Mikro-, matala- ja keskipaineanturit: kuinka valita oikea MEMS-alue

Insinööriä, joka määrittää hengityslaitteen ilmavirtaussilmukan, kehotetaan "valitsemaan matalapaineanturi". Jakelijan sivustolla sama haku palauttaa mikropainesirut, matalapainemoduulit ja keskipaineanturit. Kolme perhettä näyttävät lähes identtisiltä SMD-pakkauksissaan, mutta jokaisen sisällä oleva anturielementti on rakennettu erilaista mekaanista todellisuutta varten. Valitse mikro, kun paine-ero on todella pieni. Valitse alhainen yleisen ilmavirran ja barometrisen alueen lukemille. Valitse väliaine nestevoima- ja polttoainejärjestelmille. Tämä ensimmäinen päätös määrittelee fyysiset rajat, joita mikään ohjelmistokalibrointi ei voi voittaa.

Tässä oppaassa kerrotaan, kuinka kolme painealueluokkaa määritellään MEMS-anturin tietosivulla, miksi eroilla on merkitystä tarkkuuden ja luotettavuuden kannalta ja kuinka sovellus kartoitetaan oikeaan anturiperheeseen.

Kuinka painealueluokat määritellään

Mikään yksittäinen globaali standardi ei aseta rajaa mikro-, matala- ja keskipaineen välille. Jako on pikemminkin käytännöllinen kuin laillinen, ja se siirtyy valmistajalta toiselle. Alla olevassa taulukossa näkyy MEMS-paineanturin valinnassa yleisesti käytetty jaottelu.

Mikropaineanturit käsittelevät hyvin pieniä paine-eroja, usein alle 1 kPa. Niiden kalvot ovat ohuita ja mukautuvia, mikä tekee niistä herkempiä, mutta myös alttiimpia lämpötilan vaihteluille ja mekaanisille iskuille. Matalapaineanturit kattavat manometrisissa, barometrisissa ja hengitysmittauksissa käytettävän kaistan. Keskipaineanturit toimivat siellä, missä anturielementti voidaan rakentaa kestävämmin, paksummilla kalvoilla, jotka kestävät korkeampaa rasitusta ja satunnaisia ​​ylipainetapahtumia.

Komponenttien ostajalle käytännön seuraus on yksinkertainen: mikropaineanturi ei ole matalapaineanturi, jolla on eri etiketti. Nämä kaksi on suunniteltu eri tavalla, kalibroitu eri tavalla ja vaativat erilaista käsittelyä kokoonpanon aikana.

Miksi kantama on tärkeä anturin rakentamisessa

Kalvon geometria ja herkkyys

Painealue määrittää MEMS-kalvon geometrian, ja tämä geometria ohjaa useimpia anturin keskeisiä toimintoja. Mikropainemittaukseen tehdyn anturin kalvo on riittävän ohut poikkeamaan mitattavissa olevasti alle muutaman sadan pascalin. Tämä ohuus parantaa herkkyyttä, mutta huonontaa vastetta lämpötilan laajenemiseen ja pakkauksen rasitukseen. Keskipaineisissa laitteissa voidaan käyttää paksumpaa, jäykempää kalvoa, joka kestää paremmin ylipainetta ja johon juotoksen aiheuttama mekaaninen rasitus vaikuttaa vähemmän.

Kalibrointi ja tarkkuuden todellinen merkitys

Myös kalibrointirutiinit vaihtelevat. Mikropaineanturit tarvitsevat tyypillisesti laitekohtaisen nollapoikkeamakorjauksen, koska pienikin pakkausjännitys siirtää nollapistettä. Keskipaineanturit osoittavat tätä ongelmaa harvoin samalla tasolla, joten niiden nollapisteen vakaus on helpompi ylläpitää koko tuotantoerässä. Tästä syystä sama 0,2 prosentin täyden mittakaavan tarkkuusvaatimus tarkoittaa eri asioita kullakin alueella. 1 kPa:n mikropaineanturissa 0,2 prosenttia FSS vastaa vain 2 Pa:n sallittua virhettä, mikä on erinomaista, mutta vaatii huolellista lämpötilan kompensointia. 2 MPa:n keskipaineanturissa 0,2 prosenttia FSS vastaa 4 kPa:n sallittua virhettä, mikä on paljon helpompi tavoite kalibrointilinjalle osua. Tarkista aina, julkaiseeko toimittaja sekä tarkkuuden 25 °C:ssa että kokonaisvirhealueen käyttölämpötila-alueella; mikro- ja matalapaineosissa jälkimmäinen on määrä, joka rajoittaa suunnitteluasi.

Analogiset ja digitaaliset lähdöt: sovittaa kantaman käyttöliittymään

Mittausalue ja lähtösignaali ovat erillisiä valintaakseleita, mutta ne toimivat vuorovaikutuksessa käytännössä. Analogiset anturit tarjoavat paineeseen verrannollisen ratiometrisen jännitteen, tyypillisesti Wheatstonen sillalta ASIC-vahvistetulla vahvistimella. Ne ovat edullisia, helppo liittää mikrokontrolleriin ADC, ja niitä on saatavana lähes kaikilla alueilla. Digitaaliset lähtöanturit integroivat ADC:n ja I²C- tai SPI-liitännän, mikä poistaa ulkoisen signaalin käsittelyn ja yksinkertaistaa kortin asettelua.

