Կատալոգ
1. Ներածություն WF282A սենսորին
Ճնշման ճիշտ սենսոր ընտրելը առանցքային է DC շարժիչով աշխատող օդափոխիչի օդափոխության նախագծի համար: WF282A-ն WF սենսորներից թվային բարոմետրիկ սենսոր է, որը հիմնված է պիեզորեզիստիվ MEMS տեխնոլոգիայի վրա: Այն օգտագործում է սիլիկոնային դիֆրագմ, որի դիմադրությունը փոխվում է ճնշման տակ՝ զուգակցված 24-բիթանոց ADC-ի և տրամաչափման գործակիցների հետ՝ ճնշման և ջերմաստիճանի ճշգրիտ ցուցումներ ստանալու համար։
1.1 Զգացողության սկզբունք և փաթեթ
WF282A-ի ներսում պիեզորեզիստիվ դիֆրագմը դեֆորմացվում է արտաքին ճնշման տակ՝ ստեղծելով Ուիթսթոուն կամրջի ելք: Այս ազդանշանն ուժեղացվում է, զտվում և փոխակերպվում բարձր լուծաչափի ADC-ի միջոցով: WF282A-ն իր նախորդի՝ WF282-ի համեմատ 63%-ով փոքր է, տեղադրված է 8-փին LGA մետաղական փաթեթում (2,0 × 2,5 × 0,98 մմ³), որն առաջարկում է գերազանց EMC կայունություն և երկարաժամկետ կայունություն։
1.2 Հիմնական բնութագրեր
Շրջանակ300 հՊա-ից մինչև 1100 հՊա, ընդգրկելով –500 մ-ից մինչև +9000 մ բարձրությունները:
Տիպիկ հարաբերական ճշգրտություն±0,12 հՊա (≈±1 մ բարձրություն):
Բանաձեվ0.01 hPa (≈1 Pa); սովորական RMS աղմուկը 1,3 Պա է, որը բավարար է օդափոխիչից ստատիկ ճնշման փոքր փոփոխությունները լուծելու համար:
Մատակարարում & Իշխանություն1,71 – 3,6 Վ; 2,7 μA 1 Հց թարմացման ժամանակ, 0,1 μA քնի ռեժիմում, իդեալական մարտկոցով աշխատող համակարգերի համար:
ՄիջերեսI²C մինչև 3,4 ՄՀց կամ SPI մինչև 10 ՄՀց՝ ճկուն միկրոկառավարիչի ինտեգրման համար
1.3 Առավելություններ և նկատառումներ
Բարձր ճշգրտություն, ցածր դրեյֆBosch-ի ապացուցված MEMS պրոցեսը տալիս է գերազանց գծայինություն և կայունություն՝ ընդամենը 1,5 Պա/Կ (≈12,6 սմ/Կ) ջերմաստիճանի գործակիցով:
Փոքր ոտնահետք, ծայրահեղ ցածր էներգիաԻդեալական է տարածության և էներգիայի սահմանափակ կիրառությունների համար, սակայն անհրաժեշտ է ստատիկ պորտերի զգույշ տեղադրում՝ օդի հոսքի բարձր արագության դեպքում դինամիկ ճնշման սխալներից խուսափելու համար:
Կարգավորելի զտում & ՌեժիմներՉիպային IIR զտիչները և հզորության/չափման մի քանի ռեժիմները ապահովում են նմուշառման արագություն 0,016 Հց-ից մինչև 157 Հց՝ հարմարվող տարբեր պահանջներին։
Իր բարձր լուծաչափով, ցածր աղմուկով, էներգիայի նվազագույն քանակով և ճկուն ինտերֆեյսի ընտրանքներով՝ WF282A-ն իդեալական ընտրություն է օդափոխիչով աշխատող օդային հոսքերի նախագծերում ստատիկ ճնշումը չափելու համար: Լավ մշակված ստատիկ միացքի հետ համատեղ՝ այն կարող է ֆիքսել ճնշման փոփոխությունները մի քանի պասկալի կարգով, ինչը ամուր հիմքեր է ստեղծում օդի հոսքի գնահատման և կատարողականի վերլուծության համար:
2. Ծրագրի նախապատմությունը և պահանջները
2.1 Ծրագրի նպատակները
Այս նախագծի նպատակն է գնահատել օդի հոսքի ինտենսիվությունը, որը առաջանում է DC շարժիչով աշխատող օդափոխիչի կողմից տարբեր արագություններով՝ օդափոխիչի խողովակի ներսում չափելով ստատիկ ճնշման տատանումները՝ տրամադրելով քանակական տվյալներ կատարողականի օպտիմալացման և էներգաարդյունավետության վերլուծության համար: Այս մեթոդը օգտագործում է WF282A սենսորի ստատիկ ճնշման չափման բարձր լուծաչափի հնարավորությունը՝ ճնշման դիֆերենցիալները փոխակերպելու օդի հոսքի արագությանը և ծավալային հոսքին համաչափ չափումների՝ օգնելով ինժեներներին և DIY սիրահարներին գնահատել օդափոխիչի աշխատանքը ինտուիտիվ թվային արձագանքով: Համեմատած ավանդական անեմոմետրերի կամ տաք մետաղալարով տվիչների հետ՝ ստատիկ ճնշման վրա հիմնված մոտեցումն առաջարկում է ավելի հեշտ տեղադրում, ավելի ցածր գնով և առանց անմիջական ազդեցության սենսորային դիֆրագմայի բարձր արագությամբ օդային հոսքերին, ինչը այն դարձնում է իդեալական փոքր խողովակների կամ տնային օդափոխիչների մոնիտորինգի ծրագրերի համար:
2.2 Չափման մարտահրավերներ
Երկրպագուների կողմից արտադրվող ստատիկ ճնշման տարբերությունները սովորաբար 200 Պա-ից ցածր են, ինչը պահանջում է սենսոր, որը կարող է լուծել փոփոխությունները 1 Pa մակարդակում կամ ավելի լավ՝ ազդանշանը հուսալիորեն հայտնաբերելու համար: Բացի այդ, օդային հոսքում տուրբուլենտությունը և իմպուլսները առաջացնում են աղմուկ, ուստի առանց համապատասխան մեխանիկական դասավորության և տվյալների զտման ռազմավարությունների, ճնշման ցուցանիշները զգալիորեն տատանվում են, ինչը դժվարացնում է կայուն հոսքի պայմանները: Ստատիկ ճնշման նմուշառման այս տեխնիկան ներշնչված է պիտոտ-ստատիկ համակարգից, որը սովորաբար օգտագործվում է ավիացիայում՝ ճշգրիտ չափելու օդի հոսքի ստատիկ ճնշումը: Սենսորն ուղղակիորեն օդի հոսքին ենթարկելը հանգեցնում է ընդհանուր ճնշման չափման (ստատիկ + դինամիկ), ուստի ստատիկ միացքը պետք է նախագծվի և տեղադրվի ուղիղ հոսքի ազդեցությունից հեռու, սովորաբար խողովակի կողային պատին, և միացվի սենսորին խողովակի միջոցով մաքուր ստատիկ ճնշման նմուշառման համար: Ավելին, շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը և բարոմետրիկ շեղումը կարող են ժամանակի ընթացքում փոխել ընթերցումները՝ պահանջելով բազային տրամաչափում և ջերմաստիճանի փոխհատուցում ծրագրային ապահովման մեջ՝ չափման ճշգրտությունը պահպանելու համար:
2.3 WF282A համապատասխանության վերլուծություն
