Giriş: Barometreler akıllı telefonlarda, tabletlerde ve giyilebilir teknolojide giderek daha fazla kullanılıyor ve doğru yükseklik konumu izleme ve tahmine dayalı bakım gibi yeni endüstriyel uygulamalara kapı açıyor. Peki tasarım gereksinimlerinize göre doğru barometreyi nasıl seçersiniz? Hangi spesifik parametrelere dikkat etmelisiniz? Ürün seçerken hangi teknik detaylara dikkat etmelisiniz? En yeni barometre kombinasyonları nelerdir? Barometreler için hangi yeni uygulama talimatları var? Bu makale sayesinde bir sonraki tasarımınız için en ideal barometreyi eşleştirmek için gerekli bilgileri alabileceğinizi umuyorum.
3 basınç ölçüm yöntemi ve 4 üretim tekniği hakkında bilgi edinin ve tasarımınıza uygun olanı seçin
Barometreler gazların veya sıvıların hava basıncını tespit etmek için kullanılır. Bir dönüştürücü olarak barometreler, uygulanan hava basıncını analog veya dijital çıkış sinyallerine dönüştürür ve genellikle hava basıncı ölçüm tipine ve basınca duyarlı teknolojiye göre sınıflandırılır.
Hava basıncını ölçmenin üç yolu vardır:
Mutlak basınç: Mutlak basınç, mükemmel bir vakuma göre ölçülen basınçtır. Havaya mutlak bir barometre yerleştirirseniz sensör o konumdaki gerçek hava basıncını okuyacaktır. Bu nedenle mutlak barometreler rakım ve hava koşullarındaki vb. değişikliklerden etkilenir.
Diferansiyel basınç: İki basınç kaynağı arasında ölçülen hava basıncı farkı.
Gösterge basıncı: Basınç kaynaklarından biri ortam hava basıncı olduğunda, ölçülen basınç farkına gösterge basıncı adı verilir.
Basınç ölçüm yöntemini açıkladıktan sonra, barometre üretiminde kullanılan farklı prensiplerin algılamanın doğruluğunu, aralığını, sensör boyutunu ve uygulanabilir ortamını doğrudan etkileyeceğinin farkına varmak gerekir.
Aşağıdakiler en sık kullanılan basınca duyarlı teknolojilerdir:
■ Piezodirençli barometre: Hava basıncı uygulandığında diyafram üzerine monte edilmiş bir veya daha fazla direncin direncindeki değişimi tespit etmek için piezodirençli etkiyi kullanır. Nesnelerin İnterneti, endüstri ve tıp sektörünün gerektirdiği genel basınç testleri için uygundur.
■ Piezoelektrik barometre: Yüzeye uygulanan hava basıncıyla orantılı yükü tespit etmek için piezoelektrik malzemelerin özelliklerinden yararlanır. Jet motorlarında yüksek dinamik basınç ölçümü gibi yüksek sıcaklıktaki ortamlar için uygundur.
■ Kapasitif barometre: Cam, seramik veya silikondan yapılmış bir diyaframın hareketinden kaynaklanan kapasitans değişimini tespit ederek hava basıncını ölçün. Ayrıca Nesnelerin İnterneti, endüstri ve tıbbi uygulamaların gerektirdiği genel basınç testleri için de uygundur
■ Fiber optik barometre: Optik fiberdeki optik etkiyi kullanır. Petrol ve gaz, havacılık, savunma ve tıp gibi zorlu ortamlar için uygundur.
Bir Barometrenin 8 Temel Parametresini Anlamak
Barometrenin temel prensiplerine ek olarak, aynı zamanda barometre seçiminiz için ana referans olan ilgili parametrelerin anlamını da anlamanız gerekir:
Basınç aralığı veya aralığı: Bir sensörün ölçebileceği basınç aralığı. Cihazın dayanabileceği ve barometre çalışma aralığına döndüğünde çalışmaya devam edebileceği maksimum basınç olan sensörün aşırı basınç toleransı da dikkate alınmalıdır.
Kesinlik: Mutlak doğruluk, barometre çıkışının gerçek basınca ne kadar yakın olduğunu gösterir. İki değer arasındaki fark olarak ifade edilir. Göreceli doğruluk, iki ölçüm arasındaki hatadır.
Ambalajlama: Son uygulama ortamı ve boyut kısıtlamaları tarafından belirlenir. Küçük, su geçirmez ambalajlar sıklıkla tercih edilir.
Gürültü: Basitçe söylemek gerekirse, sensör girişindeki değişikliklere bağlı olarak sensör çıkışının rastgele değişimidir.
Sıcaklık katsayısı ofseti: Sıfır basıncın sıcaklık katsayısı olarak da bilinir. Sıfır basınçta sıcaklığa bağlı ofsetteki değişimi temsil eder, dolayısıyla ne kadar küçük olursa o kadar iyidir.
Çıkış veri hızı: Verilerin örneklenme hızı.
Bant genişliği: Örtüşme olmadan örneklenebilen en yüksek frekanslı sinyal.
Güç tüketimi: Küçük pillerle çalışan ve pil ömrünün mümkün olduğunca korunması gereken uygulamalar için güç tüketimi son derece önemlidir. Güç tüketimi ODR seçimi ve çözünürlükle yakından ilgilidir. Barometrenin RMS gürültüsü aynı zamanda bant genişliği ve çözünürlükle de ilgilidir, bu nedenle güç tüketimi ve çözünürlük, sensörün uygulama gereksinimlerine uyacak şekilde tartılmalıdır. Elbette güç kaynağı voltajı, çalışma sıcaklığı, menzil, iletişim arayüzü vb. gibi başka parametreler de vardır.
