カタログ
1. WF282Aセンサーの紹介
適切な圧力センサーを選択することは、DCモーター駆動型ファンエアフロープロジェクトの鍵です. WFセンサーからのWF282Aは、ピエゾレス症のMEMSテクノロジーに基づくデジタル気圧センサーです. 圧力下で抵抗が変化するシリコンダイアフラムを使用します, オンチップ24ビットADCおよびキャリブレーション係数と組み合わせる, 正確な圧力と温度の測定値を出力します
1.1 センシング原則とパッケージ
内部WF282A , ピエゾレス症状の横隔膜は、外圧下で変形します, ホイートストーンブリッジ出力の作成. この信号は増幅されます, フィルタリング, 高解像度ADCを介して変換されます. 前身のWF282と比較して, WF282Aはです 63 % 小さい, 8ピンLGAメタルパッケージに収容されています (2.0 × 2.5 × 0.98 mm³), 優れたEMCの堅牢性と長期的な安定性を提供します
1.2 重要な仕様
範囲: 300 hpa to 1100 hPa, –500 mからの高度をカバーします +9000 m.
典型的な相対精度: ±0.12 HPA (≈±1 mの高度).
解決: 0.01 hPa (≈1Pa); 典型的なRMSノイズはです 1.3 パ, ファンからの小さな静的な変化を解決するのに十分です.
供給 & 力: 1.71 - 3.6 V; 2.7 μAで 1 Hzリフレッシュ, 0.1 μA睡眠モード, バッテリーを搭載したシステムに最適です.
インタフェース: I²cまで 3.4 MHZまたはSPIまで 10 MHz, 柔軟なマイクロコントローラー統合用
1.3 利点と考慮事項
高精度, 低ドリフト: ボッシュの実績のあるMEMSプロセスは、優れた直線性と安定性をもたらします, 温度係数オフセットのみがあります 1.5 Pa/k (½12.6cm/k).
小さなフットプリント, 超低電力: スペースおよび電源が制約されたアプリケーションに最適です, しかし、高気流速度での動的圧力エラーを避けるためには、慎重な静的な配置が必要です.
構成可能なフィルタリング & モード: オンチップIIRフィルターと複数の電源/測定モードは、からのサンプリングレートをサポートします 0.016 Hz to 157 Hz, 多様な要件に適応できます.
高解像度で, 低ノイズ, 最小限の電源ドロー, 柔軟なインターフェイスオプション, WF282Aは、ファン駆動型エアフロープロジェクトで静圧を測定するのに理想的な選択肢です. 適切に設計された静的ポートと組み合わされています, 数人のパスカルの順序で圧力の変化を捉えることができます, 気流の推定とパフォーマンス分析のための堅牢な基盤を築く.
2. プロジェクトの背景と要件
2.1 プロジェクト目標
このプロジェクトの目標は、ファンダクト内の静的圧力変動を測定することにより、DCモーター駆動のファンによってさまざまな速度で生成される気流強度を推定することです。, パフォーマンスの最適化とエネルギー効率分析のための定量的データを提供する. この方法では、WF282Aセンサーの高解像度の静止圧力測定機能を活用して、気圧差をエアフロー速度と体積流に比例させるメトリックに変換します, エンジニアとDIY愛好家が直感的な数値フィードバックでファンのパフォーマンスを評価するのを支援する. 従来の貧血またはホットワイヤセンサーと比較してください, 静的圧力ベースのアプローチは、簡単にインストールを提供します, 低コスト, センサーダイアフラムの高速空気ストリームへの直接曝露はありません, 小型ダクトやホームファンの監視アプリケーションに最適になります.
2.2 測定の課題
ファンによって生成される静圧の違いは、通常、以下にあります 200 パ, で変更を解決できるセンサーが必要です 1 信号を確実に検出するためのPAレベル以上. さらに, 気流の乱気流と脈動が騒音を導入します, したがって、適切な機械レイアウトとデータフィルタリング戦略がありません, 圧力測定値は大幅に変動します, 安定した流れ条件をキャプチャすることを困難にします. この静的圧力サンプリング手法は、気流の静圧を正確に測定するために航空で一般的に使用されるピトー統計システムに触発されています. センサーをエアフローに直接さらすと、総圧力が測定されます (静的 + 動的), したがって、静的ポートを設計し、直接フローインパクト（通常はダクトサイドウォールに）から離れ、チューブを介してセンサーに接続して純粋な静圧をサンプリングする必要があります。. さらに, 周囲温度と気圧ドリフトは、読み取り値を長期にわたって変えることができます, 測定精度を維持するためにソフトウェアのベースラインキャリブレーションと温度補償を必要とする.
