導入: スマートフォンでの気圧計の使用が増加, 錠剤, そしてウェアラブル技術, 正確な高さ位置の監視や予知保全などの新しい産業用途への扉を開く. では、設計要件に基づいて適切なバロメーターを選択するにはどうすればよいですか?? 注意すべき具体的なパラメータは何ですか? 製品を選択する際に考慮すべき技術的な詳細は何ですか? 最新の気圧計の組み合わせは何ですか? 気圧計にはどのような新たな応用方向があるのか? この記事を通じて, あなたの次のデザインに最も理想的なバロメーターを見つけるために必要な情報が得られることを願っています。.
について学ぶ 3 圧力測定方法と 4 製造技術, そしてあなたのデザインに合ったものを選んでください
気圧計は、気体または液体の気圧を検出するために使用されます。. トランスデューサーとして, 気圧計は、加えられた空気圧をアナログまたはデジタルの出力信号に変換し、通常は気圧測定の種類と感圧技術に応じて分類されます。.
空気圧を測定するには3つの方法があります:
絶対圧力: 絶対圧力は、完全な真空を基準にして測定される圧力です。. 絶対気圧計を空気中に置くと, センサーはその場所の実際の空気圧を読み取ります. したがって, 絶対気圧は高度や天候の変化に影響されます, 等.
差圧: 2 つの圧力源間で測定された気圧の差.
ゲージ圧: 圧力源の 1 つが周囲気圧の場合, 測定された圧力差はゲージ圧と呼ばれます.
圧力測定方法を明確にした上で, また、気圧計の製造に使用されるさまざまな原理が精度に直接影響することを認識する必要もあります。, 範囲, センサーサイズと検出可能な環境.
最も一般的に使用されている感圧技術は次のとおりです。:
■ ピエゾ抵抗気圧計: ピエゾ抵抗効果を利用して、空気圧が加わったときのダイヤフラムに取り付けられた 1 つまたは複数の抵抗器の抵抗変化を検出します. モノのインターネットに必要な一般的な圧力試験に適しています, 産業と医療.
■圧電気圧計: 圧電材料の特性を利用し、表面にかかる空気圧に比例した電荷を検出します。. 高温環境に最適, ジェットエンジンの高動圧測定など.
■ 静電容量式気圧計: ガラス製のダイヤフラムの動きによる静電容量の変化を検出して気圧を測定します。, セラミックまたはシリコン. モノのインターネットに必要な一般的な圧力試験にも適しています, 産業と医療
■光ファイバー気圧計: 光ファイバーの光学効果を利用. 石油やガスなどの過酷な環境に最適, 航空宇宙, 防衛と医療.
理解する 8 気圧計の主要なパラメータ
気圧計の基本原理に加えて、, 関連するパラメータの意味も理解する必要があります, これは気圧計を選択するための主な参考資料でもあります:
圧力レンジまたはスパン: センサーが測定できる圧力の範囲. センサーの過圧耐性, これは、気圧計が動作範囲に戻ったときにデバイスが耐えることができ、まだ機能する最大圧力です。, も考慮する必要があります.
正確さ: 絶対精度は、気圧計の出力が実際の圧力にどれだけ近いかを示します。. 2 つの値の差として表されます. 相対精度は 2 つの測定値間の誤差です。.
包装: エンドアプリケーションの環境とサイズの制約によって決定されます. 小さい, 多くの場合、防水パッケージが好まれます.
ノイズ: 簡単に言えば, これは、センサー入力の変化に関連するセンサー出力のランダムな変動です。.
温度係数オフセット: ゼロ圧力の温度係数とも呼ばれます. 温度によるゼロ圧力でのオフセットの変化を表します。, だから小さければ小さいほど良い.
出力データレート: データがサンプリングされる速度.
帯域幅: エイリアシングなしでサンプリングできる最高周波数信号.
消費電力: 消費電力は、小型バッテリで動作するアプリケーションや、バッテリ寿命を可能な限り維持する必要があるアプリケーションにとって非常に重要です。. 消費電力は、ODR と解像度の選択に密接に関係しています. 気圧計の RMS ノイズは帯域幅と解像度にも関係します, したがって、センサーのアプリケーション要件に合わせて消費電力と解像度を比較検討する必要があります。. もちろん, 他のパラメータもあります, 電源電圧など, 動作温度, 範囲, 通信インターフェース, 等.
