Как работи пиезорезистивният сензор за налягане?
Пиезорезистивният сензор за налягане е широко използвано устройство в различни индустрии поради високата си точност, надеждност и ефективност на разходите. Като доставчик на сензор за налягане, аз съм развълнуван да споделя с вас как работят тези сензори.
Основният принцип на пиезорезистивния ефект
Работата на пиезорезистивно сензор за налягане се основава на пиезорезистивния ефект. Пиезорезистивният ефект е открит за първи път през 19 век. Той описва промяната в електрическото съпротивление на материал, когато е подложен на механично напрежение. Някои материали, като силиций и германий, проявяват значително този ефект. Когато към тези материали се прилага механична сила, структурата на атомната решетка се деформира. Тази деформация променя мобилността на носителя на заряда (електрони и дупки) в материала, което от своя страна променя електрическото му съпротивление.
Структура на пиезорезистивен сензор за налягане
Типичният пиезорезистивен сензор за налягане се състои от сензорен елемент и верига за кондициониране на сигнала. Сензорният елемент обикновено е тънка диафрагма, изработена от пиезорезистивен материал. Диафрагмата е проектирана да се деформира при налягане. На повърхността на диафрагмата се изработват пиезорезистори. Тези пиезорезистори са подредени в конфигурация на моста на пшеничния камък.
Мостът Wheatstone е електрическа верига, използвана за измерване на неизвестно електрическо съпротивление чрез балансиране на два крака на мостова верига. В контекста на сензор за пиезорезистивно налягане, четирите пиезорезистори в моста на пшеничния камък променят стойностите си на съпротивление, когато диафрагмата се деформира под налягане. Това причинява дисбаланс в мостовата верига и се генерира изход на напрежението.
Работен процес на пиезорезистивен сензор за налягане
- Прилагане на налягане
Когато налягането се прилага към сензора, той действа върху диафрагмата. Диафрагмата е проектирана така, че да е чувствителна към промените в налягането. Например, в запълнена течност, налягането на течността ще се насочи към диафрагмата, което ще го отклони. Количеството на отклонение е пропорционално на приложеното налягане. - Деформация на диафрагмата и промяната на съпротивата
Тъй като диафрагмата се деформира, пиезорезисторите на повърхността му също изпитват механично напрежение. Според пиезорезистивния ефект, съпротивата на тези пиезорезисти се променя. Когато диафрагмата се огъне, някои от пиезорезисторите са разтегнати и тяхната съпротива се увеличава. Други са компресирани и тяхното съпротивление намалява. - Изход на моста на пшеничния камък
Промяната в съпротивлението на пиезорезисторите в моста на пшеничния камък води до дисбаланс в мостовата верига. В балансиран мост на пшеничния камък изходното напрежение е нула. Въпреки това, когато съпротивленията се променят поради налягане - индуцирана деформация, при изхода на моста се генерира не -нулево напрежение. Това изходно напрежение е пропорционално на приложеното налягане. - Кондициониране на сигнала
Изходното напрежение от моста на пшеничния камък обикновено е много малко и може да се наложи да бъде усилено и кондиционирано. Сигналната - кондиционираща верига усилва сигнала за малко напрежение, филтрира шум и може да изпълнява и други функции като компенсация на температурата. Температурата може да повлияе на съпротивлението на пиезорезисторите, а компенсацията на температурата е необходима, за да се гарантира точността на сензора в широк температурен диапазон.
