เซ็นเซอร์แรงดันระดับไมโคร ต่ำ และปานกลาง: วิธีเลือกช่วง MEMS ที่เหมาะสม

วิศวกรที่กำหนดค่าวงจรการไหลของอากาศของเครื่องช่วยหายใจได้รับคำสั่งให้ "เลือกเซ็นเซอร์ความดันต่ำ" ในเว็บไซต์ของผู้จัดจำหน่าย การค้นหาแบบเดียวกันจะส่งคืนชิปแรงดันไมโคร โมดูลแรงดันต่ำ และทรานสดิวเซอร์แรงดันปานกลาง ทั้งสามตระกูลมีลักษณะเกือบจะเหมือนกันในแพ็คเกจ SMD แต่องค์ประกอบการตรวจจับภายในแต่ละตระกูลนั้นถูกสร้างขึ้นสำหรับความเป็นจริงทางกลที่แตกต่างกัน เลือกไมโครเมื่อความแตกต่างของแรงดันมีน้อยจริงๆ เลือกต่ำสำหรับการอ่านค่าการไหลของอากาศทั่วไปและช่วงความกดอากาศ เลือกสื่อสำหรับกำลังของเหลวและระบบเชื้อเพลิง การตัดสินใจครั้งแรกนี้จะกำหนดขีดจำกัดทางกายภาพที่ไม่มีการปรับเทียบซอฟต์แวร์ใดสามารถเอาชนะได้

คู่มือนี้จะอธิบายวิธีการกำหนดหมวดหมู่ช่วงความดันทั้งสามประเภทในเอกสารข้อมูลเซ็นเซอร์ MEMS เหตุใดความแตกต่างจึงมีความสำคัญต่อความถูกต้องและความน่าเชื่อถือ และวิธีการแมปแอปพลิเคชันกับตระกูลเซ็นเซอร์ที่ถูกต้อง

วิธีกำหนดหมวดหมู่ช่วงความดัน

ไม่มีมาตรฐานสากลใดที่จะกำหนดขอบเขตระหว่างแรงดันระดับไมโคร แรงดันต่ำ และแรงดันปานกลาง แผนกนี้ใช้งานได้จริงมากกว่าถูกกฎหมาย และจะเปลี่ยนจากผู้ผลิตรายหนึ่งไปยังอีกรายหนึ่ง ตารางด้านล่างแสดงรายละเอียดที่ใช้กันทั่วไปในการเลือกเซ็นเซอร์ความดัน MEMS

เซ็นเซอร์ไมโครเพรสเชอร์จัดการกับความแตกต่างของแรงดันเพียงเล็กน้อย ซึ่งมักจะต่ำกว่า 1 kPa ไดอะแฟรมมีความบางและตรงตามมาตรฐาน ซึ่งทำให้มีความไว แต่ยังเสี่ยงต่อการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิและการกระแทกทางกลอีกด้วย เซ็นเซอร์ความดันต่ำครอบคลุมแถบที่ใช้สำหรับการวัดมาโนเมตริก ความกดอากาศ และระบบทางเดินหายใจ เซ็นเซอร์แรงดันปานกลางทำงานโดยที่สามารถสร้างองค์ประกอบการตรวจจับได้อย่างแข็งแกร่งมากขึ้น โดยมีไดอะแฟรมหนาขึ้นซึ่งทนทานต่อความเครียดที่สูงขึ้นและเหตุการณ์แรงดันเกินเป็นครั้งคราว

สำหรับผู้ซื้อส่วนประกอบ ผลที่ตามมาในทางปฏิบัตินั้นง่ายมาก: เซ็นเซอร์ไมโครเพรสเชอร์ไม่ใช่เซ็นเซอร์แรงดันต่ำที่มีฉลากแตกต่างกัน ทั้งสองได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมแตกต่างกัน ปรับเทียบต่างกัน และต้องมีการจัดการที่แตกต่างกันระหว่างการประกอบ