気圧と高度の関係
大気圧の測定単位は次のとおりです。:
Psi – ポンド/平方インチ
Cm/Hg – 水銀柱センチメートル
Cm/Hg – 水銀柱インチ
パ – パスカル, 圧力のSI単位, 1パ＝ 1 N/m2
バー – バー, 空気圧の単位, 1 バール = 105Pa
Mbar – ミリバール, 1ミリバール = 10-3 バー
私たちは地球の大気圏の下層に住んでいます, 高度が上がると気圧が下がる場所. 標準大気圧を次のように定義します。 29.92 海抜 59°F での in/Hg, 時間には影響されず、測定点の地理的位置に影響される平均値, 温度, そして気流.
したがって, 上記の圧力単位間の変換関係は次のとおりです。:
1 標準的な雰囲気 = 14.7 psi = 76 cm/Hg = 29.92 インチ/Hg = 1.01325 バー = 1013.25 ミリバール
気圧と高度の関係は次のように表すことができます。[1]:
どこ:
P0は標準大気圧です, に等しい 1013.25 ミリバール;
高度はメートル単位の高度です.
P は、特定の高度における気圧 (ミリバール) です。
形 1 気圧変化と高度の関係を上記の式に基づいて表します。.
図に示すように, 高度が海面から高くなるとき 11,000 海抜メートル, 大気圧が～から低下する 1013.25 ミリバールから 230 ミリバール. 図から、高度が以下であることを理解するのは難しくありません。 1,500 メートル, 大気圧はほぼ直線的に減少します, 約の減少で 11.2 ミリバール 100 メートル, つまり, について 1.1 ミリバール 10 メートル. より正確な高度計測データを取得するために, 気圧高度クエリテーブルをターゲットアプリケーションに組み込んで、圧力センサーの測定結果に基づいて対応する高度を決定できます。.
全範囲の絶対MEMS圧力センサーの場合、 300 ミリバールから 1100 mbarが使用されています, 測定高度が到達可能 9,165 海抜メートルから 698 海面下数メートル.
応用例: MEMSセンサーを使用した床レベルの決定
測定分解能は、 0.1 ミリバール (10パ) /rms イネーブル MEMS圧力センサー 内部の高さの変化を検出する 1 メーター. したがって, 高層ビルの中で, 圧力センサーを使用して床の変化を検出できます.
第二に, 地域の周囲気圧を測定するために、高度監視ステーションが地域内の複数の場所に配備されています。, 天候やその他の影響要因を補正する, 高精度の高度測定値を作成します, 次に、デバイスの正確な床の高さを決定します。, 地理位置情報に新機能をもたらす.
形 2 STMicroelectronics で収集された圧力センサー データを示します’ イタリアのカステレットオフィスビル. サンプリングレートは7Hzです, データ収集時間は約 23 合計分. 図から, 異なるフロアの気圧の変化がはっきりとわかります. 地下室は気圧が最も高い. 床が上がるにつれて, 気圧が徐々に下がっていく.
高層ビルが存在する複雑な都市環境向け, 現在の GPS テクノロジーでは信頼できる 3 次元位置データを提供できません. しかし、気圧計の応用が新しいソリューションになりました, 気圧の変化に基づいて設計されています – 人が一定の高さまで移動すると, 空気圧が下がります.
下図に示すように, このソリューションでは, 初めに, ウェアラブル デバイスまたは携帯電話には高品質の気圧センサーが搭載されている必要があります, のような: WF5803F, 5803C/WF280A, 等, または工業用空気圧センサー WF5805F そして 5837, サンプリング レート 3kHz、合計データ収集時間は約 3ms.
WFsensors は、幅広い製品モデルを備えたさまざまなピエゾ抵抗気圧センサーを提供しています, 絶対圧非防水タイプと絶対圧防水タイプを含む, 携帯電話などの多くの端末スマート製品に適しています, ドローン, ウェアラブル, 時計/ブレスレット, スポーツウォッチ, 等. 高度計として使用しています, 天気予報や環境の湿度と温度の監視のための指標としても機能します。.
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