คู่มือวิศวกรรม
เซ็นเซอร์สัมบูรณ์เทียบกับเกจเทียบกับเซ็นเซอร์ความดันแตกต่าง — ไม่ พวกมันไม่เหมือนกัน
If you've ever stared at a sensor datasheet, seen "absolute" or "gauge" buried in the specs, and thought "pressure is pressure, whatever" — บทความนี้เหมาะสำหรับคุณ การเลือกประเภทการอ้างอิงที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้คุณอ่านค่าไม่ได้ 14.7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว — บรรยากาศแห่งข้อผิดพลาดทั้งหมด อบอวลอยู่ในการออกแบบของคุณตั้งแต่วันแรก
The One Concept That Makes Everything Click: "Relative to What?"
การอ่านค่าความกดดันทุกครั้งเป็นการเปรียบเทียบระหว่างสองสิ่ง คุณมักจะถามเสมอว่า: "How much higher is the pressure HERE compared to the pressure THERE?" ความแตกต่างระหว่างเซนเซอร์ประเภทต่างๆ ก็คือ what "there" is.
"There" = a sealed vacuum cavity inside the sensor. You're measuring against nothing.
"There" = the air outside, right now, wherever the sensor happens to be.
"There" = whatever you decide to connect to the second port. Could be anything.
แค่นั้นแหละ. อย่างอื่นทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นสเป็ค การใช้งาน และ gotcha ล้วนมาจากคำจำกัดความทั้งสามนี้
เซ็นเซอร์ความดันสัมบูรณ์: การวัดเทียบกับสุญญากาศ
แน่นอนมันทำงานอย่างไร
เซ็นเซอร์วัดความดันสัมบูรณ์มีช่องสุญญากาศที่ปิดสนิทอยู่ข้างใน ด้านหนึ่งขององค์ประกอบการตรวจจับหันหน้าไปทางการวัดของคุณ ใบหน้าอีกด้านที่ผนึกสุญญากาศ การอ่านที่คุณได้รับคือ แรงกดดันที่แท้จริงทั้งหมดโดยไม่ขึ้นกับสภาพอากาศ ระดับความสูง หรือประตูใกล้เคียงกระแทกกระแทกหรือไม่
ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง
A barometric sensor reports absolute pressure — "the weight of atmosphere above this point" doesn't care about yesterday's weather. If it used gauge reference instead, your barometer would always read zero.
โดรนใช้เซ็นเซอร์ความดันสัมบูรณ์ (มักเรียกว่าบารอมิเตอร์) เพื่อติดตามระดับความสูง ขณะที่โดรนไต่ระดับ ความดันบรรยากาศจะลดลง เซ็นเซอร์จะตรวจจับได้โดยตรง การเปลี่ยนแปลง 0.03 hPa เท่ากับการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงประมาณ 25 ซม.
เมื่อใดจึงควรใช้เซ็นเซอร์วัดความดันสัมบูรณ์
- การวัดความดันบรรยากาศ / ความกดอากาศ
- การติดตามระดับความสูง (โดรน อุปกรณ์สวมใส่ การสำรองข้อมูล GPS)
- Vacuum systems — you need to know how close you are to "nothing"
- การใช้งานแบบปิดในปริมาณปิดซึ่งความกดอากาศภายนอกแปรผันหรือไม่เกี่ยวข้อง
- ดีไซน์กันน้ำซึ่งคุณไม่สามารถมีรูระบายอากาศสู่บรรยากาศได้
