Overwegingen voor het opnemen van een op een bord gemonteerde druksensor

Ontdek in dit artikel wat op een bord gemonteerde druksensoren zijn, hoe ze werken, hun voordelen, toepassingen en hoe je er een kunt kiezen voor een ontwerp.

Op het bord gemonteerde druksensoren (Figuur 1) worden al gebruikt in een aantal toepassingen, waaronder medische apparaten, industriële automatisering en HVACR. Maar waarom zouden ze kunnen worden gekozen in plaats van meer traditionele druksensorsystemen?

Afbeelding 1:Voorbeelden van op een bord gemonteerde druksensoren. Afbeelding gebruikt met dank aan Honeywell

Op het bord gemonteerde druksensoren, zoals de naam al aangeeft, zijn druksensoren die zijn ontworpen om op een PCB (Printed Circuit Board) te worden gemonteerd en zo een geïntegreerd onderdeel van een elektronische assemblage te worden. Terwijl sommige sensoren zijn ontworpen om de fysieke contactdruk tussen een sensor en een vast object te evalueren, zijn andere specifiek bedoeld om de druk van een vloeistof of gas te meten.

Voordelen van op het bord gemonteerde sensoren

Over het algemeen liggen de voordelen van een op een bord gemonteerde druksensor in het opnemen van de sensoren en ASIC (Application Specific Integrated Circuit) op een enkele chip die gemakkelijk te plaatsen is, zelfs op zeer drukke PCB's.

Een dergelijke benadering:

• Verlaagt onderdeelkosten
• Vereenvoudigt ontwerpcomplexiteit
• Verlaagt de systeemvoetafdruk
• Verhoogt de ontwerpflexibiliteit bij de implementatie van sensoren

Bovendien bevatten sommige van deze sensoren kalibratie, versterking en temperatuurcompensatie geïntegreerd in een enkel pakket dat:

• Verbetert de uptime van het systeem
• Maakt het vervangen van sensoren veel gemakkelijker
• Creëert een compactere en lichtere voetafdruk van drukmeetsystemen.

Een ander voordeel is dat deze sensoren zijn ontworpen om te werken in omgevingen met een hoge luchtvochtigheid en/of blootstelling aan verschillende vloeistoffen en gassen. Hierdoor kan de sensor direct worden blootgesteld aan de te meten media, wat van groot belang kan zijn in toepassingen zoals ventilatoren of slaapapneu-apparaten (zie afbeelding 2).

Figuur 2:Voorbeelddiagram van sensoren die worden gebruikt in een slaapapneu-apparaat. Afbeelding gebruikt met dank aan Honeywell

Ten slotte zijn er bepaalde typen van deze sensoren die extreem hoge nauwkeurigheidsniveaus bieden, samen met een goede precisie, resolutie en herhaalbaarheid, die allemaal van cruciaal belang kunnen zijn in veel apparaten.

Soorten druk voor druksensoren

Bijna alle op het bord gemonteerde druksensoren zijn afhankelijk van een soort structuur op microniveau (bijv. Membraan) die een verandering in een elektrische karakteristiek vertoont die evenredig is met de vervorming die het ervaart wanneer het wordt vervormd.

De elektrische kenmerken kunnen een verandering in capaciteit, weerstand of lading omvatten, die allemaal kunnen worden gemeten en omgezet in een elektrisch signaal.

De drie soorten drukken gemeten door druksensoren zijn:

• Overdruk , de druk ten opzichte van de atmosferische druk
• Verschildruk , het drukverschil tussen twee punten
• Absolute druk, de druk ten opzichte van 0 psi

In de meeste gevallen leveren manometerdruksensoren een output die evenredig is met elke variatie van atmosferische druk, terwijl differentiële druk gebaseerd is op drukmetingen tussen twee poorten. Ten slotte gebruiken absolute druksensoren een interne vacuümreferentie en worden ze over het algemeen gebruikt om barometrische drukveranderingen of hoogteveranderingen te meten.

Toepassingen:medisch en industrieel

Op het bord gemonteerde druksensoren worden in veel verschillende toepassingen en industrieën gebruikt (Figuur 3), variërend van bedrijfskritieke medische apparaten tot geautomatiseerde productie.

Ze zijn te vinden in HVACR die verstopte filters detecteert, helpt bij milieumonitoring en IAQ (Indoor Air Quality) en energiebesparing in gebouwen.

Deze druksensoren werken ook goed voor het meten van statische kanaaldruk, het detecteren van de aanwezigheid van filters en het ondersteunen van VAV-regeling (Variable Air Volume).

Figuur 3:Twee voorbeeldtoepassingen waar dit type sensor kan worden toegepast, zijn in medische apparaten (links) en industriële omgevingen (rechts). Afbeelding gebruikt met dank aan Honeywell

Medische industrie

In de medische industrie zijn ze onmisbaar gebleken in verschillende apparatuur, waaronder:

• Ventilatoren
• Anesthesiemachines
• Luchtdruk in ziekenhuiskamer
• Spirometers

Op het bord gemonteerde druksensoren worden ook gebruikt in apparatuur die verband houdt met bloedanalyse, dialyse, centrifugatie en distributie van gassen zoals zuurstof en stikstof.