WF282A սենսորն առաջարկում է 300 – 1100 hPa չափման տիրույթ, ±0,12 hPa տիպիկ հարաբերական ճշգրտություն և մինչև 0,01 hPa (≈1 Pa) թույլտվություն, պատահական աղմուկով մոտ ±4 Pa, ինչը բավարար է մի քանի պասկալ մակարդակի ստատիկ ճնշման փոփոխությունները գրանցելու համար: Դրա ծայրահեղ ցածր էներգիայի սպառումը (≈2,7 μA 1 Հց թարմացման արագությամբ) և մանրանկարչական փաթեթը (2,0 × 2,5 × 0,95 մմ³) հեշտացնում են այն ներդնել կոմպակտ խողովակային համակարգերում՝ շարունակական մոնիտորինգի համար: Սենսորը ներառում է չիպի վրա IIR ֆիլտրեր և ռեգիստրների միջոցով կարգավորվող մի քանի գերնմուշառման ռեժիմներ, որոնք թույլ են տալիս հավասարակշռել նմուշառման արագության և աղմուկի նվազեցման միջև՝ բարելավելու ազդանշանի կայունությունը՝ առանց լուծաչափի զոհաբերելու:
2.4 Դիզայնի մոտեցում
Ստատիկ ճնշման հուսալի նմուշառում իրականացնելու համար 15 մմ խորությամբ, 1 մմ տրամագծով ստատիկ միացքների մի շարք փորեք խողովակի կողային պատի վրա, այնուհետև դրանք միացրեք WF282A ճնշման պորտին կարճ խողովակի միջոցով՝ սենսորը օդի հոսքի անմիջական ազդեցությունից մեկուսացնելու համար: Նավահանգստի տեղադրությունը պետք է խուսափի սայրի ուղիղ բախումից, որը սովորաբար տեղադրված է սայրի միջին կամ հավասարաչափ խողովակի երկայնքով՝ ստատիկ ճնշման ներկայացուցչական տվյալներ ստանալու համար: Էլեկտրականորեն, WF282A-ը հաղորդակցվում է I²C-ով (մինչև 3,4 ՄՀց) և միանում է Arduino-ին կամ այլ միկրոկառավարիչին չորս լարերի միջոցով՝ VCC, GND, SDA և SCL: Ավտոբուսային գծերի վրա առաջարկվում է 4,7 կՕմ քաշող դիմադրություն՝ կայուն ցուցանիշներ ապահովելու և շեղումը կանխելու համար: Ծրագրային ապահովման մեջ միացրեք համապատասխան գերնմուշառում և զտում (օրինակ՝ 16× գերընտրանք, IIR ֆիլտրի գործակից 4) և օգտագործեք 500 ms նմուշառման միջակայք։ Կիրառեք շարժվող միջին կամ էքսպոնենցիալ հարթեցման պատուհան (N=10)՝ պատահական աղմուկը նվազեցնելու համար, այնուհետև փոխարկեք բացարձակ բարոմետրիկ ճնշումը հարաբերական ստատիկ ճնշման փոփոխության, ինչպես պահանջվում է կիրառման մեջ:
3. Սենսորների տեղադրում & Տեղադրում
3.1 Ստատիկ-պորտի ձևավորում
Մաքուր ստատիկ ճնշումը չափելու համար հորատեք հատուկ ստատիկ միացք խողովակի կողային պատի վրա: Տիպիկ նավահանգիստը 1 մմ տրամագծով, 15 մմ խորությամբ փոս է՝ հարթ ներքին հարդարմամբ՝ նվազագույնի հասցնելու տեղական տուրբուլենտությունը և պտտումները, որոնք կարող են աղավաղել ընթերցումները: Տեղադրեք նավահանգիստը շեղբերի անմիջական բախումից հեռու՝ իդեալականորեն խողովակի պատի միջնամասի երկայնքով՝ չխախտված ստատիկ ճնշումը նմուշառելու համար: Միացրեք պորտը WF282A ճնշման մուտքին ≤ 30 մմ երկարությամբ սիլիկոնե կամ PTFE խողովակի միջոցով: Այս