Mikro-, lav- og middels trykksensorer: Hvordan velge riktig MEMS-område

En ingeniør som konfigurerer en ventilatorluftstrømsløyfe får beskjed om å "velge en lavtrykkssensor." På distributørens nettsted returnerer det samme søket mikrotrykkbrikker, lavtrykksmoduler og middelstrykkstransdusere. De tre familiene ser nesten identiske ut i sine SMD-pakker, men føleelementet i hver av dem er bygget for en annen mekanisk virkelighet. Velg mikro når trykkforskjellen er virkelig liten. Velg lav for generell luftstrøm og barometriske avlesninger. Velg medium for væskekraft og drivstoffsystemer. Denne første beslutningen definerer fysiske grenser som ingen programvarekalibrering kan overvinne.

Denne veiledningen forklarer hvordan de tre trykkområdekategoriene er definert på et MEMS-sensordataark, hvorfor forskjellene betyr noe for nøyaktighet og pålitelighet, og hvordan man kartlegger en applikasjon til riktig sensorfamilie.

Hvordan trykkområdekategorier defineres

Ingen enkelt global standard setter grensen mellom mikro-, lav- og middels trykk. Inndelingen er praktisk snarere enn lovlig, og den skifter fra en produsent til den neste. Tabellen nedenfor viser et sammenbrudd som vanligvis brukes ved valg av MEMS trykksensor.

Mikrotrykksensorer håndterer svært små trykkforskjeller, ofte under 1 kPa. Deres membraner er tynne og ettergivende, noe som gjør dem følsomme, men også mer sårbare for temperaturdrift og mekaniske støt. Lavtrykkssensorer dekker båndet som brukes til manometriske, barometriske og respiratoriske målinger. Mellomtrykkssensorer fungerer der sensorelementet kan bygges mer robust, med tykkere membraner som tåler høyere stress og sporadiske overtrykkhendelser.

For en komponentkjøper er den praktiske konsekvensen enkel: En mikrotrykksensor er ikke en lavtrykkssensor med en annen etikett. De to er konstruert forskjellig, kalibrert forskjellig, og krever forskjellig håndtering under montering.

Hvorfor rekkevidden er viktig for sensorkonstruksjon

Diafragma geometri og følsomhet

Trykkområdet bestemmer geometrien til MEMS-membranen, og den geometrien driver de fleste av sensorens nøkkelatferd. En sensor laget for mikrotrykkmåling har en membran som er tynn nok til å avbøyes målbart under noen hundre pascal. Den tynnheten forbedrer følsomheten, men forverrer responsen på temperaturutvidelse og pakkestress. Medium-trykk enheter kan bruke en tykkere, stivere membran som motstår overtrykk bedre og er mindre påvirket av lodde-indusert mekanisk stress.

Kalibrering og den sanne betydningen av nøyaktighet

Kalibreringsrutinene er også forskjellige. Mikrotrykksensorer trenger vanligvis null-offset-korreksjon per enhet fordi selv liten pakkespenning forskyver nullpunktet. Mellomtrykkssensorer viser sjelden dette problemet i samme grad, så deres nullpunktsstabilitet er lettere å opprettholde over en produksjonsbatch. Av denne grunn betyr det samme 0,2 prosent fullskala nøyaktighetskravet forskjellige ting i hvert område. På en 1 kPa mikrotrykksensor tilsvarer 0,2 prosent FSS kun 2 Pa tillatt feil, noe som er utmerket, men krever nøye temperaturkompensasjon. På en 2 MPa middels trykksensor tilsvarer 0,2 prosent FSS 4 kPa tillatt feil, et mye lettere mål for kalibreringslinjen å treffe. Sjekk alltid om leverandøren publiserer både nøyaktigheten ved 25 °C og det totale feilbåndet over driftstemperaturområdet; for mikro- og lavtrykksdeler er sistnevnte tallet som vil begrense designet ditt.

Analoge og digitale utganger: Tilpass rekkevidden til grensesnittet ditt

Måleområdet og utgangssignalet er separate valgakser, men de samhandler i praksis. Analoge utgangssensorer gir en forholdsmetrisk spenning proporsjonal med trykk, typisk fra en Wheatstone-bro med en ASIC-kondisjonert forsterker. De er rimelige, enkle å koble til en mikrokontroller ADC, og tilgjengelig i nesten alle rekkevidder. Digitale utgangssensorer integrerer ADC og et I²C- eller SPI-grensesnitt på brikken, som fjerner ekstern signalbehandling og forenkler kortlayout.

