Датчики микро-, низкого и среднего давления: как выбрать правильный диапазон МЭМС

Инженеру, настраивающему контур воздушного потока вентилятора, предлагается «выбрать датчик низкого давления». На сайте дистрибьютора тот же поиск возвращает микросхемы микродавления, модули низкого давления и преобразователи среднего давления. Все три семейства выглядят почти одинаково в своих корпусах SMD, однако чувствительный элемент внутри каждого из них создан для разных механических реалий. Выбирайте микро, когда разница давлений действительно мала. Выберите низкое значение для общего расхода воздуха и показаний барометрического диапазона. Выбирайте среду для гидравлических силовых и топливных систем. Это первое решение определяет физические ограничения, которые не может преодолеть никакая программная калибровка.

В этом руководстве объясняется, как три категории диапазона давления определены в технических характеристиках датчика MEMS, почему различия важны для точности и надежности, а также как сопоставить приложение с правильным семейством датчиков.

Как определяются категории диапазона давления

Ни один глобальный стандарт не устанавливает границу между микро-, низким и средним давлением. Это разделение носит скорее практический, чем юридический характер, и оно меняется от одного производителя к другому. В таблице ниже показана разбивка, обычно используемая при выборе датчика давления MEMS.

Датчики микродавления справляются с очень небольшими перепадами давления, часто ниже 1 кПа. Их диафрагмы тонкие и податливые, что делает их чувствительными, но также более уязвимыми к температурному дрейфу и механическим ударам. Датчики низкого давления охватывают диапазон, используемый для манометрических, барометрических и респираторных измерений. Датчики среднего давления работают там, где чувствительный элемент может быть изготовлен более прочно, с более толстыми диафрагмами, выдерживающими более высокие нагрузки и периодические случаи избыточного давления.

Для покупателя компонентов практический вывод прост: датчик микродавления — это не датчик низкого давления с другой маркировкой. Они спроектированы по-разному, откалиброваны по-разному и требуют разного обращения во время сборки.

Почему диапазон имеет значение для конструкции датчика

Геометрия диафрагмы и чувствительность

Диапазон давления определяет геометрию МЭМС-диафрагмы, и эта геометрия определяет большинство ключевых функций датчика. Датчик, предназначенный для измерения микродавления, имеет диафрагму, достаточно тонкую, чтобы отклоняться в пределах нескольких сотен паскалей. Такая тонкость повышает чувствительность, но ухудшает реакцию на температурное расширение и нагрузку на корпус. В устройствах среднего давления может использоваться более толстая и жесткая диафрагма, которая лучше противостоит избыточному давлению и меньше подвержена влиянию механических напряжений, вызванных припоем.

Калибровка и истинное значение точности

Процедуры калибровки также различаются. Датчикам микродавления обычно требуется коррекция смещения нуля для каждого устройства, поскольку даже небольшое напряжение корпуса смещает нулевую точку. Датчики среднего давления редко обнаруживают эту проблему в такой же степени, поэтому их стабильность нулевой точки легче поддерживать на протяжении всей производственной партии. По этой причине одно и то же заявление о полномасштабной точности в 0,2 процента означает разные вещи в каждом диапазоне. Для датчика микродавления 1 кПа 0,2 процента FSS соответствует допустимой погрешности всего 2 Па, что отлично, но требует тщательной температурной компенсации. Для датчика среднего давления 2 МПа 0,2 процента FSS соответствует допустимой погрешности 4 кПа, что является гораздо более легкой целью для калибровочной линии. Всегда проверяйте, публикует ли поставщик как точность при 25 °C, так и общий диапазон погрешностей в диапазоне рабочих температур; для деталей микро- и низкого давления последнее число будет ограничивать вашу конструкцию.

Аналоговые и цифровые выходы: соответствие диапазона вашему интерфейсу

Диапазон измерения и выходной сигнал являются отдельными осями выбора, но на практике они взаимодействуют. Датчики с аналоговым выходом выдают логометрическое напряжение, пропорциональное давлению, обычно от моста Уитстона с усилителем на базе ASIC. Они недороги, легко подключаются к АЦП микроконтроллера и доступны практически в любом диапазоне. Датчики с цифровым выходом объединяют АЦП и интерфейс I²C или SPI на кристалле, что устраняет необходимость внешнего преобразования сигнала и упрощает компоновку платы.

