Введение: Барометры все чаще используются в смартфонах, планшетах и носимых устройствах, открывая двери для новых промышленных приложений, таких как точный мониторинг положения по высоте и профилактическое обслуживание. Так как же выбрать правильный барометр в соответствии с вашими требованиями к дизайну? На какие конкретно параметры следует обратить внимание? Какие технические детали следует учитывать при выборе продукта? Каковы последние комбинации барометров? Какие новые направления применения существуют для барометров? Я надеюсь, что из этой статьи вы сможете получить необходимую информацию, чтобы подобрать наиболее идеальный барометр для вашего следующего проекта.
Узнайте о 3 методах измерения давления и 4 технологиях производства и выберите тот, который соответствует вашему дизайну.
Барометры используются для определения давления воздуха в газах или жидкостях. В качестве преобразователя барометры преобразуют приложенное давление воздуха в аналоговые или цифровые выходные сигналы и обычно классифицируются в соответствии с типом измерения давления воздуха и технологией, чувствительной к давлению.
Существует три способа измерения давления воздуха:
Абсолютное давление: Абсолютное давление — это давление, измеренное относительно идеального вакуума. Если вы поместите абсолютный барометр в воздух, датчик будет считывать фактическое давление воздуха в этом месте. Поэтому на абсолютные барометры влияют изменения высоты, погоды и т. д.
Дифференциальное давление: Разница в давлении воздуха, измеренная между двумя источниками давления.
Манометрическое давление: Когда одним из источников давления является давление окружающего воздуха, измеренная разница давлений называется манометрическим давлением.
После разъяснения метода измерения давления необходимо также понимать, что различные принципы, используемые при производстве барометров, будут напрямую влиять на точность, диапазон, размер датчика и применимую среду обнаружения.
Ниже приведены наиболее часто используемые технологии, чувствительные к давлению:
■ Пьезорезистивный барометр: использует пьезорезистивный эффект для обнаружения изменения сопротивления одного или нескольких резисторов, установленных на диафрагме, при приложении давления воздуха. Подходит для общих испытаний под давлением, необходимых для Интернета вещей, промышленности и медицины.
■ Пьезоэлектрический барометр: использует характеристики пьезоэлектрических материалов для обнаружения заряда, пропорционального давлению воздуха, приложенного к поверхности. Подходит для высокотемпературных сред, например, для измерения высокодинамического давления в реактивных двигателях.
■ Емкостный барометр: измеряет давление воздуха, определяя изменение емкости, вызванное движением диафрагмы из стекла, керамики или кремния. Также подходит для общих испытаний под давлением, необходимых для Интернета вещей, промышленности и медицины.
■ Волоконно-оптический барометр: использует оптический эффект оптического волокна. Подходит для суровых условий, таких как нефть и газ, аэрокосмическая, оборонная и медицинская промышленность.
Понимание 8 ключевых параметров барометра
Помимо основных принципов работы барометра, вам также необходимо понимать значение связанных с ним параметров, что также является основным ориентиром при выборе барометра:
Диапазон давления или диапазон: Диапазон давлений, которые может измерить датчик. Также следует учитывать допуск датчика на избыточное давление, то есть максимальное давление, которое устройство может выдержать и продолжать функционировать, когда барометр возвращается в рабочий диапазон.
Точность: Абсолютная точность показывает, насколько близки показания барометра к фактическому давлению. Он выражается как разница между двумя значениями. Относительная точность — это ошибка между двумя измерениями.
Упаковка: Определяется средой конечного приложения и ограничениями по размеру. Часто предпочитают небольшие водонепроницаемые упаковки.
Шум: Проще говоря, это случайное изменение выходного сигнала датчика, связанное с изменениями входного сигнала датчика.
Смещение температурного коэффициента: Также известен как температурный коэффициент нулевого давления. Он представляет собой изменение смещения при нулевом давлении из-за температуры, поэтому чем меньше, тем лучше.
Скорость выходных данных: Скорость выборки данных.
Пропускная способность: Самый высокочастотный сигнал, который можно дискретизировать без наложения спектров.
Потребляемая мощность: Энергопотребление чрезвычайно важно для приложений, работающих от небольших батарей, а также для тех, которым необходимо максимально продлить срок службы батареи. Потребляемая мощность тесно связана с выбором ODR и разрешения. Среднеквадратичный шум барометра также связан с полосой пропускания и разрешением, поэтому потребляемая мощность и разрешение должны быть взвешены в соответствии с требованиями применения датчика. Конечно, есть и другие параметры, такие как напряжение питания, рабочая температура, дальность действия, интерфейс связи и т. д.