เหตุใดช่วงจึงมีความสำคัญสำหรับการสร้างเซ็นเซอร์

รูปทรงของไดอะแฟรมและความไว

ช่วงความดันจะกำหนดรูปทรงของไดอะแฟรม MEMS และรูปทรงนั้นจะขับเคลื่อนพฤติกรรมหลักส่วนใหญ่ของเซนเซอร์ เซ็นเซอร์ที่สร้างขึ้นสำหรับการวัดแรงดันระดับไมโครมีไดอะแฟรมบางพอที่จะเบี่ยงเบนการวัดได้ภายใต้ไม่กี่ร้อยปาสคาล ความบางนั้นช่วยเพิ่มความไวแต่ทำให้การตอบสนองต่อการขยายตัวของอุณหภูมิและความเค้นของบรรจุภัณฑ์แย่ลง อุปกรณ์ที่มีแรงดันปานกลางสามารถใช้ไดอะแฟรมที่หนาและแข็งกว่า ซึ่งต้านทานแรงดันเกินได้ดีกว่า และได้รับผลกระทบจากความเครียดทางกลที่เกิดจากการบัดกรีน้อยกว่า

การสอบเทียบและความหมายที่แท้จริงของความถูกต้อง

กิจวัตรการสอบเทียบก็แตกต่างกันเช่นกัน โดยทั่วไปแล้วเซ็นเซอร์ไมโครเพรสเชอร์จำเป็นต้องมีการแก้ไขค่าชดเชยเป็นศูนย์ต่ออุปกรณ์ เนื่องจากความเค้นของบรรจุภัณฑ์เพียงเล็กน้อยก็เปลี่ยนจุดศูนย์ได้ เซ็นเซอร์แรงดันปานกลางไม่ค่อยแสดงปัญหานี้ในระดับเดียวกัน ดังนั้นเสถียรภาพของจุดศูนย์จึงง่ายต่อการรักษาตลอดชุดการผลิต ด้วยเหตุนี้ การอ้างความถูกต้องแม่นยำเต็มสเกล 0.2 เปอร์เซ็นต์ที่เหมือนกันจึงมีความหมายที่แตกต่างกันในแต่ละช่วง สำหรับเซ็นเซอร์แรงดันไมโคร 1 kPa นั้น FSS 0.2 เปอร์เซ็นต์สอดคล้องกับข้อผิดพลาดที่อนุญาตเพียง 2 Pa ซึ่งถือว่าดีเยี่ยมแต่ต้องมีการชดเชยอุณหภูมิอย่างระมัดระวัง สำหรับเซ็นเซอร์ความดันปานกลาง 2 MPa นั้น FSS 0.2 เปอร์เซ็นต์เท่ากับ 4 kPa ของข้อผิดพลาดที่อนุญาต ซึ่งเป็นเป้าหมายที่ง่ายกว่ามากสำหรับสายการสอบเทียบที่จะเข้าถึง ตรวจสอบเสมอว่าซัพพลายเออร์เผยแพร่ทั้งความแม่นยำที่ 25 °C และแถบข้อผิดพลาดรวมในช่วงอุณหภูมิการทำงานหรือไม่ สำหรับชิ้นส่วนที่มีแรงดันต่ำและไมโคร ส่วนหลังคือตัวเลขที่จะจำกัดการออกแบบของคุณ

เอาต์พุตแบบอะนาล็อกและดิจิตอล: จับคู่ช่วงกับอินเทอร์เฟซของคุณ

ช่วงการวัดและสัญญาณเอาท์พุตเป็นแกนเลือกที่แยกจากกัน แต่ในทางปฏิบัติจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกัน เซนเซอร์เอาต์พุตแบบอะนาล็อกให้แรงดันไฟฟ้าอัตราส่วนตามสัดส่วนของความดัน โดยทั่วไปจะมาจากบริดจ์วีตสโตนที่มีเครื่องขยายสัญญาณแบบปรับสภาพ ASIC มีราคาไม่แพง เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ ADC ได้ง่าย และมีจำหน่ายในเกือบทุกช่วง เซ็นเซอร์เอาต์พุตดิจิทัลรวม ADC และอินเทอร์เฟซ I²C หรือ SPI บนชิป ซึ่งเอาการปรับสัญญาณภายนอกออก และลดความซับซ้อนของโครงร่างบอร์ด

การแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นที่ระดับสุดขั้ว สำหรับเซ็นเซอร์ไมโครเพรสเชอร์ เอาต์พุตแอนะล็อกเพียงไม่กี่มิลลิโวลต์ต่อปาสคาลจะมีเสียงดังหากความยาวการติดตามของ ADC ยาว ดังนั้นเวอร์ชันดิจิทัลที่มีการแปลงบนชิปจึงมักจะปลอดภัยกว่า สำหรับเซ็นเซอร์แรงดันปานกลาง สัญญาณแอนะล็อกจะมีขนาดใหญ่กว่า และบอร์ดอุตสาหกรรมจำนวนมากยอมรับเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าโดยตรงแล้ว เวอร์ชันดิจิทัลส่วนใหญ่มีไว้สำหรับตระกูลแรงดันต่ำและตระกูลแรงดันไมโครซึ่งความสมบูรณ์ของสัญญาณมีความสำคัญมากที่สุด ในขณะที่ผลิตภัณฑ์แรงดันปานกลางยังคงมีอยู่ในรูปแบบอะนาล็อกสำหรับการเชื่อมต่อโดยตรงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมที่มีอยู่