Компромисс проявляется в крайностях. Для датчика микродавления аналоговый выходной сигнал всего в несколько милливольт на паскаль становится шумным, если длина трассы до АЦП велика, поэтому цифровая версия со встроенным преобразованием часто безопаснее. Для датчиков среднего давления аналоговый сигнал больше, и многие промышленные платы уже напрямую принимают выходное напряжение. Цифровые версии существуют в основном для семейств низкого давления и микродавления, где целостность сигнала имеет наибольшее значение, в то время как продукты среднего давления остаются доступными в аналоговой форме для прямого подключения к существующей управляющей электронике.

При сравнении деталей проверьте соответствие выходных характеристик входному диапазону контроллера. Логометрический выход, подключенный к источнику питания 5 В, ведет себя иначе, чем фиксированный выход 3,3 В, и не каждый АЦП одинаково хорошо справляется с обоими.

Типичные примеры применения для каждого диапазона

Медицинские, бытовые и беспилотные устройства

Медицинское оборудование является наиболее требовательным рынком микро- и низкого давления. Дыхательные устройства, наркозные аппараты и системы CPAP должны выдерживать давление в несколько килопаскалей с повторяемой точностью и стабильным нулевым поведением в течение длительных периодов времени. Те же семейства, которые используются в медицинских учреждениях, такие как MCPh10, MCPh11, MCPh20 и MCPh21, также фигурируют в категориях низкого давления и дифференциального давления. На практике диапазон биологического давления и диапазон «низкого давления» во многом совпадают, поэтому Страницы медицинского датчика давления являются полезным справочным материалом даже для немедицинских применений с аналогичными пределами давления.

Бытовая электроника, включая носимые устройства и устройства для умного дома, использует датчики абсолютного низкого давления в качестве барометрических эталонов, где решающим фактором является постоянство температуры. В конструкциях дронов используется один и тот же тип измерения низкого давления для оценки высоты, что объясняет, почему одна модель цифрового датчика, такая как MCPh21, появляется как в категории дронов, так и в категории низкого давления.

Промышленные и автомобильные системы

Промышленное оборудование использует более широкий диапазон диапазонов. Детекторы засорения фильтров и мониторы воздушного потока работают на уровнях микродавления и перепада, где засорение фильтра проявляется в виде небольшого падения давления на двух портах. Гидравлические прессы, пневматические приводы и газораспределительные линии работают при среднем давлении, где абсолютная точность и надежность имеют большее значение, чем способность разрешать малейшие изменения. Автомобильные приложения также охватывают средний диапазон: измерения топливной рампы, давления масла и впускного коллектора находятся выше хрупкого диапазона диафрагмы низкого давления и ниже промышленных датчиков высокого давления.

Практический контрольный список выбора

Для инженера, работающего над новым проектом, следующая последовательность действий снижает вероятность дорогостоящего неправильного выбора.

1. Сначала определите тип давления. Решите, требуется ли приложению избыточное, абсолютное или дифференциальное давление. Это более важно, чем диапазон, поскольку дифференциальный датчик может измерять низкое манометрическое давление, но манометрический датчик не может измерять разницу между двумя портами.
2. Выбирайте диапазон с запасом не менее 20 процентов. Работа датчика микродавления в самом верхнем диапазоне диапазона не оставляет места для кратковременных скачков давления. Хорошей отправной точкой будет значение примерно в 1,5 раза превышающее ожидаемое максимальное давление.
3. Сравнивайте общий диапазон ошибок, а не только точность. Точность при 25 °C почти всегда лучше, чем погрешность во всем диапазоне температур. Для датчиков микро- и низкого давления запросите общий диапазон погрешностей для предполагаемой рабочей температуры и сравните это значение с бюджетом вашей системы.
4. Проверьте стабильность с течением времени. Долгосрочная стабильность обычно выражается в процентах от полной шкалы в год. Стабильный ноль имеет большее значение, чем чуть более высокая точность, если продукт должен работать без калибровки в полевых условиях.
5. Сопоставьте упаковку с процессом сборки. Корпуса для поверхностного монтажа снижают стоимость сборки, но подвергают чувствительный кристалл воздействию температур оплавления, которые могут сместить нулевую точку. Пакеты DIP/SIP легче использовать при производстве прототипов и на линиях ручной сборки.
6. Проверьте совместимость носителей. Чувствительный элемент может контактировать с воздухом, газами или жидкостями в зависимости от конструкции порта. Прежде чем отправлять на упаковку, убедитесь, что смоченные материалы совместимы с носителем.

