Apakah itu penderia ketinggian barometrik? Bagaimana untuk memilih satu?

pengenalan: Barometer semakin digunakan dalam telefon pintar, tablet, dan teknologi boleh pakai, membuka pintu kepada aplikasi industri baharu seperti pemantauan kedudukan ketinggian yang tepat dan penyelenggaraan ramalan. Jadi bagaimana anda memilih barometer yang betul berdasarkan keperluan reka bentuk anda? Apakah parameter khusus yang perlu anda perhatikan? Apakah butiran teknikal yang perlu anda pertimbangkan semasa memilih produk? Apakah kombinasi barometer terkini? Apakah arah aplikasi baharu yang ada untuk barometer? Melalui artikel ini, Saya harap anda boleh mendapatkan maklumat yang diperlukan untuk memadankan barometer yang paling ideal untuk reka bentuk anda yang seterusnya.

Belajar tentang 3 kaedah pengukuran tekanan dan 4 teknik pembuatan, dan pilih yang sesuai dengan reka bentuk anda

Barometer digunakan untuk mengesan tekanan udara gas atau cecair. Sebagai transduser, barometer menukar tekanan udara terpakai kepada isyarat keluaran analog atau digital dan biasanya dikelaskan mengikut jenis pengukuran tekanan udara dan teknologi sensitif tekanan.

Terdapat tiga cara untuk mengukur tekanan udara:

Tekanan mutlak: Tekanan mutlak ialah tekanan yang diukur secara relatif kepada vakum sempurna. Jika anda meletakkan barometer mutlak di udara, sensor akan membaca tekanan udara sebenar di lokasi tersebut. Oleh itu, barometer mutlak dipengaruhi oleh perubahan ketinggian dan cuaca, dll.

Tekanan pembezaan: Perbezaan tekanan udara yang diukur antara dua sumber tekanan.

Tekanan tolok: Apabila salah satu sumber tekanan ialah tekanan udara persekitaran, perbezaan tekanan yang diukur dipanggil tekanan tolok.

Selepas menjelaskan kaedah pengukuran tekanan, adalah perlu juga untuk menyedari bahawa prinsip berbeza yang digunakan dalam penghasilan barometer secara langsung akan mempengaruhi ketepatan, julat, saiz penderia dan persekitaran pengesanan yang berkenaan.

Berikut ialah teknologi sensitif tekanan yang paling biasa digunakan:

■ Barometer piezoresistif: Menggunakan kesan piezoresistif untuk mengesan perubahan rintangan satu atau lebih perintang yang dipasang pada diafragma apabila tekanan udara dikenakan. Sesuai untuk ujian tekanan umum yang diperlukan oleh Internet Perkara, industri dan perubatan.

■ Barometer piezoelektrik: Menggunakan ciri-ciri bahan piezoelektrik untuk mengesan cas yang berkadar dengan tekanan udara yang dikenakan pada permukaan. Sesuai untuk persekitaran suhu tinggi, seperti pengukuran tekanan dinamik tinggi pada enjin jet.

■ Barometer kapasitif: Ukur tekanan udara dengan mengesan perubahan kapasiti yang disebabkan oleh pergerakan diafragma yang diperbuat daripada kaca, seramik atau silikon. Juga sesuai untuk ujian tekanan umum yang diperlukan oleh Internet Perkara, industri dan perubatan

■ Barometer gentian optik: Menggunakan kesan optik dalam gentian optik. Sesuai untuk persekitaran yang keras seperti minyak dan gas, aeroangkasa, pertahanan dan perubatan.

Memahami 8 Parameter Utama Barometer

Sebagai tambahan kepada prinsip asas barometer, anda juga perlu memahami maksud parameter yang berkaitan, yang juga merupakan rujukan utama untuk barometer pilihan anda:

Julat tekanan atau rentang: Julat tekanan yang boleh diukur oleh penderia. Toleransi tekanan berlebihan sensor, yang merupakan tekanan maksimum yang peranti boleh tahan dan masih berfungsi apabila barometer kembali ke julat pengendalian, juga harus dipertimbangkan.

Ketepatan: Ketepatan mutlak menunjukkan seberapa dekat output barometer dengan tekanan sebenar. Ia dinyatakan sebagai perbezaan antara dua nilai. Ketepatan relatif ialah ralat antara dua ukuran.

Pembungkusan: Ditentukan oleh persekitaran aplikasi akhir dan kekangan saiz. Kecil, pakej kalis air selalunya diutamakan.

bising: Secara ringkasnya, ia adalah variasi rawak output sensor yang berkaitan dengan perubahan dalam input sensor.

Pekali suhu mengimbangi: Juga dikenali sebagai pekali suhu tekanan sifar. Ia mewakili perubahan dalam offset pada tekanan sifar disebabkan oleh suhu, jadi lebih kecil lebih baik.

Kadar data keluaran: Kadar di mana data dijadikan sampel.

Lebar jalur: Isyarat frekuensi tertinggi yang boleh diambil sampel tanpa alias.

Penggunaan kuasa: Penggunaan kuasa adalah sangat penting untuk aplikasi yang dijalankan pada bateri kecil dan yang perlu mengekalkan hayat bateri sebanyak mungkin. Penggunaan kuasa berkait rapat dengan pilihan ODR dan resolusi. Bunyi RMS barometer juga berkaitan dengan lebar jalur dan resolusi, jadi penggunaan kuasa dan resolusi harus ditimbang untuk disesuaikan dengan keperluan aplikasi sensor. Sudah tentu, terdapat parameter lain, seperti voltan bekalan kuasa, suhu operasi, julat, antara muka komunikasi, dll.