Atmosferik basınç ve irtifa arasındaki ilişki
Atmosfer basıncının ölçü birimleri şunlardır:
Psi - inç kare başına pound
CM/HG - santimetre cıva
CM/HG - İnç Merkür
Pa – Pascal, SI basınç birimi, 1Pa = 1 N/m2
Bar – bar, hava basıncı birimi, 1 bar = 105Pa
Mbar – milibar, 1mbar = 10-3 bar
Dünya atmosferinin, rakım arttıkça atmosferik basıncın azaldığı alt kısımlarda yaşıyoruz. Standart atmosferik basıncı deniz seviyesinde 59°F'de 29,92 in/Hg olarak tanımlıyoruz; bu ortalama değer zamandan değil, ölçüm noktasının coğrafi konumundan, sıcaklıktan ve hava akımlarından etkilenir.
Bu nedenle yukarıdaki basınç birimleri arasındaki dönüşüm ilişkisi şu şekildedir:
1 standart atmosfer = 14,7 psi = 76 cm/Hg = 29,92 inç/Hg = 1,01325 bar = 1013,25 mbar
Atmosfer basıncı ile yükseklik arasındaki ilişki şu şekilde ifade edilebilir[1]:
Nerede:
P0, 1013,25 mbar'a eşit standart atmosfer basıncıdır;
Yükseklik metre cinsinden yüksekliktir.
P, MBAR'da belirli bir irtifada hava basıncıdır
Şekil 1, yukarıdaki formüle göre atmosferik basınç değişimi ile rakım arasındaki ilişkiyi açıklamaktadır.
Şekilde görüldüğü gibi deniz seviyesinden 11.000 metre yüksekliğe çıkıldığında atmosfer basıncı 1013,25 mbar'dan 230 mbar'a düşer. Rakım 1.500 metrenin altına düştüğünde atmosferik basıncın neredeyse doğrusal olarak azaldığını, 100 metrede yaklaşık 11,2 mbar, yani 10 metrede yaklaşık 1,1 mbar azaldığını şekilden görmek zor değil. Daha doğru yükseklik ölçüm verileri elde etmek amacıyla, hedef uygulamada basınç sensörünün ölçüm sonuçlarına göre ilgili yüksekliği belirlemek için bir atmosferik basınç yükseklik sorgulama tablosu oluşturulabilir.
300 mbar'dan 1100 mbar'a kadar tam aralıkta mutlak MEMS basınç sensörü kullanılırsa, ölçüm yüksekliği deniz seviyesinden 9.165 metre yüksekliğe ve deniz seviyesinin 698 metre altına kadar ulaşabilir.
Uygulama örneği: MEMS sensörlerini kullanarak zemin seviyesinin belirlenmesi
0,1 mbar (10Pa) /rms'lik ölçüm çözünürlüğü, MEMS basınç sensörleri 1 metre içindeki yükseklik değişikliklerini tespit etmek için. Bu nedenle yüksek katlı binalarda katlardaki değişiklikleri tespit etmek için basınç sensörleri kullanılabilir.
İkinci olarak, yerel ortam hava basıncını ölçmek, hava durumunu ve diğer etkileyici faktörleri düzeltmek, yüksek hassasiyetli bir irtifa okuması oluşturmak ve ardından cihazın tam zemin yüksekliğini belirlemek için bölge genelinde birden fazla konuma irtifa izleme istasyonları konuşlandırılarak coğrafi konum belirlemeye yeni yetenekler kazandırılıyor.
Şekil 2, STMicroelectronics'te toplanan basınç sensörü verilerini göstermektedir’ İtalya'daki Castelletto ofis binası. Örnekleme hızı 7Hz olup, veri toplama süresi toplamda yaklaşık 23 dakikadır. Şekilden farklı katlardaki atmosferik basınçtaki değişiklikleri açıkça görebiliyoruz. Bodrum katında atmosferik basınç en yüksektir. Katlar yükseldikçe atmosfer basıncı giderek azalır.
Çok katlı binaların bulunduğu karmaşık kentsel ortamlar için mevcut GPS teknolojisi güvenilir üç boyutlu konum verileri sağlayamamaktadır. Ancak barometrelerin uygulanması, hava basıncındaki değişime göre tasarlanan yeni bir çözüm haline geldi. – Kişi belli bir yüksekliğe çıktığında hava basıncı düşecektir.
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bu çözümde öncelikle giyilebilir cihazın veya cep telefonunun aşağıdaki gibi yüksek kaliteli bir barometre sensörüne sahip olması gerekir: WF5803F, 5803C/WF280Avb. veya endüstriyel hava basıncı sensörleri WF5805F Ve 58373 kHz örnekleme hızı ve yaklaşık 3 ms toplam veri toplama süresi ile.
WFsensors, cep telefonları, dronlar, giyilebilir cihazlar, saatler/bilezikler, spor saatleri vb. gibi birçok terminal akıllı ürün için uygun, mutlak basınç su geçirmez olmayan ve mutlak basınç su geçirmez türleri de dahil olmak üzere geniş bir ürün modeli yelpazesiyle çeşitli piezodirençli barometre sensörleri sağlar. Hava durumu tahmini ve çevresel nem ve sıcaklık izleme için bir göstergenin yanı sıra bir rakım ölçer olarak da kullanılır.