Kompromissi näkyy ääripäissä. Mikropaineanturissa vain muutaman millivoltin pascalin analoginen lähdöstä tulee kohinaa, jos jäljityspituus ADC:hen on pitkä, joten digitaalinen versio sirumuunnolla on usein turvallisempi. Keskipaineantureissa analoginen signaali on suurempi, ja monet teollisuuskortit hyväksyvät jo jännitteen suoraan. Digitaalisia versioita on pääasiassa matalapaine- ja mikropaineperheille, joissa signaalin eheys on tärkeintä, kun taas keskipainetuotteita on edelleen saatavana analogisessa muodossa suoraan liitettäviksi olemassa olevaan ohjauselektroniikkaan.

Kun vertaat osia, tarkista lähtömääritykset ohjaimen tuloalueen kanssa. 5 V:n syöttöön sidottu ratiometrinen lähtö käyttäytyy eri tavalla kuin kiinteä 3,3 V:n lähtö, eivätkä kaikki ADC käsittele molempia yhtä hyvin.

Tyypilliset sovellusmallit jokaiselle alueelle

Lääketieteelliset, kuluttaja- ja dronelaitteet

Lääketieteelliset laitteet ovat vaativimmat mikro- ja matalapainemarkkinat. Hengityslaitteiden, anestesiakoneiden ja CPAP-järjestelmien on ratkaistava muutaman kilopascalin paine toistettavalla tarkkuudella ja vakaalla nollakäyttäytymisellä pitkiä aikoja. Samat lääketieteellisissä ympäristöissä käytetyt perheet, kuten MCPh10, MCPh11, MCPh20 ja MCPh21, näkyvät myös matalapaine- ja eroluokissa. Käytännössä biologinen painealue ja "matalapaine" ovat suurelta osin samat, joten lääketieteelliset paineanturisivut ovat hyödyllinen referenssi myös ei-lääketieteellisiin sovelluksiin, joissa on samanlaiset painevaipat.

Kuluttajaelektroniikkatuotteet, mukaan lukien puettavat laitteet ja älykodin laitteet, käyttävät matalapaineisia absoluuttisia antureita ilmanpaineen vertailuarvoina, joissa lämpötilan yhtenäisyys on ratkaiseva tekijä. Drone-malleissa käytetään samantyyppistä matalan paineen tunnistusta korkeuden arvioinnissa, mikä selittää, miksi yksi digitaalinen anturimalli, kuten MCPh21, esiintyy sekä drone- että matalapaineluokissa.

Teollisuuden ja autojen järjestelmät

Teollisuuslaitteet käyttävät laajempaa valikoimaa. Suodattimen tukosilmaisimet ja ilmavirtausmittarit toimivat mikropaine- ja erotasolla, jolloin tukkeutunut suodatin näkyy pienenä painehäviönä kahden portin yli. Hydrauliset puristimet, pneumaattiset toimilaitteet ja kaasunjakelulinjat toimivat keskipaineisissa paineissa, joissa absoluuttinen tarkkuus ja kestävyys ovat tärkeämpiä kuin kyky ratkaista pieniä muutoksia. Autoteollisuuden sovellukset kattavat myös keskitason: polttoaineen kiskon, öljynpaineen ja imusarjan mittaukset sijaitsevat herkän matalapainekalvoalueen yläpuolella ja teollisuuden korkeapaineanturien alapuolella.

Käytännön valinnan tarkistuslista

Uuden suunnittelun edessä olevalle insinöörille seuraava järjestys vähentää kalliin virheellisen valinnan mahdollisuutta.

1. Määritä ensin painetyyppi. Päätä, tarvitseeko sovellus mittarin, absoluuttisen vai eropaineen. Tämä on perustavanlaatuisempaa kuin alue, koska eroanturi voi mitata matalaa ylipainetta, mutta mittarianturi ei voi mitata kahden portin välistä eroa.
2. Valitse valikoima, jossa on vähintään 20 prosentin korkeustila. Mikropaineanturin käyttäminen alueensa huipulla ei jätä tilaa ohimeneville piikkeille. Arvosana, joka on noin 1,5 kertaa odotettu maksimipaine, on hyvä lähtökohta.
3. Vertaa kokonaisvirhealuetta, ei vain tarkkuutta. Tarkkuus 25 °C:ssa on lähes aina parempi kuin virhe koko lämpötila-alueella. Pyydä mikro- ja matalapaineantureille kokonaisvirhealue aiotun käyttölämpötilan yli ja vertaa arvoa järjestelmäbudjettiisi.
4. Tarkista vakaus ajan myötä. Pitkän aikavälin vakaus ilmoitetaan yleensä prosentteina täydestä mittakaavasta vuodessa. Vakaa nolla on tärkeämpi kuin hieman parempi tarkkuusspesifikaatio, jos tuotteen on toimittava ilman kenttäkalibrointia.
5. Yhdistä paketti kokoonpanoprosessiin. Pinta-asennuspaketit vähentävät kokoonpanokustannuksia, mutta altistavat anturisuuttimen uudelleenvirtauslämpötiloille, jotka voivat muuttaa nollapistettä. DIP/SIP-paketteja on helpompi käsitellä prototyyppiajoissa ja manuaalisissa kokoonpanolinjoissa.
6. Tarkista median yhteensopivuus. Anturielementti voi koskettaa ilmaa, kaasuja tai nesteitä portin rakenteesta riippuen. Varmista, että kostutetut materiaalit ovat yhteensopivia materiaalin kanssa, ennen kuin sitot pakkaukseen.