Приложения на пиезорезистивни сензори за налягане
Пиезорезистивните сензори за налягане имат широк спектър от приложения в различни индустрии:
- Автомобилна индустрия
В автомобилната индустрия сензорите за пиезорезистивно налягане се използват за различни цели. Например, те могат да се използват за измерване на налягането в гумите, налягането на всмукателния колектор и налягането на маслото. TheМного - сензор за налягане на въздуха на превозното средствое чудесен пример за пиезорезистивен сензор за налягане, използван в автомобилното поле. Той може точно да измери налягането на въздуха при различни видове превозни средства, като гарантира безопасна и ефективна работа. - Индустриална автоматизация
В индустриалната автоматизация тези сензори се използват за наблюдение и контрол на налягането в хидравлични и пневматични системи. Те могат да се използват за измерване на налягането в тръбопроводите, резервоарите и друго промишлено оборудване. TheСензор за налягане 3MPAе подходящ за индустриални приложения, при които се изисква измерване на високо налягане. - Медицинска индустрия
В медицинската област сензорите за пиезорезистивно налягане се използват в устройства като монитори на кръвното налягане и вентилатори. Те могат точно да измерват налягането на течности и газове, което е от решаващо значение за диагностицирането и лечението на пациента. - Мониторинг на околната среда
Тези сензори могат да се използват и в приложения за мониторинг на околната среда, като измерване на атмосферно налягане и водно налягане в реки и езера.
Предимства на пиезорезистивните сензори за налягане
- Висока чувствителност
Пиезорезистивните сензори за налягане могат да открият много малки промени в налягането. Тяхната висока чувствителност ги прави подходящи за приложения, при които се изисква точно измерване на налягането. - Бързо време за реакция
Те имат бързо време за реакция, което означава, че могат бързо да открият и реагират на промените в налягането. Това е важно в приложенията, при които е необходим реално наблюдение на налягането във времето. - Широк обхват на налягането
Пиезорезистивните сензори за налягане могат да бъдат проектирани за измерване на широк спектър от налягания, от много ниско налягане до високо налягане. НапримерСензор за налягане 3MPAМоже да се справи с относително високо приложения на налягане. - Разходи - Ефективност
В сравнение с някои други видове сензори за налягане, сензорите за пиезорезистивно налягане са сравнително ефективни. Това ги прави популярен избор за много приложения.
Ограничения на пиезорезистивните сензори за налягане
- Температурна чувствителност
Въпреки че може да се извърши компенсация на температурата, сензорите за пиезорезистивно налягане все още са чувствителни към температурните промени. Екстремните температури могат да повлияят на точността на сензора. - Не -линейност
Възможно е да има известна линейност във връзката между приложеното налягане и изходното напрежение, особено при високо налягане. Често се изисква калибриране, за да се коригира тази не -линейност.
Нашите предложения като доставчик на сензор за налягане
Като доставчик на сензор за налягане ние предлагаме широк спектър от сензори за налягане на пиезорезистивно, за да отговорим на разнообразните нужди на нашите клиенти. Нашите сензори са проектирани с висококачествени материали и модерни производствени процеси, за да се гарантира висока точност и надеждност.
В допълнение къмМного - сензор за налягане на въздуха на превозното средствоиСензор за налягане 3MPA, имаме иАзотен кислороден сензор. Този сензор може да се използва за измерване на налягането и състава на азот и кислород в различни среди, което е много полезно в индустрии като химически и екологичен мониторинг.
Свържете се с нас за обществени поръчки
Ако се интересувате от нашите сензори за натиск и бихте искали да обсъдите поръчките, моля не се колебайте да се свържете с нас. Ние се ангажираме да ви предоставим най -добрите продукти и услуги. Независимо дали се нуждаете от малка - мащабна поръчка за изследователски проект или голяма мащабна поръчка за индустриално производство, можем да отговорим на вашите изисквания.
ЛИТЕРАТУРА
- Смит, CS (1954). Ефект на пиезорезистентност при германий и силиций. Физически преглед, 94 (1), 42 - 49.
- Fraden, J. (2010). Наръчник на съвременните сензори: физика, дизайни и приложения. Springer Science & Business Media.
- Kuo, CF, & Lin, CC (2008). Проектиране и производство на пиезорезистивен сензор за налягане със силиций - на - диафрагма на изолатора. Сензори и задействащи механизми A: Физически, 143 (2), 321 - 326.