ระวัง: เซ็นเซอร์สัมบูรณ์มีราคาสูงกว่าเซ็นเซอร์เกจเล็กน้อยที่ความแม่นยำเท่ากัน เนื่องจากช่องอ้างอิงสุญญากาศจะเพิ่มความซับซ้อนในการผลิต แต่สำหรับเซ็นเซอร์ MEMS ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน ช่องว่างราคานั้นไม่มีนัยสำคัญ — เซนต์ ไม่ใช่ดอลลาร์ เมื่อพิจารณาจากปริมาณ
เซ็นเซอร์ความดันเกจ: การวัดกับอากาศรอบตัวคุณ
วัดมันทำงานอย่างไร
เซ็นเซอร์วัดความดันเกจมีด้านหนึ่งขององค์ประกอบหันหน้าไปทางกระบวนการของคุณ และอีกด้านหนึ่ง ระบายออกสู่ชั้นบรรยากาศ. ค่าที่อ่านได้ = ความดันของคุณลบด้วยค่าความกดอากาศโดยรอบในปัจจุบัน นั่นเป็นสาเหตุที่เกจวัดลมยางอ่านค่าเป็นศูนย์เมื่อยางแบน แรงดันภายในเท่ากับแรงดันภายนอก
ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง
ที่สติกเกอร์เขียนว่า 32 psi แปลว่า 32 psi เหนือชั้นบรรยากาศ. เมื่อวัดด้วยเซ็นเซอร์สัมบูรณ์ที่ระดับน้ำทะเล ยางเส้นเดียวกันจะอ่านได้ ~46.7 psi การอ่านเกจจะคำนึงถึงสภาพแวดล้อม ดังนั้นความแตกต่างระหว่างภายในและภายนอกจึงมีความสม่ำเสมอ
ระบบไฮดรอลิกที่ทำงานที่เกจ 3,000 psi ไม่สนใจว่าความดันบรรยากาศจะเป็น 14.5 หรือ 14.7 psi ซึ่งความแตกต่าง 0.2 psi เท่ากับ 0.007% ของค่าที่วัดได้ ซึ่งต่ำกว่าพื้นเสียงรบกวนของเซ็นเซอร์อยู่ดี
เมื่อใดจึงควรใช้เซ็นเซอร์วัดความดันเกจ
- แรงดันลมยาง, ท่อลมอัด, ระบบไฮดรอลิก
- การวัดระดับถังในถังระบายอากาศ (ไฮโดรสแตติก)
- แรงกดดันจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่โดยที่สภาพแวดล้อมเป็นข้อมูลอ้างอิง
- Any application where "zero" should mean "same as the room"
ระวัง: เซ็นเซอร์เกจต้องมีช่องระบายอากาศออกสู่บรรยากาศ ช่องระบายอากาศนั้นเป็นทางให้ความชื้น ฝุ่น และแมลงต่างๆ ในสภาพแวดล้อมที่เปียก สกปรก หรือใต้น้ำ ให้ใช้การออกแบบสายเคเบิลที่มีการระบายอากาศด้วยเมมเบรน Gore-Tex หรือเปลี่ยนไปใช้เกจสัมบูรณ์/ปิดผนึก
เซ็นเซอร์ความดันแตกต่าง: การวัดช่องว่างระหว่างสิ่งไม่รู้สองตัว
ดิฟเฟอเรนเชียลมันทำงานอย่างไร
มีเซนเซอร์วัดความดันแตกต่าง พอร์ตแรงดันสองพอร์ต. มันวัดเฉพาะความแตกต่างระหว่างพวกเขาเท่านั้น พอร์ตทั้งสองพอร์ตอาจมีแรงกดดันที่แตกต่างกันอย่างมาก — เซ็นเซอร์จะสนใจเฉพาะช่องว่างเท่านั้น
ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง
Mount a differential sensor across an air filter. Clean filter = small pressure difference. As it clogs, upstream pressure rises relative to downstream — the delta grows. Hit a threshold and you know it's time to replace. Absolute duct pressure is irrelevant; only the drop across the filter matters.
Put a differential sensor across an orifice plate in a pipe and the pressure drop tells you the flow rate via Bernoulli's equation. This is probably the most common industrial flow measurement method on the planet.