Связь между атмосферным давлением и высотой
Вот единицы измерения атмосферного давления:
Пси – фунты на квадратный дюйм
Cm/Hg – сантиметры ртутного столба
См/рт.ст. – дюймы ртутного столба
Па – Паскаль, единица давления в системе СИ, 1Па = 1 Н/м2.
Бар – бар, единица давления воздуха, 1 бар = 105Па.
Мбар – миллибар, 1 мбар = 10-3 бар
Мы живем в нижних слоях земной атмосферы, где атмосферное давление снижается с увеличением высоты. Мы определяем стандартное атмосферное давление как 29,92 дюйма рт. ст. на уровне моря при температуре 59°F, среднее значение, на которое влияет не время, а географическое положение точки измерения, температура и воздушные потоки.
Следовательно, соотношение преобразования между вышеуказанными единицами измерения давления:
1 стандартная атмосфера = 14,7 фунтов на квадратный дюйм = 76 см/рт.ст. = 29,92 дюйма/рт.ст. = 1,01325 бар = 1013,25 мбар
Связь между атмосферным давлением и высотой можно выразить следующим образом[1]:
Где:
P0 – стандартное атмосферное давление, равное 1013,25 мбар;
Высота – это высота в метрах.
P — давление воздуха в мбар на определенной высоте.
На рисунке 1 показана зависимость между изменением атмосферного давления и высотой на основе приведенной выше формулы.
Как показано на рисунке, при подъеме высоты от уровня моря до 11 000 метров над уровнем моря атмосферное давление падает с 1013,25 мбар до 230 мбар. Нетрудно видеть из рисунка, что при высоте ниже 1500 метров атмосферное давление падает почти линейно, с уменьшением примерно на 11,2 мбар на 100 метров, то есть примерно на 1,1 мбар на 10 метров. Чтобы получить более точные данные измерения высоты, в целевом приложении можно построить таблицу запроса высоты атмосферного давления для определения соответствующей высоты на основе результатов измерения датчика давления.
Если используется датчик абсолютного давления MEMS с полным диапазоном от 300 мбар до 1100 мбар, высота измерения может достигать от 9165 метров над уровнем моря до 698 метров ниже уровня моря.
Пример применения: определение уровня пола с помощью датчиков MEMS
Разрешение измерения 0,1 мбар (10 Па)/среднеквадратичное значение позволяет МЭМС датчики давления для обнаружения изменений высоты в пределах 1 метра. Поэтому в высотных зданиях можно использовать датчики давления для обнаружения изменений перекрытий.
Во-вторых, станции мониторинга высоты развернуты в нескольких местах по всему региону для измерения местного давления окружающего воздуха, корректировки погоды и других влияющих факторов, создания высокоточных показаний высоты, а затем определения точной высоты пола устройства, что открывает новые возможности для геолокации.
На рис. 2 показаны данные датчика давления, собранные в STMicroelectronics.’ Офисное здание Кастеллетто в Италии. Частота дискретизации составляет 7 Гц, а время сбора данных в общей сложности составляет около 23 минут. На рисунке хорошо видно изменение атмосферного давления на разных этажах. Атмосферное давление самое высокое в подвале. По мере подъема этажей атмосферное давление постепенно снижается.
Для сложных городских условий с многоэтажными зданиями современная технология GPS не может обеспечить надежные трехмерные данные о местоположении. Но применением барометров стало новое решение, которое разработано с учетом изменения давления воздуха. – когда человек поднимется на определенную высоту, давление воздуха упадет.
Как показано на рисунке ниже, в этом решении в первую очередь носимое устройство или мобильный телефон должен иметь качественный датчик барометра, например: WF5803F, 5803С/WF280Aи т. д. или промышленные датчики давления воздуха WF5805F и 5837, с частотой дискретизации 3 кГц и общим временем сбора данных около 3 мс.
WFsensors поставляет разнообразные пьезорезистивные барометрические датчики широкого спектра моделей, в том числе неводонепроницаемый для абсолютного давления и водонепроницаемый для абсолютного давления, подходящие для многих терминальных интеллектуальных продуктов, таких как мобильные телефоны, дроны, носимые устройства, часы/браслеты, спортивные часы и т. д. Он используется в качестве высотомера, а также в качестве индикатора для прогнозирования погоды и мониторинга влажности и температуры окружающей среды.
Замечательная, очень ценная фраза
ох, этот блог великолепен, мне нравится читать твои посты. Продолжайте в том же духе! Понимаете, многие люди ищут эту информацию, вы можете им очень помочь.
Это интересно. Не подскажете мне, где я могу об этом прочитать?