เซ็นเซอร์วัดแรงดันเป็นเครื่องมือวัดแรงดันชนิดหนึ่งและใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ผู้ใช้ในการใช้เซ็นเซอร์ความดันเพื่อกำหนดวิธีการตรวจจับเซ็นเซอร์ความดันไมโครเป็นสิ่งสำคัญมากในการตรวจจับเซ็นเซอร์ความดันไมโครตามวัตถุประสงค์ของรายการการตรวจจับที่แตกต่างกันจะไม่เหมือนกัน แน่นอนว่าวิธีการตรวจจับก็จะแตกต่างกันด้วย วันนี้ฉันอยากจะแนะนำให้คุณรู้จักกับวิธีการตรวจจับที่ใช้กันทั่วไปสามวิธีสำหรับเซ็นเซอร์ความดัน ซึ่งหวังว่าจะช่วยคุณได้
1. การตรวจจับแรงดัน
ตรวจสอบวิธีการเดียวคือ: ไปที่แหล่งจ่ายไฟของเซ็นเซอร์โดยเป่าเซ็นเซอร์ความดันด้วยปากของรูนำอากาศด้วยไฟล์แรงดันไฟฟ้ามัลติมิเตอร์เพื่อตรวจจับเอาท์พุทของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ หากความไวสัมพัทธ์ของ เซ็นเซอร์ความดันแตกต่าง มีขนาดใหญ่มากปริมาณการเปลี่ยนแปลงจะเห็นได้ชัด หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลยจำเป็นต้องเปลี่ยนแหล่งแรงดันอากาศเพื่อใช้แรงดัน
ด้วยการใช้วิธีการข้างต้น จึงสามารถตรวจจับสภาพของเซนเซอร์โดยทั่วไปได้ หากจำเป็นต้องมีการตรวจจับที่แม่นยำ จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายแรงดันมาตรฐานเพื่อจ่ายแรงดันให้กับเซ็นเซอร์แรงดันต่าง และปรับเทียบเซ็นเซอร์ตามขนาดของความดันและปริมาณการเปลี่ยนแปลงในสัญญาณเอาท์พุต และหากสภาวะเอื้ออำนวย ให้ตรวจวัดอุณหภูมิของพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง
2. การตรวจจับจุดศูนย์
ใช้ไฟล์แรงดันไฟฟ้าของมัลติมิเตอร์ ตรวจจับเอาต์พุตจุดศูนย์ของเซ็นเซอร์ภายใต้สภาวะที่ไม่มีการใช้แรงกด โดยทั่วไปเอาต์พุตนี้จะเป็นแรงดันไฟฟ้าระดับ mV หากเกินข้อกำหนดทางเทคนิคของเซ็นเซอร์ หมายความว่าค่าเบี่ยงเบนศูนย์ของเซ็นเซอร์อยู่นอกช่วง
3. การตรวจจับสะพาน
การตรวจจับหลักของวงจรเซ็นเซอร์นั้นถูกต้อง โดยทั่วไปคือวงจรวีทสโตนฟูลบริดจ์ การใช้มัลติมิเตอร์โอห์ม การวัดอิมพีแดนซ์ระหว่างอินพุตตลอดจนอิมพีแดนซ์ระหว่างเอาต์พุต อิมพีแดนซ์ทั้งสองคืออิมพีแดนซ์อินพุตและเอาต์พุตของ เซ็นเซอร์ความดัน MEMS. หากอิมพีแดนซ์มีขนาดใหญ่เป็นอนันต์ บริดจ์จะขาด แสดงว่ามีปัญหากับเซ็นเซอร์หรือนิยามของพินไม่ได้รับการตัดสินอย่างถูกต้อง
จุดแรงดันเซ็นเซอร์ทั้งหมดเป็นเคล็ดลับการใช้งานที่สามารถใช้กับเซ็นเซอร์แรงดันไมโครไฟฟ้า (MEMS) เพื่อทำให้การออกแบบง่ายขึ้นและหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไป
จุดที่ 1 ความดัน: เซ็นเซอร์ความดัน MEMS - ประเภทการวัดความดัน