Myös kaksi lähdekohtaa kannattaa muistaa. Pyydä ensin toimittajalta kunkin erän mukana toimitettava kalibrointiraportti. sen tulee dokumentoida nollapoikkeama, täyden mittakaavan tuotanto ja lämpötilapoikkeama mitattuna todellisella tuotantolinjalla. Toiseksi, varmista vähimmäistilausmäärä ja toimitusaika ajoissa, koska mukautetut kalibrointivaatimukset voivat pidentää toimitusaikatauluja.

Yhdistä MemsTech-tuoteperheet valikoimaasi

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) järjestää luettelonsa tuotematriisin ympärille yhden tuotelinjan sijaan. Yritys valmistaa itse MEMS-paineantureita, joissa on sisäinen pakkaus, hitsaus, lämpötilakompensointi ja kalibrointi 2 000 neliömetrin tilassa. Sen ilmoitettu vuotuinen kapasiteetti on 60 miljoonaa yksikköä ja ilmoitettu tarkkuus jopa 0,2 prosenttia täydestä mittakaavasta tarkoittavat, että tuotevalikoimat muuttuvat konkreettisiksi, toistetuiksi tuotteiksi.

Mikropaineen mittausta varten DPTR8 mikropaineanturi kuuluu sekä mikropaine- että teollisuuskategorioihin. Sen differentiaalinen luonne sopii pienten painemuutosten havaitsemiseen suodattimen valvonta- ja ilmavirtausjärjestelmissä. Jos sovelluksesi on ratkaistava satoja pascaleja kahdessa portissa, tämä perhe on arvioitava ensin.

Tukkumyynti DPT-R8 Mikropaineanturitoimittajat, tehdas Wuxi Mems Tech Co., Ltd. on kiinalainen tukkumyynti DPT-R8-mikropaineanturi Toimittajat, tehdas, Johdanto Tämän asiakirjan aihe on... Näytä tuote →

Matalapaineen mittausta varten MCPh20 ja MCPh21 matalapaineanturit kansimittarin, differentiaalin ja digitaalisen signaalin lähdöt. Digitaalinen versio on hyödyllinen pienikokoisissa korteissa, joissa signaalin täytyy kulkea ilman kohinaa. Sama tuoteperhe esiintyy lääketieteellisissä ja drone-sovellusluetteloissa, mikä osoittaa, että sen suorituskyky on käytännöllinen todellisissa, kentällä käytettävissä tuotteissa.

Tukku MCP-H20, MCP-H21 Matalapaineanturi Toimittajat, Tehdas Wuxi Mems Tech Co., Ltd. on kiinalainen tukkumyynti MCP-H20, MCP-H21 matalapaineanturi Toimittajat, tehdas, KUVAUS MCP-H20-sarja on... Näytä tuote →

Keskipaineen mittausta varten MCP5xxx keskipaineanturiperhe yhdistää leveämmän mittausalueen paksumman kalvon kestävyyteen. Se on lueteltu keskipaineisten, analogisten signaalien ja lääketieteellisten luokkien luokassa, mikä viittaa vakaaseen, kypsään alustaan, joka sopii volyymituotantoon. Tämä tuoteperhe on usein oletusvalinta, kun malli tarvitsee laajan kattavuuden ilman mikropaineosan äärimmäistä herkkyyttä.

Tukku MCP5XXX Keskipaineanturitoimittajat, tehdas Wuxi Mems Tech Co., Ltd. on kiinalainen tukkumyynti MCP5XXX Keskipaineanturi Toimittajat, tehdas, MCP5XXXDP-sarjassa on integroitu... Näytä tuote →

Jos et ole varma, mikä perhe sopii malliisi, mikropaineanturialueen sivu ja keskipaineanturivalikoima tarjota jäsennellyn näkymän käytettävissä olevista vaihtoehdoista. Koska yksi fyysinen malli voi esiintyä useissa kategorioissa, kannattaa myös tarkistaa lääketieteellisten sovellusten luettelo jos tuotteesi kuuluu kyseiselle alalle.

Lopullinen päätös riippuu järjestelmän fyysisistä vaatimuksista: tarvittavasta painetyypistä, laitteen näkemästä lämpötilan vaihtelusta ja siitä, kestääkö signaalitie analogisen yhteyden aiheuttamaa kohinaa. Kun ne on korjattu, valikoimaluokka valitsee itsensä, ja loput valitaan tiettyjen mallien ja toimittajien välillä.