Hubungan antara tekanan atmosfera dan ketinggian

Berikut adalah unit ukuran untuk tekanan atmosfera:

Psi – paun setiap inci persegi

Cm/Hg – sentimeter merkuri

Cm/Hg – inci merkuri

Pa – Pascal, Unit tekanan SI, 1Pa = 1 N/m2

Bar – bar, unit tekanan udara, 1 bar = 105Pa

Mbar – milibar, 1mbar = 10-3 bar

Kita tinggal di bahagian bawah atmosfera Bumi, di mana tekanan atmosfera berkurangan apabila ketinggian meningkat. Kami mentakrifkan tekanan atmosfera standard sebagai 29.92 in/Hg pada paras laut pada 59°F, nilai purata yang tidak dipengaruhi oleh masa tetapi oleh lokasi geografi titik pengukuran, suhu, dan arus udara.
Oleh itu, hubungan penukaran antara unit tekanan di atas ialah:
1 suasana standard = 14.7 psi = 76 cm/Hg = 29.92 dalam/Hg = 1.01325 bar = 1013.25 mbar
Hubungan antara tekanan atmosfera dan ketinggian boleh dinyatakan seperti berikut[1]:

di mana:
P0 ialah tekanan atmosfera piawai, sama dengan 1013.25 mbar;

Ketinggian ialah ketinggian dalam meter.

P ialah tekanan udara dalam mbar pada ketinggian tertentu

Rajah 1 menerangkan hubungan antara perubahan tekanan atmosfera dan ketinggian berdasarkan formula di atas.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, apabila ketinggian naik dari aras laut ke 11,000 meter dari aras laut, tekanan atmosfera turun dari 1013.25 mbar kepada 230 mbar. Ia tidak sukar untuk melihat dari rajah bahawa apabila ketinggian berada di bawah 1,500 meter, tekanan atmosfera menurun hampir secara linear, dengan penurunan kira-kira 11.2 mbar untuk 100 meter, iaitu, tentang 1.1 mbar untuk 10 meter. Bagi mendapatkan data ukuran ketinggian yang lebih tepat, jadual pertanyaan ketinggian tekanan atmosfera boleh dibina dalam aplikasi sasaran untuk menentukan ketinggian yang sepadan berdasarkan hasil pengukuran penderia tekanan.
Jika sensor tekanan MEMS mutlak dengan julat penuh 300 mbar kepada 1100 mbar digunakan, ketinggian pengukuran boleh mencapai 9,165 meter dari aras laut ke 698 meter di bawah paras laut.

Contoh aplikasi: Menentukan aras lantai menggunakan sensor MEMS

Resolusi pengukuran bagi 0.1 mbar (10Pa) /rms membolehkan Sensor tekanan MEMS untuk mengesan perubahan ketinggian dalam 1 meter. Oleh itu, di bangunan tinggi, penderia tekanan boleh digunakan untuk mengesan perubahan pada lantai.

Kedua, stesen pemantauan ketinggian digunakan di beberapa lokasi di seluruh rantau untuk mengukur tekanan udara ambien tempatan, betul untuk cuaca dan faktor-faktor lain yang mempengaruhi, cipta bacaan ketinggian berketepatan tinggi, dan kemudian tentukan ketinggian lantai peranti yang tepat, membawa keupayaan baharu kepada geolokasi.

Rajah 2 menunjukkan data sensor tekanan yang dikumpul dalam STMicroelectronics’ Bangunan pejabat Castelletto di Itali. Kadar pensampelan ialah 7Hz, dan masa pengumpulan data adalah lebih kurang 23 minit secara keseluruhan. Daripada rajah, kita dapat melihat dengan jelas perubahan tekanan atmosfera pada tingkat yang berbeza. Tekanan atmosfera paling tinggi di ruangan bawah tanah. Apabila lantai naik, tekanan atmosfera berkurangan secara beransur-ansur.

Untuk persekitaran bandar yang kompleks dengan bangunan berbilang tingkat, teknologi GPS semasa tidak dapat menyediakan data kedudukan tiga dimensi yang boleh dipercayai. Tetapi penggunaan barometer telah menjadi penyelesaian baru, yang direka berdasarkan perubahan tekanan udara – apabila seseorang bergerak ke ketinggian tertentu, tekanan udara akan turun.

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, dalam penyelesaian ini, pertama sekali, peranti boleh pakai atau telefon mudah alih mesti mempunyai penderia barometer berkualiti tinggi, seperti: WF5803F, 5803C/WF280A, dll., atau penderia tekanan udara industri WF5805F dan 5837, dengan kadar persampelan 3kHz dan jumlah masa pengumpulan data kira-kira 3ms.

WFsensors membekalkan pelbagai penderia barometer piezoresistive dengan pelbagai model produk, termasuk jenis kalis air tekanan mutlak dan jenis kalis air tekanan mutlak, sesuai untuk banyak produk pintar terminal seperti telefon bimbit, dron, boleh pakai, jam tangan/gelang tangan, jam tangan sukan, dll. Ia digunakan sebagai meter ketinggian, serta penunjuk untuk ramalan cuaca dan pemantauan kelembapan dan suhu persekitaran.