Также стоит запомнить два источника источников. Во-первых, попросите у поставщика отчет о калибровке, который поставляется с каждой партией; он должен документировать смещение нулевой точки, полномасштабную производительность и температурный дрейф, измеренный на реальной производственной линии. Во-вторых, заранее подтвердите минимальный объем заказа и время выполнения заказа, поскольку требования к индивидуальной калибровке могут удлинить графики поставок.

Подбор продуктов MemsTech в соответствии с вашим ассортиментом

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) организует свой каталог вокруг матрицы продуктов, а не одной линейки продуктов. Компания самостоятельно производит датчики давления MEMS с внутренней упаковкой, сваркой, температурной компенсацией и калибровкой на предприятии площадью 2000 квадратных метров. Заявленная годовая производительность в 60 миллионов единиц и заявленная точность до 0,2 процента при полной шкале означают, что категории ассортимента превращаются в конкретные, повторяемые продукты.

Для измерения микродавления Датчик микродавления DPTR8 относится как к микродавлению, так и к промышленной категории. Его дифференциальный характер позволяет обнаруживать небольшие изменения давления в системах контроля фильтров и воздушного потока. Если ваше приложение должно разрешать сотни паскалей через два порта, это семейство необходимо оценить в первую очередь.

Оптовый датчик микродавления DPT-R8 Поставщики, Фабрика Wuxi Mems Tech Co., Ltd. - это оптовый китайский датчик микродавления DPT-R8. Поставщики, завод, Введение. Темой этого документа является... Посмотреть продукт →

Для измерения низкого давления Датчики низкого давления МЦФ20 и МЦФ21 выходы манометра, дифференциального и цифрового сигнала. Цифровая версия полезна в компактных платах, где сигнал должен передаваться без помех. Одно и то же семейство появляется в списках применений в медицине и дронах, что указывает на то, что его рабочие характеристики практичны в реальных продуктах, развернутых в полевых условиях.

Оптовая продажа MCP-H20, MCP-H21 Датчик низкого давления Поставщики, Фабрика Wuxi Mems Tech Co., Ltd. Является оптовым поставщиком датчиков низкого давления MCP-H20, MCP-H21 в Китае, завод, ОПИСАНИЕ Серия MCP-H20 представляет собой ... Посмотреть продукт →

Для измерения среднего давления Семейство датчиков среднего давления MCP5xxx сочетает в себе более широкий диапазон измерений с надежностью более толстой диафрагмы. Он включен в категории среднего давления, аналогового сигнала и медицинского оборудования, что предполагает стабильную, зрелую платформу, подходящую для массового производства. Это семейство часто является выбором по умолчанию, когда конструкция требует широкого охвата диапазона без чрезвычайной чувствительности, свойственной деталям микродавления.

Оптовая продажа MCP5XXX Датчик среднего давления Поставщики, Фабрика Wuxi Mems Tech Co., Ltd. - это оптовый китайский датчик среднего давления MCP5XXX. Поставщики, завод. Серия MCP5XXXDP имеет встроенный датчик ... Посмотреть продукт →

Если вы не уверены, какое семейство соответствует вашему дизайну, Страница диапазона датчика микродавления и линейка датчиков среднего давления обеспечить структурированное представление доступных опций. Поскольку одна физическая модель может присутствовать в нескольких категориях, также стоит проверить список медицинских приложений если ваш продукт принадлежит этому сектору.

Окончательное решение сводится к физическим требованиям системы: необходимый тип давления, изменение температуры, которое будет наблюдать устройство, и может ли тракт сигнала выдерживать шум аналогового соединения. Как только они будут исправлены, категория ассортимента выбирается сама, а оставшийся выбор остается между конкретными моделями и поставщиками.