De behoefte aan uiterst nauwkeurige ultra-lage druksensoren

Meer informatie over de voordelen van op het bord gemonteerde druksensoren en de overwegingen bij het selecteren ervan.

Veel toepassingen vereisen sensoren met ultralage druk (Figuur 1) die een extreem hoge nauwkeurigheid kunnen bieden, inclusief ontwerpen die zo divers zijn als medische ventilatoren en regelsystemen voor variabel luchtvolume (VAV) voor energiebesparing in gebouwen. En steeds meer ingenieurs wenden zich tot op het bord gemonteerde druksensoren om veelvoorkomende problemen aan te pakken, zoals beperkte ruimte en betrouwbaarheid.

Afbeelding 1. Ultra-lage, zeer nauwkeurige druksensoren zijn verkrijgbaar als op het bord gemonteerde oplossingen die absolute, manometer- en differentiële druk kunnen meten. Afbeelding gebruikt met dank aan Honeywell.

Voordelen van op het bord gemonteerde druksensoren

Op het bord gemonteerde druksensoren (afbeelding 2) zijn een populaire keuze geworden voor ingenieurs die werken met toepassingen die lagedruksensoren met hoge nauwkeurigheid vereisen. Deze compacte sensoren kunnen eenvoudig op een PCB (Printed Circuit Board) worden gemonteerd, waardoor ze direct in de elektronica kunnen worden geïntegreerd.

Hun compacte voetafdruk lost ruimtebeperkingen op en ze gebruiken een microstructuur die zeer gevoelig is voor drukveranderingen (inclusief absoluut, differentieel en gage), zodat nauwkeurige, ultralage drukmetingen kunnen worden verkregen.

Bovendien betekent het ontwerp van op het bord gemonteerde druksensoren dat ze energiezuinig zijn.

Afbeelding 2. Op het bord gemonteerde druksensoren zijn zeer compact en eenvoudig te integreren in circuits en elektronica. Afbeelding gebruikt met dank aan Honeywell.

Medische toepassingen voor zeer nauwkeurige, ultralage druksensoren

Medische toepassingen die zeer nauwkeurige, ultra-lage druksensoren vereisen, zijn onder meer:

• hemodialysemachines
• ventilatoren
• anesthesiemachines
• slaapapneu-machines
• medische chemie

In hemodialysemachines zijn deze druksensoren afhankelijk om de druk in de mengtank te regelen wanneer het bloed de kunstnier nadert en de bloedstroom van en naar de patiënt regelt.

Als alternatief in ventilatoren helpen ze bij het bewaken van de ademhaling van een patiënt en detecteren of deze plotseling verslechtert, naast het detecteren van de aanwezigheid van een verstopt filter. Zeer nauwkeurige druksensoren hebben een vergelijkbaar doel in anesthesiemachines, omdat ze de druk van lucht en zuurstof meten, zowel van als naar de patiënt, om ervoor te zorgen dat deze nooit een veilig niveau overschrijdt.

Machines voor slaapapneu (Figuur 3), waaronder CPAP, Auto-PAP en Bilevel-PAP, maken gebruik van ultra-lage druksensoren om de druk te bewaken waarbij lucht aan de patiënt wordt toegediend. Ze worden ook gebruikt om de bloeddruk en de lucht in de ziekenhuiskamer te controleren.

Afbeelding 3. Zeer nauwkeurige, lagedrukdruksensoren voor op het bord gemonteerde druksensoren worden gebruikt in ventilatoren en anesthesieapparatuur. Afbeelding verstrekt met dank aan Pixabay.

Al met al worden in de medische chemie zeer nauwkeurige druksensoren gebruikt in chemieanalysatoren. Druksensoren worden bijvoorbeeld gebruikt met pipetten om de juiste hoeveelheid vloeistof op te zuigen, detecteren of de flacon misplaatst is, controleren of er geen lucht wordt aangezogen en herkennen de aanwezigheid van obstructies. Aanvullende toepassingen zijn onder meer flowcytometrie, moleculaire testen en andere categorieën van geautomatiseerde laboratoriumtestapparatuur.

