圧力センサーにはさまざまな種類のアプリケーションがあるため、過酷な環境であろうと腐食性の環境であろうと、さまざまな特性を備えた多くの種類のセンサーがあります。医療機器またはモバイルデバイス。 圧力センサーを選択するということは、次のような正確な圧力測定に対する複数の要求を満たすために、さまざまなテクノロジー、パッケージ、パフォーマンスレベル、および機能から選択することを意味します。
工業用コンプレッサー貯水池などのタンク内のガス圧
容器の底の圧力を感知することによって含まれる液体のレベルまたは量の測定
液体または気体の流れを監視または定量化する手段として、システム内の2点間の圧力差を測定する
気圧: 気象条件または高度による大気圧の変化。 気象観測所、環境モニタリング、またはGPSまたは細胞の三角測量と一緒にナビゲーションの計算を支援するのに役立ちます
圧力とは何ですか?
圧力 = 力/エリア
SI (MKS) 単位では、1平方メートルの領域に適用される1ニュートンの力は、1平方メートルあたり1ニュートン、または1パスカルの圧力を及ぼします。
あらゆる種類の圧力センサーは、加えられた力に比例して反応するメカニズムまたは構造を含んでいます。 与えられたセンサ構造に対して、力が加えられる領域は一定である。
測定できる圧力には、ゲージ、絶対、差の3種類があります。
ゲージ圧は、周囲の大気圧に対して測定された圧力である。 大気圧より高い圧力では正、または低い圧力では負になります。 ゲージ圧力センサーには2つのポートがあり、媒体を基準圧力と圧力で使用できます。 ゲージ圧力センサーの典型的な用途は、静水圧と周囲大気圧の差を使用して、排出タンク内の水油液レベルのガス圧を測定することです。 工業用アプリケーションの大部分はゲージ圧を使用できるため、市場のほとんどの圧力送信機はゲージ圧を測定します。
絶対圧力センサは、ゼロ (完全な真空) に対する結果を与える。 センサーには、メディアが感知要素に侵入して圧力をかけるための1つのポートがあり、適用される圧力に比例する大きさの出力に正の変化が生じます。
これは、おそらく高度を決定するために、大気圧を測定するアプリケーションで役立ちます。 絶対圧力センサーは、さまざまな高度で使用される圧力測定アプリケーションでも使用されます。大気圧は高度によって変化するため、ゲージ圧力は正確な読み取り値を提供しません。 このタイプのセンサーは、タイヤの性能を最適化するためにタイヤ空気圧監視システムで使用されます。
差圧センサーは、ゲージセンサーの動作と同様に、2点間の圧力差を測定します。 しかし、この場合、基準圧力は、システム設計者によって決定されるように、システム内のポイントの1つである。 差动出力の変化は、どちらが大きいかに応じて、正または负です。 変化の大きさは、2つのドメイン間の圧力差に比例する。
一例として、物体のいずれかの側の圧力差を検出するために差動センサが使用されることがある。 差圧センサーは、クリーンルーム、消光パイプ、屋内空気圧モニタリング、エアフィルターモニタリングなどのHVACアプリケーションの気流を監視するためによく使用されます。
「圧力センサー」は、センサー、トランスデューサー、またはトランスミッタである可能性のある圧力感知デバイスを表す一般的な用語であることに注意してください。関連する電気回路の設計に応じて。
加えられた圧力の影響の検出と定量化を担当するセンシング要素は、マイクロコントローラベースのシステムのような電子回路で直接使用することができない出力を生成します。 物理的な応答を電気信号に変換する必要があり、その後、適切な使用可能な信号を生成するために信号調整が必要です。
圧力センサーは、通常、圧力を物理的に検出しているセンサー要素を参照して、経験する圧力によって変化する出力電圧を生成します。 パッケージ化されたボードマウント圧力センサーが利用可能であり、設計者はキャリブレーション、温度補償、増幅を個別に検討する必要があります。
紛らわしいことに、「圧力センサ」というフレーズは、一般的にトランスデューサおよび送信機を説明するためにも使用されることがある。 私たちのエンジニアはセンサーをチップコアと見なしており、測定範囲と精度が優れているセラミックコアの代わりに、より多くのオイル充填シリコン (拡散シリコン) コアを使用しています。
