یک سنسور فشار پیزورز چگونه کار می کند؟
یک سنسور فشار پیزوره ای به دلیل دقت ، قابلیت اطمینان و کارآیی هزینه ، یک دستگاه به طور گسترده در صنایع مختلف است. من به عنوان یک تأمین کننده سنسور فشار ، من هیجان زده ام که چگونه این سنسورها کار می کنند.
اصل اساسی اثر piezoresistive
عملکرد یک سنسور فشار پیزوره ای مبتنی بر اثر پیزوره است. اثر پیزوره ای برای اولین بار در قرن نوزدهم کشف شد. این تغییر در مقاومت الکتریکی یک ماده را در معرض استرس مکانیکی توصیف می کند. برخی از مواد ، مانند سیلیکون و ژرمانیوم ، این اثر را به میزان قابل توجهی نشان می دهند. هنگامی که یک نیروی مکانیکی برای این مواد اعمال می شود ، ساختار شبکه اتمی تغییر شکل می یابد. این تغییر شکل تحرک حامل های بار (الکترون و سوراخ) را در داخل ماده تغییر می دهد که به نوبه خود مقاومت الکتریکی آن را تغییر می دهد.
ساختار یک سنسور فشار پیزوره
یک سنسور فشار پیزوره ای معمولی از یک عنصر سنجش و یک مدار تهویه سیگنال تشکیل شده است. عنصر سنجش معمولاً یک دیافراگم نازک است که از یک ماده پیزوره ای ساخته شده است. دیافراگم در هنگام اعمال فشار برای تغییر شکل طراحی شده است. روی سطح دیافراگم ، پیزورزیست ها ساخته می شوند. این piezoresistors در پیکربندی پل Wheatstone قرار گرفته اند.
پل Wheatstone یک مدار الکتریکی است که برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی ناشناخته با متعادل کردن دو پا از یک مدار پل استفاده می شود. در زمینه یک سنسور فشار پیزوره ای ، چهار پیزورستور در پل Wheatstone مقادیر مقاومت خود را تغییر می دهند وقتی که دیافراگم تحت فشار قرار می گیرد. این باعث عدم تعادل در مدار پل می شود و یک خروجی ولتاژ ایجاد می شود.
فرآیند کار یک سنسور فشار پیزوره
- کاربرد فشار
هنگامی که فشار به سنسور اعمال می شود ، روی دیافراگم عمل می کند. دیافراگم به گونه ای طراحی شده است که نسبت به تغییرات فشار حساس باشد. به عنوان مثال ، در یک محیط پر از مایع ، فشار مایع در برابر دیافراگم فشار می آورد و باعث می شود که آن از بین برود. میزان انحراف متناسب با فشار اعمال شده است. - تغییر شکل دیافراگم و تغییر مقاومت
با تغییر شکل دیافراگم ، پیزوره های موجود در سطح آن نیز استرس مکانیکی را تجربه می کنند. با توجه به اثر پیزورز ، مقاومت این پیزورها تغییر می کند. هنگامی که دیافراگم خم می شود ، برخی از پیزورها کشیده می شوند و مقاومت آنها افزایش می یابد. برخی دیگر فشرده می شوند و مقاومت آنها کاهش می یابد. - خروجی پل Wheatstone
تغییر در مقاومت پیزورهایستورها در پل Wheatstone منجر به عدم تعادل در مدار پل می شود. در یک پل Wheatstone متعادل ، ولتاژ خروجی صفر است. با این حال ، هنگامی که مقاومت به دلیل تغییر شکل ناشی از فشار تغییر می کند ، یک ولتاژ غیر صفر در خروجی پل ایجاد می شود. این ولتاژ خروجی متناسب با فشار اعمال شده است. - تهویه سیگنال
ولتاژ خروجی از پل Wheatstone معمولاً بسیار اندک است و ممکن است نیاز به تقویت و تهویه مطبوع داشته باشد. مدار تهویه سیگنال سیگنال ولتاژ کوچک را تقویت می کند ، سر و صدا را فیلتر می کند ، و همچنین ممکن است عملکردهای دیگری مانند جبران دما را انجام دهد. دما می تواند مقاومت در برابر پیزورها را تحت تأثیر قرار دهد و جبران دما برای اطمینان از صحت سنسور در محدوده دمای گسترده ضروری است.