Andere toepassingen

Er is ook behoefte aan ultra-lage, zeer nauwkeurige druksensoren bij energiebesparing in gebouwen, zoals het bewaken van de druk met betrekking tot filters om te optimaliseren wanneer ze worden vervangen, en om te bepalen of een filter verstopt is of ontbreekt. Zeer nauwkeurige druksensoren kunnen worden gebruikt voor de verandering in druk die gepaard gaat met een openstaand raam, zodat geautomatiseerde wijzigingen in de luchtstroom of raampositie-aanpassingen kunnen worden gemaakt.

Ze zijn ook geïntegreerd in VAV-systemen om ervoor te zorgen dat de luchtstroom door een gebouw in evenwicht is. Ultra-lage, zeer nauwkeurige druksensoren kunnen ook worden gebruikt in onder andere stroomkalibrators, pneumatische controle, gasstroominstrumentatie, gaschromatografie en barometrie.

En al deze toepassingen lenen zich direct voor het gebruik van op het bord gemonteerde druksensoroplossingen.

Overwegingen bij het selecteren van een op het bord gemonteerde druksensor

Het selecteren van een op een bord gemonteerde sensor omvat de ontwerpkeuzes die typisch zijn voor druksensoren (bijv. Werkdrukbereik, omgevingstemperatuur, type media). Om de meest geschikte zeer nauwkeurige, ultra-lage druksensor te selecteren uit productlijnen voor bordmontage, zijn er echter overwegingen die dieper moeten worden onderzocht.

Drukbereiken en barstdrukken

In sommige toepassingen kan er aanzienlijke onzekerheid zijn over het drukbereik in termen van de hoogste druk, evenals mogelijke problemen met barstdruk. Bereiken met een hoge werkdruk (in tegenstelling tot het gekalibreerde drukbereik) kunnen ervoor zorgen dat ultra-lage druksensoren continu zonder schade worden blootgesteld aan drukken boven het gekalibreerde bereik. In combinatie met hoge barstdrukken kan het systeemontwerpproces worden vereenvoudigd, mogelijke uitvaltijd van het systeem worden verminderd en de algehele betrouwbaarheid van het systeem worden verbeterd.

Nauwkeurigheid

Er zijn drie basistypen fouten die de nauwkeurigheid van een druksensor kunnen beïnvloeden:niet-lineariteit van de druk, hysterese en niet-herhaalbaarheid. Extreem nauwkeurige nauwkeurigheid, vaak gemeten in termen van FSS BFSL (Full Scale Span, Best Fit Straight Line), kan de systeemefficiëntie verbeteren, de kalibratievereisten voor de klant verminderen, softwareontwikkeling eenvoudiger maken en het ontwerp voor het systeem minimaliseren.

Totale foutmarge

De TEB (Total Error Band) houdt rekening met fouten met betrekking tot nauwkeurigheid en offset, FSS (Full Scale Span), thermisch effect op offset, thermisch effect op het bereik en thermische hysterese - over het hele gecompenseerde temperatuurbereik. Om ervoor te zorgen dat een zeer nauwkeurige druksensor nauwkeurige, betrouwbare en herhaalbare metingen levert, moet de TEB worden overwogen.

Naast het verbeteren van de algehele systeemnauwkeurigheid zijn er nog andere voordelen aan het vertrouwen op TEB. Het selecteren van een op het bord gemonteerde, zeer nauwkeurige druksensor met een lage TEB ondersteunt ook minimale variaties in nauwkeurigheid tussen onderdelen, wat de uitwisselbaarheid van de sensoren verbetert. Ten slotte verminderen druksensoren met een kleine TEB de productietijd en -kosten omdat elke sensor niet afzonderlijk gekalibreerd en getest hoeft te worden.

Stabiliteit

Stabiliteit is belangrijk voor de algehele systeemprestaties en helpt bij het minimaliseren van de kalibratiebehoeften. Het ondersteunt ook de algehele uptime van het systeem door de noodzaak voor onderhoud of vervanging van de sensor te minimaliseren. Dit geldt met name voor bedrijfskritieke toepassingen, zoals toepassingen die van invloed zijn op gezondheid en welzijn.