การมาของ MEMS เซ็นเซอร์ความดัน ได้เปลี่ยนวิธีที่นักออกแบบระบบและวิศวกรแอพพลิเคชั่นวัดความดัน ความเรียบง่ายของการใช้งาน ขนาดเล็ก ต้นทุนต่ำ และความทนทานทำให้เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถจัดการกับการควบคุมกระบวนการในยานยนต์และอุตสาหกรรม ตลอดจนการใช้งานอุปกรณ์พกพาทางการแพทย์และอุปกรณ์มือถือ ตัวอย่างเช่น การวัดระดับความสูงที่มีความแม่นยำสูงในอุปกรณ์นำทางแบบพกพา เช่น สมาร์ทโฟนที่มีมาตรความเร่งแบบสามแกน ไจโรสโคป และแมกนีโตมิเตอร์ สามารถเพิ่มระดับความอิสระได้มากถึงหนึ่งในสิบ การวัดแรงกดช่วยให้อุปกรณ์นำทางสามารถระบุตำแหน่งชั้นของจุดหมายปลายทางได้อย่างแม่นยำ
โดยทั่วไปแล้วเซ็นเซอร์ความดัน MEMS จะวัดความแตกต่างของความดันทั่วทั้งไดอะแฟรมซิลิคอน ดังแสดงในรูปที่ 1 มีสามประเภท:
ความดันเกจ (a) คือการวัดความดันโดยที่จุดศูนย์เป็นจุดอ้างอิงกับความดันบรรยากาศในท้องถิ่น
ความดันสัมบูรณ์ (b) คือการวัดความดันที่มีจุดศูนย์ขึ้นอยู่กับสุญญากาศสัมบูรณ์ที่ผนึกไว้ภายในแผ่นเวเฟอร์
ความดันแตกต่าง (c) ความแตกต่างระหว่างแรงกดดันทั้งสองเรียกว่าความดันแตกต่าง (เดลต้า P หรือ ΔP)
ในการออกแบบเหล่านี้ ไดอะแฟรมได้รับการแกะสลักด้วยกลไกระดับไมโคร ซึ่งเป็นกระบวนการกัดด้วยสารเคมี เทคนิคการวัดอาจรวมถึงการวัดแบบคาปาซิทีฟหรือความต้านทาน (เพียโซอิเล็กทริกหรือเพียโซรีซิสทีฟ) การออกแบบ Piezoresistive แสดงในรูปที่ 1 สุญญากาศคือแรงดันเกจลบหรือค่าที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ เมื่อระบุหรือหารือเกี่ยวกับประเภทของการวัดความดัน สิ่งสำคัญคือต้องระบุประเภทของการวัดเพื่อถ่ายทอดคำอธิบายที่ถูกต้องของเทคนิคการวัด ตารางที่ 1 แสดงข้อกำหนดของเซ็นเซอร์สำหรับการวัดทั่วไปหลายประการ
ตารางที่ 1. การเปรียบเทียบการวัดความดันทั่วไปและประเภทการวัด
ความกดอากาศและระดับความสูง
การวัดความดันขั้นพื้นฐานที่สุดจะถือว่าเป็นความดันบรรยากาศ ความดันบรรยากาศมาตรฐานที่ระดับน้ำทะเลคือ 29.92 นิ้วของปรอท (Hg) (760 มม. ปรอท (Torr) หรือ 14.696 psi) ความกดอากาศลดลงตามความสูงที่เพิ่มขึ้น และเพิ่มขึ้นตามความสูงที่ลดลง รูปแบบสภาพอากาศต่ำและสูงจะลดลงหรือเพิ่มความดันบรรยากาศ บารอมิเตอร์แบบไม่มีของเหลวให้การวัดความดันสัมบูรณ์
เครื่องวัดระยะสูงเป็นมาตรวัดความดันสัมบูรณ์ (การวัด) ที่แสดงระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเล การแปลงความกดอากาศเป็นระดับความสูงมักทำได้โดยใช้เครื่องวัดระยะสูง ตัวอย่างเช่น ระดับความสูง 10,000 ฟุตเหนือระดับน้ำทะเลคือ 10.1 psia (69.7 kPa) ความสูงของความดัน (หยุด) สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการนี้:
หยุด = (1-(psta/1013.25)^0.190284)x145366.45 สมการ 1
โดยที่ Halt คือระดับความสูงเป็นฟุต และ psta คือความดันเป็นมิลลิบาร์ (mBar) หรือเฮกโตปาสคาล (hPa)
ความสูงของคอลัมน์ของเหลว
สำหรับของเหลวมาตรฐาน ความดันสัมบูรณ์ที่ความลึก H ในของเหลวถูกกำหนดเป็น: Pabs = P + (ρ x g x H) Eq 2
หมายเหตุ.