2.3 WF282A適合性分析
WF282Aセンサーは、の測定範囲を提供します 300 - 1100 hPa, ±0.12 HPaの典型的な相対精度, と解決策 0.01 hPa (≈1Pa), ランダムノイズが±4 PAの周りに - ファンによって生成された少数のパスカルレベルの静的圧力変化をキャプチャするのに適しています. その超低電力消費 (≈2.7μAで 1 Hzアップデートレート) およびミニチュアパッケージ (2.0 × 2.5 × 0.95 mm³) 継続的な監視のためにコンパクトダクトシステムに簡単に埋め込むことができます. センサーには、オンチップIIRフィルターとレジスタを介して構成可能な複数のオーバーサンプリングモードが含まれています, サンプリングレートとノイズ低減のバランスを確保して、解像度を犠牲にすることなく信号の安定性を改善する.
2.4 設計アプローチ
信頼できる静的圧力サンプリングを実現するため, 一連のドリル 15 mm -deep, 1 ダクトサイドウォール上のmm -diameter静的ポート, 次に、短いチューブを介してWF282A圧力ポートに接続して、センサーを直接気流の衝撃から分離します. ポートの位置は、代表的な静圧データをキャプチャするために、ダクトに沿って逆ブレードまたは均等に配置された直接刃の衝突を避ける必要があります. 電気的に, WF282AはI²Cを超えて通信します (まで 3.4 MHz) 4つのワイヤーを介してArduinoまたは他のマイクロコントローラーに接続します: VCC, GND, SDA, およびSCL. a 4.7 安定した測定値を確保し、ドリフトを防ぐために、バスラインでkΩプルアップ抵抗器が推奨されます. ソフトウェア, 適切なオーバーサンプリングとフィルタリングを有効にします (例えば, 16×オーバーサンプリング, iirフィルター係数 4), と使用します 500 MSサンプリング間隔. 移動平均または指数スムージングウィンドウを適用します (n = 10) ランダムノイズを減らすため, 次に、アプリケーションで要求されるように、絶対気圧を相対的な静圧変化に変換します.
3. センサー配置 & インストール
3.1 静的デザイン
純粋な静圧を測定します, ダクトサイドウォールに専用の静的ポートをドリルします. 典型的なポートはaです 1 mm直径, 15 測定値を歪めることができる局所的な乱流と渦を最小限に抑えるために、滑らかな内部仕上げを備えたMMディープボア. ポートを直接ブレードの衝突から離れて、つまりダクト壁の中央に沿って、邪魔されない静圧をサンプリングするために配置します. ≤を介してポートをWF282A圧力インレットに接続します 30 シリコンまたはPTFEチューブのMMの長さ. この短い, 準拠したチューブは、速い動的な応答と一時的なスパイクの減衰とのバランスをとることができます, 過度のノイズなしで本物の圧力の変化をキャプチャしてください. このアプローチは、航空計装で使用されるPITOT -STATICシステムを反映しています, 動的圧力効果からの静圧測定の分離.
3.2 取り付け場所
メインエアフローパスの外側の外部ブラケットまたはプレートにセンサーアセンブリをマウントします, 簡単にアクセスできるようにしながら、機械的な振動と粒子状の衝撃から保護する. 理想的な場所は、中間型の外壁です, 代表的な静圧サンプルを提供し、ローカルブレードティップ渦を避けています. より長いダクトの場合、または騒音拒絶を改善するため, 複数の静的ポートを入口に間隔を置くことができます, ミッドポイント, アウトレット位置; その後、WF282Aはそれぞれを順番に投票し、より安定した読書のために平均結果を得ることができます. モジュールが方向を立てていることを確認するため、重力はMEMSダイアフラムにバイアスしない.
3.3 シーリング & 保護
ニュートラルキュアシリコンですべてのチューブとセンサーのインターフェイスを密封し、ホースクランプを締めてリークレートを達成する < 0.1 pa/s, 漏れによる誤った圧力低下を防ぐ. ファインメッシュステンレス鋼またはナイロンスクリーンでポートとセンサーの通気口を覆う (メッシュ < 0.5 mm) ほこりや水滴をブロックします. 湿度の高い環境で, 疎水性膜をインラインで追加して、気流を制限することなく凝縮を流します. 長期展開用, 定期的にスクリーンをきれいにし、インラインフィルターを交換して、安定した測定値を維持します.
3.4 電気接続
WF282AはI²Cをサポートしています (まで 3.4 MHz) とspi (まで 10 MHz); ここでは、i²cを使用します. ワイヤーVCC→3.3 v, GND→GND, SDA→A4, ArduinoまたはMCUのSCL→A5, そして場所 4.7 SDAおよびSCLラインのkΩプルアップ抵抗器バスを高く保ち、信号の漂流を防ぐ. 配線を短くしてください (≤ 100 mm) EMIを最小限に抑えるために、高電流ケーブルとは別にバンドル信号ライン. パワーオンの後, I²Cをスキャンして、センサーを確認するには0x76/0x77をアドレスします. ファームウェア, 16×オーバーサンプリングとIIRフィルター係数を構成します 4 解像度と応答時間のバランスをとる.