When to use a differential pressure sensor
- การตรวจจับการอุดตันของตัวกรอง/ตัวกรอง
- Flow measurement (orifice plates, venturi tubes, pitot tubes)
- Level measurement in pressurized tanks (one port at the bottom, one at the top)
- การตรวจสอบความดันในห้องสะอาด (ทำให้ห้องเป็นบวกเล็กน้อยเทียบกับโถงทางเดิน)
- การทดสอบการรั่ว — เพิ่มแรงดันให้กับชิ้นส่วนและเฝ้าดูการสลายตัวของแรงดัน
ระวัง: เซ็นเซอร์ดิฟเฟอเรนเชียลจะต้องทนทานต่อทุกสิ่งที่คุณใช้งาน ทั้งคู่ พอร์ต หากคุณวาง 100 psi ไว้ที่ด้านสูงของเซ็นเซอร์ดิฟเฟอเรนเชียล 10 psi แม้จะต่างกันเพียง 10 psi คุณก็จะสร้างความเสียหายได้ ตรวจสอบทั้งสองอย่างเสมอ ช่วงส่วนต่าง และ ระดับแรงดันสาย (แรงดันสัมบูรณ์สูงสุดที่พอร์ตใดพอร์ตหนึ่งสามารถรองรับได้)
การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน
| คุณสมบัติ | แน่นอน | วัด | ดิฟเฟอเรนเชียล |
|---|---|---|---|
| จุดอ้างอิง | สูญญากาศที่ปิดสนิท | บรรยากาศโดยรอบ | อะไรก็ได้ที่พอร์ต 2 |
| อ่านเป็นศูนย์เมื่อ | ความดัน = 0 (สุญญากาศ) | ความดัน = อากาศโดยรอบ | ทั้งสองพอร์ตมีแรงดันเท่ากัน |
| การอ่านค่าทั่วไปที่ระดับน้ำทะเล (รอบเดินเบา) | ~14.7 psi / 1,013 เฮกตาร์ | 0 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว/0บาร์ | 0 (ทั้งสองพอร์ตเปิดไปยังแหล่งเดียวกัน) |
| ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศ? | ไม่ — นั่นคือประเด็น | ใช่ อ่านสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อม | ขึ้นอยู่กับพอร์ต 2 ที่เชื่อมต่ออยู่ |
| จำเป็นต้องระบายอากาศหรือไม่? | เลขที่ | ใช่ | ไม่ (แต่มีการเชื่อมต่อ 2 กระบวนการ) |
| การใช้งานทั่วไป | ระดับความสูง บารอมิเตอร์ สุญญากาศ | ยาง, ไฮดรอลิก, ระดับถัง | กรองสุขภาพ การไหล การทดสอบการรั่ว |
| ต้นทุนสัมพัทธ์ | $ (เบี้ยประกันภัยขนาดเล็ก) | $ (ถูกที่สุด) | $$ (แพ็คเกจที่ซับซ้อนมากขึ้น) |
วิธีเลือก: กระบวนการตัดสินใจแบบสองคำถาม
ถามคำถามทั้งสองนี้ตามลำดับ:
คำถามที่ 1: การวัดของฉันต้องเพิกเฉยต่อความดันบรรยากาศหรือไม่
รวมความกดดันที่แท้จริง ระดับความสูง ระบบสุญญากาศ กล่องหุ้มปิดผนึก การใช้งานที่ต้องเผชิญกับสภาพอากาศ
คำถามที่ 2: เปรียบเทียบสองจุดเฉพาะหรือวัดหนึ่งจุดสัมพันธ์กับห้อง?