Industriële industrie

In een industriële context worden deze sensoren gebruikt in:

• Algemene machines
• Conditiebewaking
• IIoT-apparaten (Industrial Internet of Things)
• Industrie 4.0
• Robotica

Deze sensoren worden gebruikt in industriële omgevingen met:

• Pneumatische luchtregeling
• Procesbeheersing
• Lekdetectie
• Weercontrolesystemen
• Vacuümschakelaars
• Hoogtemeters
• Barometers

Een sensor kiezen:specificaties en kenmerken

Voordat u een op het bord gemonteerde druksensor kiest, is het belangrijk om enkele belangrijke specificaties en kenmerken van deze sensoren te begrijpen.

Als het gaat om de specificaties van dit type sensor, zijn deze vaak het bereik van het uitgangssignaal en de voedingsspanning. Daarnaast moet een keuze worden gemaakt of het uitgangssignaal ratiometrisch VDC analoog of digitaal I ² is C of Serial Peripheral Interface (SPI), die direct kan worden gekoppeld aan een microprocessor of microcontroller.

Analoog of digitaal heeft ook invloed op hoe vaak de gegevenswaarden kunnen worden bijgewerkt, wat meestal wordt gemeten in kHz.

Wat betreft de basiskenmerken voor op het bord gemonteerde druksensoren, deze omvatten vaak:

• Bereik:minimale en maximale druk die de sensor nauwkeurig kan detecteren
• Resolutie – minimale drukverandering die aanwezig moet zijn om het uitgangssignaal dit te laten reflecteren

Houd er rekening mee dat er een relatie is tussen bereik en resolutie:hoe hoger het bereik, hoe minder resolutie mogelijk is en vice versa.

Naast de standaard drukkenmerken is het verstandig om rekening te houden met barstdruk. Sommige toepassingen, waaronder die op medisch gebied, kunnen reinigings- of sanitaire procedures omvatten die kunnen leiden tot een tijdelijke maar aanzienlijke verhoging van de druk. Drukpieken die, hoewel van voorbijgaande aard, toch de overdruklimiet voor het apparaat overschrijden.

Een ander belangrijk kenmerk om te overwegen is de temperatuur. Aangezien de temperatuur een aanzienlijke invloed heeft op de druk, zijn sommige (maar niet alle) op het bord gemonteerde druksensoren temperatuurgecompenseerd voor factoren zoals:

• Sensor offset
• Gevoeligheid
• Temperatuureffecten
• Niet-lineariteit.

Deze temperatuurcompensatie wordt vaak bereikt door het gebruik van ASIC's aan boord.

Nauwkeurigheid, die aangeeft hoe dicht de door de sensor gerapporteerde drukwaarde ligt bij de werkelijke druk die wordt gemeten, is ook cruciaal.

Nauwkeurigheid wordt gerapporteerd als een percentage van de druksensoren Full Scale (FS) of Full Scale Band Span (FSS). Het kan ook worden gerapporteerd in termen van Total Error Band (TEB), die de nauwkeurigheid van de sensor over een temperatuurgecompenseerd bereik weergeeft.

Een laatste kenmerk van deze sensoren betreft het type media waarmee het werkt (bijv. vloeistoffen, droge gassen) en of de media moeten voldoen aan aanvullende eisen, zoals niet-corrosief of niet-ionisch.

Hoewel dit slechts een paar specificaties en overwegingen zijn, is het noodzakelijk om ze allemaal in overweging te nemen bij het kiezen van de te selecteren druksensor.

Honeywell's TruStability Standard Nauwkeurigheid Silicium Keramiek (SSC) Productlijn

Over het algemeen kunnen deze sensoren gunstig zijn voor toepassingen die een kleine footprint en directe blootstelling aan media vereisen. Als ze op de juiste manier worden geselecteerd en geïntegreerd, kunnen ze zeer betrouwbaar blijken te zijn met een uitstekende nauwkeurigheid over een breed drukbereik.

De Honeywell TruStability Standard Accuracy Silicon Ceramic (SSC) productlijn is een optie voor niet-ionische, niet-corrosieve gassen en vloeistoffen, inclusief lucht en andere droge gassen, over een breed drukbereik van ±1,6 mbar tot ±10 bar (±160 Pa tot ±1 MPa).

Deze familie van sensoren is gekalibreerd en temperatuurgecompenseerd voor sensoroffset, niet-lineariteit, gevoeligheid, temperatuureffecten (-20 ° C tot 85 ° C), met behulp van een ingebouwde ASIC, ondersteunt hoge burst-drukken en voldoet aan IPC/JEDEC J-STD-020D.1 Vochtgevoeligheid Niveau 1 vereiste.

Deze sensoren kunnen manometer-, differentiaal- en absolute druk meten en ondersteunen ratiometrisch analoog en I ² C / SPI digitale uitgang.

Bovendien bevatten deze sensoren:

• Metingen die worden bijgewerkt op 2 kHz voor digitaal en 1 kHz voor analoog
• Een totale fout van ±2% FSS tot ±5% FSS, afhankelijk van het drukbereik, met toonaangevende nauwkeurigheidsniveaus van ±0,25% FSS BFSL.
• Een ondersteunende slaapmodus voor energie-efficiëntie.
• Een breed scala aan poort- en behuizingsconfiguraties om de ontwerp- en ontwikkelingstijd voor ingenieurs te verkorten.

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.