기압 고도 센서란 무엇입니까? 하나를 선택하는 방법?

소개: 기압계는 스마트폰, 태블릿 및 웨어러블 기술에서 점점 더 많이 사용되고 있으며 정확한 높이 위치 모니터링 및 예측 유지 관리와 같은 새로운 산업 응용 분야의 문을 열어주고 있습니다. 그렇다면 설계 요구 사항에 따라 올바른 기압계를 어떻게 선택합니까? 어떤 특정 매개변수에 주의를 기울여야 합니까? 제품을 선택할 때 고려해야 할 기술적 세부 사항은 무엇입니까? 최신 기압계 조합은 무엇입니까? 기압계에는 어떤 새로운 적용 방향이 있습니까? 이 기사를 통해 귀하의 다음 디자인에 가장 이상적인 바로미터에 맞는 필요한 정보를 얻을 수 있기를 바랍니다.

3가지 압력 측정 방법과 4가지 제조 기술을 알아보고 귀하의 설계에 적합한 방법을 선택하세요.

기압계는 가스나 액체의 공기압을 감지하는 데 사용됩니다. 변환기로서 기압계는 적용된 기압을 아날로그 또는 디지털 출력 신호로 변환하며 일반적으로 기압 측정 유형과 압력 감지 기술에 따라 분류됩니다.

공기압을 측정하는 방법에는 세 가지가 있습니다.

절대압력: 절대압력은 완전진공을 기준으로 측정한 압력입니다. 절대 기압계를 공기 중에 놓으면 센서가 해당 위치의 실제 기압을 읽습니다. 따라서 절대기압계는 고도나 날씨 등의 변화에 영향을 받습니다.

차압: 두 압력 소스 사이에서 측정된 기압의 차이입니다.

게이지 압력: 압력 소스 중 하나가 대기압인 경우 측정된 압력 차이를 게이지 압력이라고 합니다.

압력 측정 방법을 명확히 한 후에는 기압계 생산에 사용되는 다양한 원리가 정확도, 범위, 센서 크기 및 감지 적용 환경에 직접적인 영향을 미친다는 점을 인식해야 합니다.

다음은 가장 일반적으로 사용되는 압력 감지 기술입니다.

■ 압저항 기압계: 압저항 효과를 활용하여 공기 압력이 가해질 때 다이어프램에 장착된 하나 이상의 저항기의 저항 변화를 감지합니다. 사물인터넷, 산업, 의료 분야에서 요구되는 일반 압력 테스트에 적합합니다.

■ 압전 기압계: 압전 재료의 특성을 활용하여 표면에 가해지는 공기 압력에 비례하는 전하를 감지합니다. 제트 엔진의 높은 동적 압력 측정과 같은 고온 환경에 적합합니다.

■ 정전식 기압계: 유리, 세라믹, 실리콘으로 만들어진 다이어프램의 움직임에 따른 정전용량의 변화를 감지하여 기압을 측정합니다. 사물 인터넷, 산업 및 의료 분야에서 요구되는 일반 압력 테스트에도 적합합니다.

■ 광섬유 기압계: 광섬유의 광학 효과를 활용합니다. 석유 및 가스, 항공우주, 국방, 의료 등 열악한 환경에 적합합니다.

기압계의 8가지 주요 매개변수 이해

기압계의 기본 원리 외에도 기압계 선택의 주요 참고 사항이기도 한 관련 매개 변수의 의미를 이해해야 합니다.

압력 범위 또는 범위: 센서가 측정할 수 있는 압력 범위입니다. 기압계가 작동 범위로 돌아올 때 장치가 견딜 수 있고 계속 작동할 수 있는 최대 압력인 센서의 과압 허용 오차도 고려해야 합니다.

정확성: 절대 정확도는 기압계 출력이 실제 압력에 얼마나 가까운지를 나타냅니다. 두 값의 차이로 표현됩니다. 상대 정확도는 두 측정 간의 오차입니다.

포장: 최종 애플리케이션 환경과 크기 제약에 따라 결정됩니다. 작은 방수 패키지가 선호되는 경우가 많습니다.

소음: 간단히 말해서, 센서 입력의 변화와 관련된 센서 출력의 무작위 변화입니다.

온도 계수 오프셋: 제로 압력의 온도 계수라고도 합니다. 온도로 인해 압력이 0일 때 오프셋의 변화를 나타내므로 작을수록 좋습니다.

출력 데이터 속도: 데이터가 샘플링되는 속도입니다.

대역폭: 앨리어싱 없이 샘플링할 수 있는 가장 높은 주파수 신호입니다.