คุณสนใจเกี่ยวกับแรงดันตกคร่อมบางสิ่ง เช่น ตัวกรอง แผ่นออริฟิส ผนัง
แรงดันมาตรฐานอุตสาหกรรม — ระบบไฮดรอลิกส์ นิวแมติกส์ ระดับถังระบายอากาศ
อีกอย่าง: Sealed Gauge — ไฮบริดที่ไม่มีใครพูดถึง
เกจปิดผนึกอัน เกจที่ปิดสนิท เซ็นเซอร์วัดโดยสัมพันธ์กับแรงดันคงที่ — โดยทั่วไปจะมี 1 บรรยากาศปิดผนึกอยู่ภายในเซ็นเซอร์ที่โรงงาน มันเป็นพฤติกรรมแบบเกจโดยไม่มีรูระบายอากาศ
ใช้เมื่อคุณต้องการพฤติกรรมแบบเกจแต่ไม่สามารถมีช่องระบายอากาศได้ — การใช้งานแบบจุ่มใต้น้ำ สภาพแวดล้อมแบบชะล้าง การติดตั้งกลางแจ้งในเขตร้อนชื้น ข้อดี: ยกจากระดับน้ำทะเลถึง 5,000 เมตร และคุณจะมีค่าชดเชยเป็นศูนย์ เนื่องจากการอ้างอิงที่ปิดผนึกไม่ตรงกับบรรยากาศจริงอีกต่อไป สำหรับเซ็นเซอร์วัดความลึกที่อยู่ในระยะ 100 เมตรจากระดับความสูงในการสอบเทียบ ถือว่าทำงานได้ดี
สิ่งนี้มีความหมายต่อ BOM ของคุณอย่างไร
การตัดสินใจประเภทอ้างอิงมีผลกระทบต่อเนื่องนอกเหนือจากเซนเซอร์:
- การจัดการช่องระบายอากาศ (เซ็นเซอร์เกจ) — ความพยายามในการออกแบบกลไกเพิ่มเติม สนามอาจเสียหายจากความชื้น
- การสอบเทียบ — เซ็นเซอร์สัมบูรณ์ได้รับการปรับเทียบจากโรงงานโดยเทียบกับสุญญากาศ เซ็นเซอร์เกจได้รับการสอบเทียบกับความดันบรรยากาศในท้องถิ่นที่สถานีสอบเทียบ
- ประสิทธิภาพระดับความสูง — absolute sensors read correctly at any altitude by design; a gauge sensor's "zero" shifts with barometric pressure
- การปิดผนึก — เซ็นเซอร์เกจแบบสัมบูรณ์และแบบปิดผนึกสามารถใส่ในกระถางได้เต็มที่ เซ็นเซอร์เกจจำเป็นต้องเปิดเส้นทางระบายอากาศไว้
สำหรับการออกแบบแบบฝังตัวและ IoT ส่วนใหญ่ มีแนวโน้มไปทาง เซ็นเซอร์ MEMS สัมบูรณ์พร้อมเอาต์พุตดิจิตอล. โดยขจัดปัญหาช่องระบายอากาศโดยสิ้นเชิง ส่งแรงดันและอุณหภูมิสูงกว่า I²C หรือ SPI และปล่อยให้ MCU จัดการคณิตศาสตร์เชิงอ้างอิงในเฟิร์มแวร์ ต้องการเครื่องวัด? ลบความดันบรรยากาศปัจจุบัน ต้องการส่วนต่าง? ใช้เซ็นเซอร์สองตัวและลบในซอฟต์แวร์
TL;ดร
- แน่นอน — มาตรการเทียบกับสุญญากาศ ใช้สำหรับระดับความสูง บารอมิเตอร์ ระบบสุญญากาศ อุปกรณ์กันน้ำ
- วัด — มาตรการเทียบกับอากาศโดยรอบ ใช้สำหรับยาง ไฮดรอลิก แรงดันอุตสาหกรรมส่วนใหญ่
- ดิฟเฟอเรนเชียล — วัดการดรอประหว่างสองพอร์ต ใช้สำหรับตัวกรอง มิเตอร์วัดการไหล เครื่องทดสอบการรั่วไหล
- เกจที่ปิดสนิท — พฤติกรรมเกจ ไม่มีรูระบายอากาศ ใช้สำหรับการตรวจจับความลึกใต้น้ำ
- หากมีข้อสงสัย ให้เลือกเซ็นเซอร์ดิจิทัลสัมบูรณ์ คุณสามารถลบออกเพื่อให้ได้เกจได้เสมอ แต่คุณไม่สามารถเพิ่มบรรยากาศกลับเข้าไปได้เมื่อระบายออกไปแล้ว
ยังไม่แน่ใจว่าเซ็นเซอร์ประเภทใดเหมาะกับการใช้งานของคุณใช่หรือไม่ บอกเราว่าคุณกำลังวัดอะไรและจะเข้าสู่สภาพแวดล้อมใด เราจะแนะนำคุณไปยังส่วนที่ถูกต้อง โดยปกติภายในหนึ่งชั่วโมง
ติดต่อ →
