Сегодня мы познакомимся с датчиками высотомера давления воздуха. Мы познакомим с принципом работы датчиков, распространёнными типами датчиков, как их найти и купить, а также на практике продемонстрируем процесс считывания данных с датчиков через MCU.
Оглавление
Что такое датчик высотомера давления воздуха
Датчик высотомера давления воздуха — это датчик, который измеряет высоту посредством изменения давления воздуха, на которое не так легко влияют препятствия в процессе измерения, и имеет широкий диапазон высоты измерения, который можно использовать для измерения абсолютной высоты и измерения относительной высоты. В настоящее время смартфоны и интеллектуальные носимые устройства в основном интегрированы с датчиками давления воздуха.
Как работает датчик высотомера давления воздуха
Используя датчик давления, текущую высоту можно рассчитать, измеряя изменение атмосферного давления. Это происходит потому, что атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Это связано с тем, что атмосферное давление — это давление, создаваемое массой газа на земле. С увеличением высоты толщина слоя атмосферы в данном месте будет уменьшаться, а также уменьшаться атмосферное давление. Затем высоту можно определить путем измерения изменения атмосферного давления.
Формулу давления воздуха можно применить для расчета высоты, тогда датчик давления воздуха можно использовать в качестве высотомера давления воздуха:
В формуле: P – текущее давление; P0 – давление на уровне моря (h=0); высота (h) измеряется в метрах. Конечно, эта формула включает в себя предположение о составе атмосферы и температуре окружающей среды 15 градусов Цельсия, что требует температурной компенсации для конкретного использования.
При измерении давления воздуха требуется эталонное значение, обычно стандартное атмосферное давление. Измеряя фактическое давление в окружающей среде и сравнивая его со стандартным значением, датчик может рассчитать относительное изменение давления, предоставляя тем самым информацию об изменении высоты.
Распространенные типы датчиков высотомера давления воздуха
Распространенные датчики высоты давления воздуха можно разделить на три типа: пьезорезистивные, емкостные и МЭМС. Они заключаются в использовании измерений со средой, например сопротивлением, емкостью, микромеханическими компонентами и т. д., ее деформацией из-за изменения давления воздуха, что приводит к изменениям сопротивления, емкости и другим изменениям характеристик измерения изменений давления воздуха.
Основной принцип пьезорезистивных датчиков заключается в том, что сопротивление материала изменяется при изменении внешнего давления воздуха, и это изменение можно измерить с помощью схемы и преобразовать в соответствующее значение давления воздуха. Датчики емкостного типа используют взаимосвязь между емкостью и газовой средой, значение емкости будет меняться с изменением давления воздуха путем измерения изменений емкости для определения изменения давления воздуха.
В датчиках микроэлектромеханических систем (МЭМС) используются микромеханические структуры, такие как крошечные тонкие пленки или подвешенные микромеханические детали, на которые влияют изменения давления воздуха, что приводит к изменениям сигнала.
1. Пьезорезистивный датчик высоты давления воздуха.
В пьезорезистивных датчиках давления воздуха в качестве диафрагмы обычно используется кремниевая монолитная пластина, которая является элементом, воспринимающим давление воздуха. Давление (давление воздуха) рассчитывается путем распределения примесей по его поверхности с образованием резистивной мостовой цепи, которая преобразует деформацию, вызванную приложенным давлением, в изменение величины сопротивления.
Явление, при котором удельное сопротивление резистора изменяется в зависимости от приложенного к резистору давления, называется пьезорезистивным эффектом. В настоящее время в большинстве новых ИС датчиков давления воздуха используется структура MEMS (т. е. мембранная структура и пьезорезистор, объединенные вместе), а также интегральная схема (ASIC) для схем обработки и управления температурной коррекцией и т. д., объединенная в один корпус, что позволяет легко получать высокоточные данные о давлении воздуха.
2. Емкостные датчики высотомера давления воздуха
Емкостные датчики давления воздуха основаны на взаимосвязи между емкостью и газовой средой. Изменения давления воздуха вызывают изменения емкости, и, измеряя изменения емкости, можно сделать вывод об изменениях давления воздуха. Емкостные датчики давления воздуха обычно используются для метеорологических наблюдений и измерений высоты.
Он имеет следующие преимущества перед пьезорезистивными датчиками давления воздуха:
Меньшее энергопотребление: в пьезорезистивном типе во время измерения используется мост Уисдена, который потребляет энергию, тогда как принцип измерения емкостного типа практически не потребляет ток;
Снижение шума. Тепловой шум пьезорезистивных приборов радикально ограничивает чувствительность и разрешение барометра;
Емкостный имеет более высокую температурную стабильность: пьезорезистивный очень чувствителен к температуре; В принципе, емкостной датчик более чувствителен к изменениям давления воздуха, что приводит к более высокой точности.
3. Датчики высотомера давления воздуха MEMS
Типичный датчик давления МЭМС состоит из кремниевой пластины, покрытой камерой, заполненной газом эталонного давления (или вакуумом). Разница в давлении воздуха между камерой и окружающей средой заставляет пластину изгибаться и деформироваться, что приводит к механическому напряжению, которое генерирует пропорциональный электрический сигнал. Интегрированный чип ASIC обнаруживает и оцифровывает этот сигнал.
Датчики давления воздуха MEMS могут быть механическими, емкостными или пьезорезистивными. Он обладает компактными размерами, низким уровнем шума, низким энергопотреблением, а точность измерения разницы высот может достигать уровня см; он подходит для смартфонов, планшетных ПК, дронов, дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR), умной бытовой техники и т. д. и является типом пневматического датчика давления для основных приложений.
Выбор и покупка пневматических датчиков высотомера
Если вам нужно купить датчики высотомера давления воздуха, мы рекомендуем вам поискать и купить у WF. Очень удобно подробно расписать принцип работы, использование и каналы приобретения необходимых датчиков.
Введите «давление воздуха» в поле поиска и нажмите «Поиск». Вы увидите, что в категории «Датчики давления» есть 7 продуктов. Нажав на окно поиска, мы увидим, что в категории Датчики давления есть 7 продуктов. Нажав на поле поиска, мы увидим, что это многофункциональные сенсорные чипы со встроенными цифровыми и аналоговыми функциями.
Экспериментальная демонстрация пневматического датчика высотомера
Мы продемонстрируем использование микроконтроллера для чтения и отображения данных с датчика высотомера давления воздуха. В эксперименте используется датчик высотомера давления воздуха MEMS. Двигая датчик давления воздуха вверх и вниз, мы видим, что значение давления воздуха уменьшается, когда оно поднимается, и увеличивается, когда оно падает, а изменение значения давления воздуха отражает изменение текущей высоты.