전력 소비: 전력 소비는 소형 배터리로 실행되는 애플리케이션과 배터리 수명을 최대한 보존해야 하는 애플리케이션에 매우 중요합니다. 전력 소비는 ODR 및 해상도 선택과 밀접한 관련이 있습니다. 기압계의 RMS 잡음은 대역폭 및 분해능과도 관련이 있으므로 센서의 애플리케이션 요구 사항에 맞게 전력 소비 및 분해능을 측정해야 합니다. 물론 전원 전압, 작동 온도, 범위, 통신 인터페이스 등과 같은 다른 매개변수도 있습니다.

대기압과 고도의 관계

대기압 측정 단위는 다음과 같습니다.

psi - 평방 인치당 파운드

CM/HG - 센티미터의 수은

CM/HG - 수은 인치

Pa – 파스칼, SI 압력 단위, 1Pa = 1 N/m2

Bar – bar, 기압 단위, 1bar = 105Pa

Mbar – 밀리바, 1mbar = 10-3bar

우리는 고도가 높아짐에 따라 대기압이 감소하는 지구 대기권의 하류에 살고 있습니다. 우리는 표준 대기압을 해수면 59°F에서 29.92in/Hg로 정의합니다. 이 평균값은 시간의 영향을 받지 않고 측정 지점의 지리적 위치, 온도 및 기류의 영향을 받습니다.
따라서 위의 압력 단위 간의 변환 관계는 다음과 같습니다.
1 표준 대기 = 14.7psi = 76cm/Hg = 29.92in/Hg = 1.01325bar = 1013.25mbar
기압과 고도의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다[1].

어디:
P0는 1013.25mbar와 동일한 표준 대기압입니다.

고도는 미터 단위의 고도입니다.

P는 특정 고도에서 MBAR의 공기압입니다.

그림 1은 위의 공식을 바탕으로 대기압 변화와 고도 사이의 관계를 설명합니다.
그림에서 볼 수 있듯이 해발 11,000m까지 고도가 상승하면 대기압은 1013.25mbar에서 230mbar로 감소합니다. 고도가 1,500m 미만일 때 대기압은 거의 선형적으로 감소하여 100m당 약 11.2mbar, 즉 10m당 약 1.1mbar 감소한다는 것을 그림에서 확인하는 것은 어렵지 않습니다. 보다 정확한 고도 측정 데이터를 얻으려면 대상 애플리케이션에 기압 고도 쿼리 테이블을 구축하여 압력 센서의 측정 결과를 기반으로 해당 고도를 결정할 수 있습니다.
300mbar ~ 1100mbar의 전체 범위를 갖는 절대 MEMS 압력 센서를 사용하는 경우 측정 고도는 해발 9,165m에서 해발 698m에 도달할 수 있습니다.

적용 사례: MEMS 센서를 활용한 바닥 높이 판별

0.1mbar(10Pa)/rms의 측정 분해능으로 MEMS 압력 센서 1미터 이내의 높이 변화를 감지합니다. 따라서 고층 건물에서는 압력 센서를 사용하여 바닥의 변화를 감지할 수 있습니다.

둘째, 고도 모니터링 스테이션은 지역의 여러 위치에 배치되어 지역 주변 기압을 측정하고 날씨 및 기타 영향 요인을 수정하며 고정밀 고도 판독값을 생성한 다음 장치의 정확한 바닥 높이를 결정하여 지리 위치에 새로운 기능을 제공합니다.

그림 2는 STMicroelectronics에서 수집한 압력 센서 데이터를 보여줍니다.’ 이탈리아 카스텔레토 사무실 건물. 샘플링 레이트는 7Hz이며, 데이터 수집 시간은 총 23분 정도이다. 그림에서 층별 대기압의 변화를 명확하게 볼 수 있습니다. 대기압은 지하실에서 가장 높습니다. 바닥이 높아지면서 대기압은 점차 감소합니다.

다층 건물이 있는 복잡한 도시 환경의 경우 현재 GPS 기술로는 신뢰할 수 있는 3차원 위치 데이터를 제공할 수 없습니다. 그러나 기압계의 적용은 기압 변화를 기반으로 설계된 새로운 솔루션이 되었습니다. – 사람이 특정 높이로 이동하면 기압이 떨어집니다.

아래 그림에 표시된 것처럼 이 솔루션에서는 우선 웨어러블 장치 또는 휴대폰에 다음과 같은 고품질 기압계 센서가 있어야 합니다. WF5803F, 5803C/WF280A등 또는 산업용 공기압 센서 WF5805F 그리고 5837, 샘플링 속도는 3kHz이고 총 데이터 수집 시간은 약 3ms입니다.

WFsensors는 휴대폰, 드론, 웨어러블, 시계/팔찌, 스포츠 시계 등과 같은 많은 단말기 스마트 제품에 적합한 절대압 비방수 및 절대압 방수 유형을 포함하여 다양한 제품 모델의 다양한 압저항 기압계 센서를 공급합니다. 고도 측정기뿐만 아니라 일기 예보 및 환경 습도 및 온도 모니터링을 위한 표시기로 사용됩니다.