4. データ収集 & 処理
4.1 サンプリングレート & オーバーサンプリング
WF282Aサンプリング間隔をに設定します 500 MS (2 Hz), ファン速度の変化と超低電力消費との動的圧力変動を追跡する必要性のバランス (〜2.7μA). 解像度を改善し、ノイズを減らすため, 16×圧力オーバーサンプリングを有効にし、係数を備えたオンチップIIRフィルターを構成しました 4 (filter_x4), サブセカンドの測定要件に対して十分な速い応答を維持します.
4.2 フィルタリング戦略
WF282Aの内部IIRフィルターに加えて, Arduino側に10ポイントの移動平均フィルターを実装しました, すべてを合計して平均します 10 短期的なスパイクとRF干渉を削除するための連続した測定値. このデュアルステージフィルタリングは、ファンのスタートトップトランジェントなどの重要なイベントを保存しながら、より滑らかな圧力信号を生成します.
4.3 ベースラインキャリブレーション
相対的な静圧測定から周囲の気圧ドリフトを排除する, 最初の測定値をキャプチャし、平均読み取り値をキャプチャします 10 パワーアップの数秒後, これをゼロベセリンとして使用します. 後続の測定は、このベースラインを減算して、正味の静的圧力の変化を出力します. この自動キャリブレーションは、ユーザー介入なしで典型的な±1 HPA大気変動をキャンセルします.
4.4 エラー分析
Boschのデータシートによると, WF282Aの典型的なRMSノイズは約です 1.3 パ; 16×オーバーサンプリングとIIRで 4 フィルタリング, ノイズは約0.8 Paに落ちます. 私たちの組み合わせた移動平均は、ラボ条件下でランダムな変動を±2 PA内にさらに減少させます.
5. 実験結果 & 分析
5.1 テストセットアップ
ダクトインレットで〜5 m/sのエアフローを生成する高速ブロワーを使用しました. 静的ポートチューブ (20 MMシリコン) WF282Aに接続された微粒子をブロックするための細かいメッシュ画面が特徴です. Arduinoは、リアルタイムのロギングと視覚化のためにPCに圧力測定値をストリーミングしました.
5.2 データプレゼンテーション & 比較
フルフロー条件下で, 正味の静圧は飛びました 0 1つのサンプリング間隔内でPAベースラインから〜100 PAから〜100 PA, その後、±3 PAの変動で安定します. ブロワーのシャットダウンで, 圧力は近くに戻りました 0 PA内 5 秒, ファンのスタートをはっきりとキャプチャします, 定常状態, 停止フェーズ.
5.3 精度評価
で 20 同一の条件下での繰り返しテスト, 平均測定圧力はでした 98.7 の標準偏差を持つPA 3.1 パ, フィルタリング後のWF282Aの指定されたノイズ特性に合わせます. キャリブレーション曲線はR²≥を生成しました 0.998, 優れた直線性と精度を確認します.
5.4 改善の推奨事項
将来の作業には、環境障害をキャンセルするためのマルチポート差微分測定が含まれる可能性があります, または、温度/湿度センサーの組み合わせを統合します (例えば, WF282A) マルチパラメーター補償用, 複雑な条件での堅牢性の向上.
結論
このプロジェクトでは、DC駆動型ファンエアフローの正確な静圧サンプリングのために、WF282Aセンサーを結合するためのサイドウォール静的ポートと短いチューブを採用しています。. WF280Aを活用します 0.01 HPA解像度と±0.12 HPA精度, 16倍のオーバーサンプリングと組み合わせます, オンチップIIRフィルタリング, 10ポイント移動平均, 測定精度は±3 Pa以内に改善されました. 〜5 m/sのエアフローを使用した実験では、からの正味の静圧がジャンプすることが示されました 0 Paから〜100 pa, ±3 Pa内の安定化; 20回の試験では平均が得られました 98.7 パ, ある 3.1 PA標準偏差, および線形r²≥ 0.998. 低コスト, 簡単なシステム, I²C通信を使用します, マルチポートの差動測定をサポートし、優れたスケーラビリティと堅牢性を持っています. このアプローチは、費用対効果を提供します, 住宅と産業の両方の環境でのファンのパフォーマンス評価と換気監視のための再現可能なソリューション, エンジニアと愛好家がエアフロー監視システムを迅速に展開できるようにする.
上記のはじめには、圧力センサー技術のアプリケーションの表面を傷つけるだけです. さまざまな製品で使用されるさまざまな種類のセンサー要素を引き続き探索します, 彼らはどのように働くのか, そして彼らの利点と短所. ここで説明していることの詳細が必要な場合, このガイドの後半で関連するコンテンツをチェックできます. あなたが時間に押されている場合, ここをクリックして、このガイドの詳細をダウンロードすることもできます 空気圧センサー製品PDFデータ.
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