Avveiningen vises i ytterpunktene. For en mikrotrykksensor blir en analog utgang på bare noen få millivolt per pascal støyende hvis sporlengden til ADC er lang, så en digital versjon med on-chip konvertering er ofte sikrere. For middels trykksensorer er det analoge signalet større, og mange industrikort aksepterer allerede spenningsutgang direkte. Digitale versjoner finnes hovedsakelig for lavtrykks- og mikrotrykkfamiliene der signalintegritet betyr mest, mens middelstrykkprodukter fortsatt er tilgjengelige i analog form for direkte tilkobling til eksisterende kontrollelektronikk.

Når du sammenligner deler, kontroller utgangsspesifikasjonen mot kontrollerens inngangsområde. En ratiometrisk utgang knyttet til en 5 V-forsyning oppfører seg annerledes enn en fast 3,3 V-utgang, og ikke hver ADC håndterer begge like godt.

Typiske bruksmønstre for hvert område

Medisinske enheter, forbruker- og droneenheter

Medisinsk utstyr er det mest krevende mikro- og lavtrykksmarkedet. Åndedrettsapparater, anestesimaskiner og CPAP-systemer må løse trykk på noen få kilopascal med repeterbar nøyaktighet og stabil nulladferd over lange perioder. De samme familiene som brukes i medisinske omgivelser, som MCPh10, MCPh11, MCPh20 og MCPh21, vises også i lavtrykks- og differensialkategoriene. I praksis faller det biologiske trykkområdet og "lavtrykk"-området i stor grad sammen, så medisinske trykksensorsider er en nyttig referanse selv for ikke-medisinske bruksområder med lignende trykkkonvolutter.

Elektroniske forbrukerprodukter, inkludert wearables og smarthusenheter, bruker lavtrykks absolutte sensorer som barometriske referanser, der konsistens over temperatur er den avgjørende faktoren. Dronedesign bruker samme type lavtrykksføling for høydeestimering, noe som forklarer hvorfor en enkelt digital sensormodell som MCPh21 vises i både drone- og lavtrykkskategoriene.

Industri- og bilsystemer

Industrielt utstyr bruker en bredere rekkevidde. Filterblokkeringsdetektorer og luftstrømsmonitorer opererer ved mikrotrykk og differensialnivåer, der et blokkert filter vises som et lite trykkfall over to porter. Hydrauliske presser, pneumatiske aktuatorer og gassdistribusjonslinjer opererer ved middels trykk, der absolutt nøyaktighet og robusthet betyr mer enn evnen til å løse små endringer. Bilapplikasjoner dekker også mellombåndet: målinger av drivstoffskinne, oljetrykk og inntaksmanifold ligger over det skjøre lavtrykksmembranområdet og under industrielle høytrykkstransdusere.

En praktisk utvalgssjekkliste

For en ingeniør som står overfor et nytt design, reduserer følgende sekvens sjansen for et kostbart feilvalg.

1. Definer trykktypen først. Bestem om applikasjonen trenger måler, absolutt eller differensialtrykk. Dette er mer grunnleggende enn rekkevidden fordi en differensialsensor kan måle et lavt manometertrykk, men en manometersensor kan ikke måle forskjellen mellom to porter.
2. Velg området med minst 20 prosent takhøyde. Å betjene en mikrotrykksensor helt på toppen av området gir ikke plass til forbigående pigger. En vurdering på omtrent 1,5 ganger forventet maksimalt trykk er et godt utgangspunkt.
3. Sammenlign totalt feilbånd, ikke bare nøyaktighet. Nøyaktigheten ved 25 °C er nesten alltid bedre enn feilen over hele temperaturspennet. For mikro- og lavtrykkssensorer, be om det totale feilbåndet over den tiltenkte driftstemperaturen og sammenligne denne verdien med systembudsjettet.
4. Sjekk stabiliteten over tid. Langtidsstabilitet angis vanligvis i prosent av full skala per år. En stabil null betyr mer enn en marginalt bedre nøyaktighetsspesifikasjon hvis produktet må fungere uten feltkalibrering.
5. Match pakken med monteringsprosessen. Overflatemonterte pakker reduserer monteringskostnadene, men utsetter følerdysen for reflow-temperaturer som kan endre nullpunktet. DIP/SIP-pakker er lettere å håndtere i prototypekjøringer og manuelle monteringslinjer.
6. Bekreft mediekompatibilitet. Føleelementet kan komme i kontakt med luft, gasser eller væsker avhengig av portens design. Bekreft at de fuktede materialene er kompatible med mediet før du forplikter deg til en pakke.