Energie-efficiëntie

Het stroomverbruik met betrekking tot op het bord gemonteerde druksensoren is om verschillende redenen uiterst belangrijk, waaronder hun bijdrage aan de algehele systeemprestaties. Bovendien moeten veel van de toepassingen voor zeer nauwkeurige lagedruksensoren draagbaar zijn, en een laag stroomverbruik zorgt voor een langere levensduur van de batterij. Nog beter zijn productlijnen die een optionele slaapmodus bevatten om het stroomverbruik verder te verminderen.

Vochtgevoeligheidsniveau 1

Druksensoren die voldoen aan IIPC/JEDEC J-STD-020D.1 Vochtgevoeligheidsniveau 1-vereiste, maken soldeerterugvloeibevestiging en/of reparatie een veel veiliger proces zonder dat langdurig bakken nodig is. Dit stelt de gebruiker in staat om de al te vaak voorkomende mechanische en thermische schade te vermijden die vaak het gevolg is tijdens reflow en ondersteunt lean manufacturing omdat het resultaat zowel stabiel is als zeer snel klaar voor gebruik na het reflow-proces. Bovendien zorgt het voldoen aan zulke strikte normen met betrekking tot vochtgevoeligheid ook voor een onbeperkte levensduur van de vloer wanneer deze op de juiste manier wordt bewaard.

Voorbeeldproduct:Honeywell TruStability HSC

Wanneer toepassingen zeer nauwkeurige sensoroplossingen met ultralage druk vereisen, zijn op het bord gemonteerde opties een uitstekende keuze. De Honeywell TruStability HSC-serie (High-accuracy Silicon Ceramic)-serie druksensoren voor montage op het bord is verkrijgbaar in brede drukbereiken, waaronder ±1,6 mbar tot ±10 bar, ±160 Pa tot ±1 MPa en ±0,5 inH20 tot ±150 psi met ondersteuning voor drukstoten. Ze bieden een toonaangevende nauwkeurigheid van ± 0,25% FSS BFSL, gekalibreerd over het temperatuurbereik van 0 °C tot 50 °C [32 °F tot 122 °F] en zijn temperatuurgecompenseerd bij ±1% FSS tot ±3% FSS TEB .

De TruStability HSC (ultra-lage druksensoren zijn beschikbaar voor het meten van absolute, differentiële en maatdrukken, allemaal met uitstekende stabiliteit met een extreem laag stroomverbruik (meestal minder dan 10 mW) met een optionele slaapmodus die op aanvraag beschikbaar is.

De HSC-serie van Honeywell voldoet ook aan IIPC/JEDEC J-STD-020D.1 vochtgevoeligheidsniveau 1-vereiste. Bovendien zijn deze ultra-lagedruksensoren volledig gekalibreerd en temperatuurgecompenseerd voor temperatuureffecten, gevoeligheid, sensoroffset en niet-lineariteit met behulp van een ingebouwde applicatiespecifieke geïntegreerde schakeling (ASIC).

Sager Electronics is een geautoriseerde voorraaddistributeur van Honeywell Sensing en IoT en biedt een breed scala aan TruStability-druksensoren voor op het bord gemonteerde, evenals andere sensor- en schakeloplossingen. Klik hier voor meer informatie over deze sensoren of bezoek de Honeywell-catalogus op sager.com.

Industrieartikelen zijn een vorm van inhoud waarmee branchepartners nuttig nieuws, berichten en technologie kunnen delen met lezers van All About Circuits op een manier waarop redactionele inhoud niet goed geschikt is. Alle brancheartikelen zijn onderworpen aan strikte redactionele richtlijnen met de bedoeling de lezers nuttig nieuws, technische expertise of verhalen te bieden. De standpunten en meningen in brancheartikelen zijn die van de partner en niet noodzakelijk die van All About Circuits of zijn schrijvers.