圧力センサのような圧力トランスデューサは、圧力によって変化する出力電圧を生成する。 この文脈でのトランスデューサーは、おそらく温度変動を補償するために信号調整回路と組み合わされた感知要素であり、おそらくソースからの信号の送信を可能にする増幅器です。 ほとんどのアプリケーションでは、圧力検知素子にカスタム温度補償を実装しようとするよりも、温度補償された圧力トランスデューサを指定することに利点があることに注意してください。必要なテストが複雑で困難になる可能性があるため。
圧力送信機はトランスデューサーに似ていますが、電圧信号ではなく、低インピーダンス負荷全体で電流信号を生成します。 通常、出力は4〜20mAの標準産業出力になります。 しかし今、市場は3人の名前の混乱をあまり心配しておらず、電流、電圧、抵抗の出力があります。 ポータブルアプリケーションでは、送信機が圧力範囲の上限で一貫して使用されている場合、バッテリーを摩耗させる可能性があることに注意してください。
電子圧力センサーは、加えられた圧力に対する物理的反応に依存し、結果として生じる比例変化を電子的に測定します。 一般的に使用される現象には、静電容量の変化、またはひずみゲージまたは圧電素子のオーム抵抗の変化が含まれます。これらは、圧力が加えられたときのたわみの大きさに比例します。
測定範囲、環境適合性、物理的サイズ、電力要件、および必要な圧力測定の種類などの重要な基準は、アプリケーション固有のソリューションを探しているエンジニアに大きな影響を与えます。
容量性圧力センサーには、電極として1つのリジッドプレートと1つのフレキシブル膜を備えたコンデンサが含まれています。 これらの電極の面積は固定されており、キャパシタンスは電極間の距離に比例します。 測定する圧力は可撓性膜側に加えられ、結果として生じる偏向は、電気回路を使用して測定できるキャパシタンスの変化を引き起こします。
容量性圧力トランスデューサは、膜のたわみによって生成されるキャパシタンスの変化に依存しており、コンデンサの形状を変更します
ひずみゲージ型圧力センサでは、ホイートストンブリッジとして箔またはシリコンひずみゲージが配置される。 ひずみゲージは、圧力が加えられると偏向するある種のダイアフラムに取り付けられています。 次に、結果として得られる信号は、ホイートストンブリッジ回路によって測定、増幅、および調整され、図に示すように、適用された圧力を表す適切なトランスデューサ電圧またはトランスミッタ電流出力を提供します。
ブリッジ型センサーの回路図
ピエゾ抵抗感知素子も同様のブリッジ形成に配置することができる。 以下の図は、ブリッジタイプの圧力センサーの感知要素が柔軟なダイヤフラムにどのように取り付けられているかを示しているため、ダイヤフラムのたわみの大きさに応じて抵抗が変化します。 センサーの全体的な直線性は、指定された測定範囲にわたるダイヤフラムの安定性、およびひずみゲージまたはピエゾ抵抗素子の直線性に依存します。
圧電抵抗圧力センサー素子は、ダイアフラム反射の大きさに応じて抵抗変化を測定します
大きなデバイスとしてピエゾ抵抗または容量性圧力センサーを想像するのは簡単で、MEMSはミニタイプです。 残念ながら、LEFOOは現在、MEMS製品を開発する計画はありません。
一般的に使用されているセンサーの種類、その動作原理、および使用モード (絶対、ゲージ、またはディファレンシャル) を理解する特定のアプリケーションに最適なセンサーを特定する際に、エンジニアが最初の選択決定を行うのに役立ちます。
使用される材料と構造の種類は、測定範囲などの側面に重要な影響を与える可能性があり、センサーを露出させることができる最大生存可能圧力などの要因を制限します。はんだ付け後の安定化時間、および意図した用途における長期安定性。
電気出力特性の理解、ホスト電子システム (通常はマイクロコントローラーまたはマイクロプロセッサベースの制御システム) と適切に相互作用するために必要な回路は、圧力センサーの選択が電子統合の課題にどのように影響するかを評価するのに役立ちますを使用します。
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