Pabs คือความดันสัมบูรณ์ที่ความลึก H มีหน่วยเป็น kg/m-s 2 (หรือ Pa)
P คือความดันภายนอกที่ด้านบนของของเหลว โดยทั่วไปคือความดันบรรยากาศเปิด
ความหนาแน่นของของเหลว (เช่น 1 ก./ซม.3 สำหรับน้ำบริสุทธิ์ 1.025 ก./ซม.3 สำหรับน้ำเกลือที่ 4°C)
g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง (g = 9.81/s2) (32.174 ft/s2))
H คือความลึกเป็นเมตรหรือฟุต
ความลึกของน้ำ
ตามสมการ 2 ความดันที่เพิ่มขึ้นของวัตถุใต้น้ำจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและความลึกของของเหลว การวัดความลึกทั่วไปได้แก่ น้ำจืดหรือน้ำเค็ม สำหรับน้ำจืด ความดันเพิ่มขึ้นคือ 0.43 psi ต่อฟุต และในน้ำเค็มก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน 0.44 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ต่อฟุต เกจวัดแรงดันใต้น้ำ (SPG) หรือเกจวัดความลึกของนักดำน้ำคือการอ่านค่าแรงดันสัมบูรณ์ เครื่องคำนวณการดำน้ำจะระบุเวลาที่จำเป็นสำหรับการขึ้นสู่ระดับอย่างปลอดภัย เนื่องจากแม้แต่ความลึก 100 ฟุตก็สร้างแรงดันได้ถึง 400 kPa (3.951 บรรยากาศหรือ 58.1 psi)
การไหลของท่อ
ปัจจัยหลายประการเป็นตัวกำหนดแรงดันตกที่เกิดขึ้นในการใช้งานการไหลของของไหล รวมถึงการไหลแบบราบเรียบและแบบปั่นป่วน ความเร็ว ความหนืดการเคลื่อนที่และจำนวนเรย์โนลด์ส ความหยาบภายในท่อ ตลอดจนเส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาว และฟอร์มแฟกเตอร์ แผ่นปาก ท่อเวนทูรี และหัวฉีด ช่วยให้สถานการณ์ง่ายขึ้น ในกรณีเหล่านี้ (ดูรูปที่ 2) อัตราการไหลสัมพันธ์กับ ΔP (p1-p2):
q = ซีดี π/4 D22 [2(P1 – P2) / พี(1 – d4)]1/2
หมายเหตุ.
q คือการไหลในหน่วย m3/s
cd คือสัมประสิทธิ์การไหล อัตราส่วนพื้นที่ = A2/A1
P1 และ P2 อยู่ในหน่วยของ N/m2
Ρ คือความหนาแน่นของของไหลในหน่วยกิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร
D2 คือเส้นผ่านศูนย์กลางของรูปาก เวนทูรี หรือหัวฉีด (m)
D1 คือเส้นผ่านศูนย์กลางท่อต้นน้ำและปลายน้ำ (m)
d=อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลาง D2/D1
รูปที่ 2.p องค์ประกอบการวัดของไหล
