường lên khoảng 300-400 nhân dân tệ.
Gần đây, lõi điện dung số gốm trong nước có giá từ 10-20 nhân dân tệ.Những con chip này chủ yếu được kiểm soát bởi các công ty như Renesas của Nhật Bản, SENSATA, và Melexis, dẫn đến tổng chi phí khoảng 30 nhân dân tệ.nhưng sự phụ thuộc vào các nguồn bên ngoài có thể dẫn đến chi phí sản xuất cao.
Các lõi phim mỏng bị phun là tốn kém và chi phí hàn cao. Các sản phẩm đo căng phải đối mặt với chi phí dính cao và không ổn định.làm cho chúng không phù hợp với sản xuất hàng loạt và phù hợp hơn cho các ứng dụng quy mô nhỏ.
Loại cảm biến áp suất duy nhất đáp ứng các yêu cầu về sản xuất hàng loạt, độ tin cậy cao, chi phí thấp,và độ chính xác đầy đủ trong khi sử dụng các chip điều hòa sản xuất trong nướcNhững cảm biến này cung cấp chi phí tổng thể thấp nhất.
Công ty của chúng tôi đã thành lập dây chuyền sản xuất tự động lớn nhất cho các cảm biến áp suất piezoresistive gốm trong nước.Chúng tôi sử dụng các mạch rất ổn định và các kỹ thuật bù nhiệt độ hoạt độngBằng cách tích hợp các chip điều hòa trong nước từ các công ty như Jiuhao Electronics và Naxon Microelectronics, chúng tôi có thể tạo ra một hệ thống điều hòa điện tử.chúng ta có thể đạt được sự tự chủ và kiểm soát các thành phần cốt lõi, cho phép sản xuất quy mô lớn với chi phí thấp với triển vọng ứng dụng đầy hứa hẹn.