To kildepunkter er også verdt å huske. Be først leverandøren om kalibreringsrapporten som leveres med hvert parti; den skal dokumentere nullforskyvning, fullskala utgang og temperaturdrift målt på den faktiske produksjonslinjen. For det andre, bekreft minimum bestillingsmengde og ledetid tidlig, siden tilpassede kalibreringskrav kan forlenge leveringsplanene.

Matching av MemsTech-produktfamilier til ditt utvalg

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) organiserer sin katalog rundt en produktmatrise i stedet for en enkelt produktlinje. Selskapet produserer MEMS-trykksensorer internt, med intern pakking, sveising, temperaturkompensasjon og kalibrering i et 2000 kvadratmeter stort anlegg. Dens oppgitte årlige kapasitet på 60 millioner enheter og erklært nøyaktighet på opptil 0,2 prosent fullskala betyr at seriekategoriene oversettes til konkrete, repeterbare produkter.

For mikrotrykkmåling DPTR8 mikrotrykksensor tilhører både kategorien mikrotrykk og industri. Dens differensielle natur gjør at den kan oppdage små trykkendringer i filterovervåking og luftstrømsystemer. Hvis søknaden din må løse hundrevis av pascals over to porter, er dette familien som skal vurderes først.

Engros DPT-R8 mikrotrykksensor leverandører, fabrikk Wuxi Mems Tech Co., Ltd. er en kinesisk engros DPT-R8 mikrotrykksensorleverandører, fabrikk, introduksjon Emnet for dette dokumentet er... Se produkt →

For lavtrykksmåling MCPh20 og MCPh21 lavtrykkssensorer dekkmåler, differensial og digitale signalutganger. Den digitale versjonen er nyttig i kompakte tavler der signalet må reise uten å fange opp støy. Den samme familien vises i medisinske og droneapplikasjonslister, noe som indikerer at ytelseskonvolutten er praktisk i ekte, feltutplasserte produkter.

Engros MCP-H20, MCP-H21 Lavtrykkssensor Leverandører, Fabrikk Wuxi Mems Tech Co., Ltd. er en kinesisk engros MCP-H20, MCP-H21 lavtrykkssensorleverandører, fabrikk, BESKRIVELSE MCP-H20-serien er en... Se produkt →

For middels trykkmåling, MCP5xxx middels trykksensorfamilie kombinerer et bredere målespenn med robustheten til en tykkere diafragma. Den er oppført i kategoriene mellomtrykk, analogt signal og medisinsk, noe som antyder en stabil, moden plattform som er egnet for volumproduksjon. Denne familien er ofte standardvalget når et design trenger bred dekning uten den ekstreme følsomheten til en mikrotrykkdel.

Engros MCP5XXX Medium trykksensor Leverandører, Fabrikk Wuxi Mems Tech Co., Ltd. Er en Kina-grossistleverandør av MCP5XXX Medium trykksensor, fabrikk, MCP5XXXDP-serien har en integrert si... Se produkt →

Hvis du er usikker på hvilken familie som passer ditt design, side for mikrotrykksensorer og den middels trykk sensor lineup gi en strukturert oversikt over de tilgjengelige alternativene. Fordi én fysisk modell kan vises i flere kategorier, er det også verdt å sjekke medisinsk søknadsliste hvis produktet ditt tilhører den sektoren.

Den endelige avgjørelsen kommer ned til de fysiske kravene til systemet: trykktypen som trengs, temperaturvariasjonen enheten vil se, og om signalbanen tåler støyen fra en analog forbindelse. Når disse er fikset, velger seriekategorien seg selv, og det gjenværende valget er mellom spesifikke modeller og leverandører.