کاربرد سنسورهای فشار پیزوره
سنسورهای فشار Piezoresistive طیف گسترده ای از برنامه ها در صنایع مختلف دارند:
- صنعت خودرو
در صنعت خودرو ، از سنسورهای فشار پیزورز برای اهداف مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال ، می توان از آنها برای اندازه گیری فشار تایر ، فشار منیفولد ورودی و فشار روغن استفاده کرد. درسنسور فشار هوا چند وسیله نقلیهنمونه ای عالی از یک سنسور فشار پیزوره ای است که در میدان خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. این می تواند فشار هوا را در انواع مختلف وسایل نقلیه اندازه گیری کند و از عملکرد ایمن و کارآمد اطمینان حاصل کند. - اتوماسیون صنعتی
در اتوماسیون صنعتی از این سنسورها برای نظارت و کنترل فشار در سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک استفاده می شود. از آنها می توان برای اندازه گیری فشار در خطوط لوله ، مخازن و سایر تجهیزات صنعتی استفاده کرد. درسنسور فشار 3MPAبرای کاربردهای صنعتی که در آن اندازه گیری فشار زیاد مورد نیاز است ، مناسب است. - صنعت پزشکی
در زمینه پزشکی ، از سنسورهای فشار پیزورز در دستگاههایی مانند مانیتور فشار خون و تهویه استفاده می شود. آنها می توانند فشار مایعات و گازها را به طور دقیق اندازه گیری کنند ، که برای تشخیص و درمان بیمار بسیار مهم است. - نظارت بر محیط زیست
این سنسورها همچنین می توانند در برنامه های نظارت بر محیط زیست مانند اندازه گیری فشار اتمسفر و فشار آب در رودخانه ها و دریاچه ها مورد استفاده قرار گیرند.
مزایای سنسورهای فشار پیزوره
- حساسیت بالا
سنسورهای فشار Piezoresistive می توانند تغییرات بسیار کمی در فشار را تشخیص دهند. حساسیت بالای آنها باعث می شود که آنها برای برنامه هایی که اندازه گیری فشار دقیق لازم است مناسب باشد. - زمان پاسخ سریع
آنها زمان پاسخ سریع دارند ، به این معنی که می توانند به سرعت در مورد تغییرات فشار تشخیص داده و پاسخ دهند. این در برنامه هایی که نظارت بر فشار واقعی ضروری است مهم است. - دامنه فشار گسترده
سنسورهای فشار Piezoresistive می توانند برای اندازه گیری طیف گسترده ای از فشارها ، از فشارهای بسیار کم گرفته تا فشارهای زیاد طراحی شوند. به عنوان مثال ،سنسور فشار 3MPAمی تواند برنامه های فشار نسبتاً بالایی را کنترل کند. - هزینه - اثربخشی
در مقایسه با برخی دیگر از سنسورهای فشار ، سنسورهای فشار پیزورز نسبتاً مقرون به صرفه هستند. این امر آنها را برای بسیاری از برنامه ها به یک انتخاب محبوب تبدیل می کند.
محدودیت سنسورهای فشار پیزوره
- حساسیت دما
اگرچه می توان جبران دما را انجام داد ، سنسورهای فشار پیزوره ای هنوز نسبت به تغییرات دما حساس هستند. درجه حرارت شدید می تواند بر صحت سنسور تأثیر بگذارد. - غیر خطی
ممکن است در رابطه بین فشار اعمال شده و ولتاژ خروجی ، به ویژه در فشارهای زیاد ، غیر خطی وجود داشته باشد. کالیبراسیون اغلب برای اصلاح این غیر خطی لازم است.
پیشنهادات ما به عنوان تأمین کننده سنسور فشار
ما به عنوان یک تأمین کننده سنسور فشار ، ما طیف گسترده ای از سنسورهای فشار پیزوره را برای پاسخگویی به نیازهای متنوع مشتریان ارائه می دهیم. سنسورهای ما با مواد با کیفیت بالا و فرآیندهای تولید پیشرفته طراحی شده اند تا از دقت و قابلیت اطمینان بالا اطمینان حاصل کنند.
علاوه برسنسور فشار هوا چند وسیله نقلیهوتسنسور فشار 3MPA، ما همچنین داریمسنسور اکسیژن نیتروژنبشر از این سنسور می توان برای اندازه گیری فشار و ترکیب نیتروژن و اکسیژن در محیط های مختلف استفاده کرد که در صنایعی مانند نظارت شیمیایی و محیطی بسیار مفید است.
برای تهیه با ما تماس بگیرید
اگر به سنسورهای فشار ما علاقه مند هستید و دوست دارید در مورد خرید بحث کنید ، لطفاً به ما مراجعه کنید. ما متعهد هستیم بهترین محصولات و خدمات را به شما ارائه دهیم. این که آیا شما برای یک پروژه تحقیقاتی یا یک سفارش مقیاس بزرگ برای تولید صنعتی به یک سفارش کوچک نیاز دارید ، می توانیم نیازهای شما را برآورده کنیم.
منابع
- اسمیت ، CS (1954). تأثیر مقاومت در برابر پیزور در ژرمانیوم و سیلیکون. بررسی فیزیکی ، 94 (1) ، 42 - 49.
- Fraden ، J. (2010). کتاب سنسورهای مدرن: فیزیک ، طرح ها و برنامه ها. رسانه های علمی و تجاری Springer.
- Kuo ، CF ، & Lin ، CC (2008). طراحی و ساخت یک سنسور فشار piezoresistive با یک سیلیکون - دیافراگم عایق. سنسورها و محرک ها: فیزیکی ، 143 (2) ، 321 - 326.