կարճ, համապատասխան խողովակը լավ հավասարակշռություն է ապահովում արագ դինամիկ արձագանքի և անցողիկ ցայտերի խոնավացման միջև՝ ապահովելով, որ դուք ֆիքսեք իրական ճնշման փոփոխությունները առանց ավելորդ աղմուկի: Այս մոտեցումը արտացոլում է պիտոտ-ստատիկ համակարգը, որն օգտագործվում է ավիացիոն գործիքավորման մեջ՝ մեկուսացնելով ստատիկ ճնշման չափումները դինամիկ ճնշման ազդեցություններից:
3.2 Մոնտաժման վայրը
Տեղադրեք սենսորային հավաքածուն արտաքին հենարանի կամ ափսեի վրա օդի հոսքի հիմնական ուղուց դուրս՝ պաշտպանելով այն մեխանիկական թրթռումներից և մասնիկների ազդեցությունից՝ միաժամանակ թույլ տալով հեշտ մուտք գործել: Իդեալական դիրքը միջանցքի արտաքին պատն է, որն առաջարկում է ներկայացուցչական ստատիկ ճնշման նմուշ և զերծ է մնում սայրի ծայրի տեղային պտույտներից: Ավելի երկար խողովակների կամ աղմուկի մերժումը բարելավելու համար մի քանի ստատիկ պորտեր կարող են տեղադրվել մուտքի, միջնակետի և ելքի դիրքերում. այնուհետև WF282A-ն կարող է յուրաքանչյուրը հաջորդականությամբ և միջին արդյունքներով ուսումնասիրել ավելի կայուն ընթերցման համար: Համոզվեք, որ մոդուլը կողմնորոշված է, որպեսզի գրավիտացիոն ուժերը չշեղեն MEMS դիֆրագմը:
3.3 Կնքումը & Պաշտպանություն
Բոլոր խողովակների և սենսորների միջերեսները փակեք չեզոք ամրացման սիլիկոնով և ամրացրեք գուլպաների սեղմակները՝ արտահոսքի արագության հասնելու համար < 0.1 Պա/վ, կանխում է ճնշման կեղծ անկումը արտահոսքի պատճառով: Ծածկեք նավահանգիստը և սենսորային օդանցքները չժանգոտվող պողպատից նուրբ ցանցով կամ նեյլոնե էկրաններով (ցանց < 0.5 մմ) փոշու և ջրի կաթիլները արգելափակելու համար: Խոնավ միջավայրում ավելացրեք հիդրոֆոբ թաղանթ՝ առանց օդի հոսքը սահմանափակելու ցանկացած խտացումից ազատվելու համար: Երկարատև տեղադրման համար պարբերաբար մաքրեք էկրանները և փոխարինեք ներկառուցված ֆիլտրերը՝ կայուն չափումները պահպանելու համար:
3.4 Էլեկտրական միացում
WF282A-ն աջակցում է I²C (մինչև 3,4 ՄՀց) և SPI (մինչև 10 ՄՀց); այստեղ մենք օգտագործում ենք I²C: Միացրեք VCC→3.3 V, GND→GND, SDA→A4 և SCL→A5 Arduino-ի կամ MCU-ի վրա և տեղադրեք 4.7 kΩ լարման դիմադրություններ SDA և SCL գծերի վրա՝ ավտոբուսը անգործուն վիճակում պահելու և ազդանշանի շեղումը կանխելու համար: Պահեք լարերը կարճ (≤ 100 մմ) և միացրեք ազդանշանային գծերը բարձր հոսանքի մալուխներից առանձին՝ EMI-ը նվազագույնի հասցնելու համար: Միացումից հետո սկանավորեք I²C հասցեն 0x76/0x77՝ սենսորը ստուգելու համար: Որոնվածում կարգավորեք 16 × գերնմուշառումը և IIR ֆիլտրի գործակիցը 4՝ լուծումը և արձագանքման ժամանակը հավասարակշռելու համար:
4. Տվյալների ձեռքբերում & Մշակում
4.1 Նմուշառման արագություն & Oversampling
Մենք սահմանել ենք WF282A նմուշառման միջակայքը 500 ms (2 Հց)՝ հավասարակշռելով օդափոխիչի արագության փոփոխություններից ճնշման դինամիկ տատանումները հետևելու անհրաժեշտությունը ծայրահեղ ցածր էներգիայի սպառման հետ (~2,7 μA): Բանաձևը բարելավելու և աղմուկը նվազեցնելու համար մենք միացրել ենք 16× ճնշման գերնմուշառումը և կարգավորել է չիպի IIR ֆիլտրը 4 գործակցով (Filter_X4)՝ պահպանելով բավականաչափ արագ արձագանք՝ երկրորդական չափման պահանջների համար:
4.2 Զտման ռազմավարություն
Ի լրումն WF282A-ի ներքին IIR ֆիլտրի, մենք ներդրեցինք 10 կետանոց շարժվող միջին ֆիլտր Arduino-ի կողմից՝ գումարելով և միջինացնելով յուրաքանչյուր 10 անընդմեջ ընթերցումները՝ կարճաժամկետ ցատկերը և ՌԴ միջամտությունը հեռացնելու համար: Այս երկաստիճան զտիչն առաջացնում է ավելի հարթ ճնշման ազդանշան՝ միաժամանակ պահպանելով այնպիսի կարևոր իրադարձություններ, ինչպիսիք են օդափոխիչի մեկնարկից-դադարեցումը:
4.3 Ելակետային չափորոշում
Շրջակա միջավայրի բարոմետրիկ շեղումը հարաբերական ստատիկ ճնշման չափումներից վերացնելու համար մենք ֆիքսում և միջինացնում ենք ցուցումները միացումից հետո առաջին 10 վայրկյանի ընթացքում՝ օգտագործելով սա որպես զրոյական ելակետ: Հետագա չափումները հանում են այս ելակետը՝ ստատիկ ճնշման զուտ փոփոխությունը ստանալու համար: Այս ավտոմատ ստուգաչափումը չեղարկում է մթնոլորտի տիպիկ ±1 hPa տատանումները՝ առանց օգտագործողի միջամտության:
4.4 Սխալների վերլուծություն
Համաձայն Bosch-ի տվյալների թերթիկի՝ WF282A-ի բնորոշ RMS աղմուկը մոտ 1,3 Պա է; 16× գերնմուշառման և IIR 4 զտման դեպքում աղմուկը նվազում է մինչև ≈0,8 Պա: Մեր համակցված շարժվող միջինը հետագայում նվազեցնում է պատահական տատանումները մինչև ±2 Պա սահմաններում լաբորատոր պայմաններում:
5. Փորձարարական արդյունքներ & Վերլուծություն
5.1 Փորձարկման կարգավորում
Մենք օգտագործեցինք բարձր արագությամբ փչակ, որն առաջացնում էր ~5 մ/վ օդի հոսք խողովակի մուտքի մոտ: WF282A-ին միացված ստատիկ միացքի խողովակը (20 մմ սիլիկոն) ուներ նուրբ ցանցային էկրան՝ մասնիկները արգելափակելու համար: Arduino-ն իրական ժամանակում գրանցման և վիզուալիզացիայի համար ճնշման ընթերցումներ էր փոխանցում համակարգչին:
5.2 Տվյալների ներկայացում & Համեմատություն
Լրիվ հոսքի պայմաններում զուտ ստատիկ ճնշումը 0 Պա ելակետից ցատկել է մինչև ~100 Պա մեկ նմուշառման միջակայքում, այնուհետև կայունացել է ±3 Պա տատանումներով: Փչակի անջատումից հետո 5 վայրկյանում ճնշումը վերադարձավ մոտ 0 Պա՝ հստակորեն ֆիքսելով օդափոխիչի մեկնարկը, կայուն վիճակը և կանգառի փուլերը:
5.3 Ճշգրտության գնահատում
Նույն պայմաններում 20 կրկնվող փորձարկումներում միջին չափված ճնշումը եղել է 98,7 Պա՝ 3,1 Պա ստանդարտ շեղումով, որը համահունչ է WF282A-ի նշված աղմուկի բնութագրիչներին զտումից հետո: Կալիբրացիայի կորը տվել է R² ≥ 0,998՝ հաստատելով գերազանց գծայնություն և ճշգրտություն:
5.4 Բարելավման առաջարկություններ
Հետագա աշխատանքը կարող է ներառել մի քանի նավահանգիստների դիֆերենցիալ չափումներ՝ շրջակա միջավայրի խանգարումները չեղարկելու համար, կամ միացնել ջերմաստիճանի/խոնավության համակցված սենսորը (օրինակ՝ WF282A)՝ բազմապարամետրային փոխհատուցման համար՝ ուժեղացնելով կայունությունը բարդ պայմաններում:
Եզրափակում
Այս նախագիծը օգտագործում է կողային ստատիկ միացք և կարճ խողովակ՝ միացնելու համար WF282A սենսորը DC-ով աշխատող օդափոխիչի օդափոխիչի ստատիկ ճնշման ճշգրիտ նմուշառման համար: Օգտագործելով WF280A-ի 0,01 hPa լուծաչափը և ± 0,12 hPa ճշգրտությունը՝ զուգորդված 16× գերնշման, չիպի IIR զտման և 10 կետանոց շարժվող միջինի հետ, չափման ճշգրտությունը բարելավվել է ±3 Pa-ի սահմաններում: Փորձերը ցույց են տվել ~5 մ/վրկ ճնշում օդի հոսքից ~5 մ/վրկ: Pa, կայունանալով ±3 Pa-ի սահմաններում; Քսան փորձարկումները տվել են միջինը 98,7 Պա, 3,1 Պա ստանդարտ շեղում և գծային R² ≥ 0,998: Էժան, հեշտ տեղադրվող համակարգը, որն օգտագործում է I²C հաղորդակցությունը, աջակցում է մի քանի նավահանգիստների դիֆերենցիալ չափմանը և ունի գերազանց մասշտաբայնություն և ամրություն: Այս մոտեցումն առաջարկում է ծախսարդյունավետ, վերարտադրվող լուծում՝ օդափոխիչի աշխատանքի գնահատման և օդափոխության մոնիտորինգի համար ինչպես բնակելի, այնպես էլ արդյունաբերական միջավայրերում՝ հնարավորություն տալով ինժեներներին և հոբբիներին արագորեն կիրառել օդի հոսքի մոնիտորինգի համակարգեր:
Վերոնշյալ ներածությունը միայն քերծում է ճնշման սենսորային տեխնոլոգիայի կիրառությունների մակերեսը: Մենք կշարունակենք ուսումնասիրել տարբեր արտադրատեսակներում օգտագործվող սենսորային տարրերի տարբեր տեսակները, ինչպես են դրանք աշխատում, ինչպես նաև դրանց առավելություններն ու թերությունները: Եթե ցանկանում եք ավելի մանրամասն մանրամասնել, թե ինչ է քննարկվում այստեղ, կարող եք ստուգել համապատասխան բովանդակությունը ավելի ուշ այս ուղեցույցում: Եթե դուք սեղմված եք ժամանակի համար, կարող եք նաև սեղմել այստեղ՝ այս ուղեցույցի մանրամասները ներբեռնելու համար Օդային ճնշման ցուցիչի արտադրանք PDF տվյալներ.
Այլ սենսորային տեխնոլոգիաների մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար խնդրում ենք Այցելեք մեր տվիչների էջը.