เมื่อเปรียบเทียบชิ้นส่วน ให้ตรวจสอบข้อกำหนดเอาต์พุตกับช่วงอินพุตของคอนโทรลเลอร์ เอาต์พุตอัตราส่วนเมตริกที่เชื่อมโยงกับแหล่งจ่ายไฟ 5 V มีพฤติกรรมแตกต่างจากเอาต์พุต 3.3 V คงที่ และไม่ใช่ว่า ADC ทุกตัวจะจัดการทั้งสองอย่างได้ดีเท่ากัน

รูปแบบการใช้งานทั่วไปสำหรับแต่ละช่วง

อุปกรณ์การแพทย์ ผู้บริโภค และอุปกรณ์โดรน

อุปกรณ์ทางการแพทย์เป็นตลาดไมโครและแรงดันต่ำที่เป็นที่ต้องการมากที่สุด อุปกรณ์ทางเดินหายใจ เครื่องดมยาสลบ และระบบ CPAP จำเป็นต้องแก้ไขแรงกดดันไม่กี่กิโลปาสคาลด้วยความแม่นยำที่ทำซ้ำได้และพฤติกรรมเป็นศูนย์ที่เสถียรในระยะเวลานาน กลุ่มผลิตภัณฑ์เดียวกันกับที่ใช้ในสถานพยาบาล เช่น MCPh10, MCPh11, MCPh20 และ MCPh21 ก็ปรากฏในหมวดหมู่ความดันต่ำและส่วนต่างเช่นกัน ในทางปฏิบัติ ช่วงความดันทางชีวภาพและช่วง "ความดันต่ำ" ตรงกันเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้น หน้าเซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์ เป็นข้อมูลอ้างอิงที่มีประโยชน์แม้สำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่ทางการแพทย์ซึ่งมีซองรับแรงกดใกล้เคียงกัน

ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค รวมถึงอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์สมาร์ทโฮม ใช้เซ็นเซอร์สัมบูรณ์แรงดันต่ำเป็นข้อมูลอ้างอิงของบรรยากาศ โดยที่ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิเป็นปัจจัยในการตัดสินใจ การออกแบบโดรนใช้การตรวจจับแรงดันต่ำประเภทเดียวกันสำหรับการประมาณระดับความสูง ซึ่งอธิบายว่าทำไมเซ็นเซอร์ดิจิทัลรุ่นเดียว เช่น MCPh21 จึงปรากฏในทั้งโดรนและประเภทแรงดันต่ำ

ระบบอุตสาหกรรมและยานยนต์

อุปกรณ์อุตสาหกรรมใช้ช่วงที่กว้างกว่า เครื่องตรวจจับการอุดตันของตัวกรองและเครื่องตรวจสอบการไหลของอากาศทำงานที่แรงดันระดับไมโครและระดับความแตกต่าง โดยที่ตัวกรองที่ถูกปิดกั้นจะปรากฏเป็นแรงดันตกคร่อมเล็กน้อยผ่านสองพอร์ต เครื่องอัดไฮดรอลิก ตัวกระตุ้นแบบนิวแมติก และสายจ่ายก๊าซทำงานที่แรงดันปานกลาง ซึ่งความแม่นยำและความทนทานสัมบูรณ์มีความสำคัญมากกว่าความสามารถในการแก้ไขการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ การใช้งานด้านยานยนต์ครอบคลุมแถบความถี่ปานกลางเช่นกัน: การวัดรางน้ำมันเชื้อเพลิง แรงดันน้ำมัน และท่อร่วมไอดีอยู่เหนือช่วงไดอะแฟรมแรงดันต่ำที่เปราะบาง และต่ำกว่าทรานสดิวเซอร์แรงดันสูงทางอุตสาหกรรม

รายการตรวจสอบการเลือกปฏิบัติ

สำหรับวิศวกรที่ต้องเผชิญกับการออกแบบใหม่ ลำดับต่อไปนี้จะช่วยลดโอกาสของการเลือกผิดพลาดซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง

1. กำหนดประเภทแรงดันก่อน ตัดสินใจว่าการใช้งานต้องการแรงดันเกจ สัมบูรณ์ หรือดิฟเฟอเรนเชียล นี่เป็นพื้นฐานมากกว่าช่วงเนื่องจากเซ็นเซอร์ส่วนต่างสามารถวัดความดันเกจต่ำได้ แต่เซ็นเซอร์เกจไม่สามารถวัดความแตกต่างระหว่างสองพอร์ตได้
2. เลือกช่วงที่มีพื้นที่ว่างอย่างน้อย 20 เปอร์เซ็นต์ การใช้งานเซ็นเซอร์ไมโครเพรสเชอร์ที่ระดับบนสุดของช่วงจะทำให้ไม่มีที่ว่างสำหรับเดือยชั่วคราว การให้คะแนนประมาณ 1.5 เท่าของแรงดันสูงสุดที่คาดไว้ถือเป็นจุดเริ่มต้นที่ดี
3. เปรียบเทียบช่วงข้อผิดพลาดทั้งหมด ไม่ใช่แค่ความแม่นยำ ความแม่นยำที่ 25 °C มักจะดีกว่าข้อผิดพลาดตลอดช่วงอุณหภูมิเต็มเกือบทุกครั้ง สำหรับเซ็นเซอร์ไมโครและเซ็นเซอร์แรงดันต่ำ โปรดขอแถบข้อผิดพลาดรวมตลอดอุณหภูมิการทำงานที่ต้องการ และเปรียบเทียบค่านั้นกับงบประมาณระบบของคุณ
4. ตรวจสอบความเสถียรเมื่อเวลาผ่านไป ความมั่นคงระยะยาวมักจะระบุเป็นเปอร์เซ็นต์ของขนาดเต็มต่อปี ค่าศูนย์ที่เสถียรมีความสำคัญมากกว่าข้อมูลจำเพาะด้านความแม่นยำที่ดีขึ้นเล็กน้อย หากผลิตภัณฑ์ต้องทำงานโดยไม่มีการสอบเทียบภาคสนาม
5. จับคู่บรรจุภัณฑ์กับกระบวนการประกอบ แพ็คเกจแบบติดตั้งบนพื้นผิวช่วยลดต้นทุนการประกอบ แต่ทำให้แม่พิมพ์ตรวจจับมีอุณหภูมิรีโฟลว์ที่สามารถเปลี่ยนจุดศูนย์ได้ แพ็คเกจ DIP/SIP ง่ายต่อการจัดการในการรันต้นแบบและสายการประกอบแบบแมนนวล
6. ตรวจสอบความเข้ากันได้ของสื่อ องค์ประกอบการตรวจจับอาจสัมผัสกับอากาศ ก๊าซ หรือของเหลว ขึ้นอยู่กับการออกแบบพอร์ต ยืนยันว่าวัสดุที่เปียกนั้นเข้ากันได้กับสื่อก่อนที่จะส่งไปยังบรรจุภัณฑ์

แหล่งจัดหาสองแห่งก็ควรค่าแก่การจดจำเช่นกัน ขั้นแรก ให้สอบถามซัพพลายเออร์เกี่ยวกับรายงานการสอบเทียบที่จัดส่งพร้อมกับแต่ละล็อต ควรบันทึกออฟเซ็ตเป็นศูนย์ เอาต์พุตเต็มสเกล และค่าความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิที่วัดในสายการผลิตจริง ประการที่สอง ยืนยันปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำและระยะเวลารอคอยตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากข้อกำหนดการสอบเทียบแบบกำหนดเองอาจทำให้กำหนดการส่งมอบยาวนานขึ้น

จับคู่ตระกูลผลิตภัณฑ์ MemsTech ให้ตรงกับกลุ่มผลิตภัณฑ์ของคุณ

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) จัดระเบียบแคตตาล็อกตามเมทริกซ์ผลิตภัณฑ์ แทนที่จะเป็นกลุ่มผลิตภัณฑ์เดียว บริษัทผลิตเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ภายในบริษัท โดยมีบรรจุภัณฑ์ภายใน การเชื่อม การชดเชยอุณหภูมิ และการสอบเทียบในโรงงานขนาด 2,000 ตารางเมตร กำลังการผลิตตามที่ระบุไว้ที่ 60 ล้านหน่วยต่อปี และความแม่นยำที่ประกาศไว้ที่ 0.2 เปอร์เซ็นต์เต็มสเกล หมายความว่าหมวดหมู่ต่างๆ ต่างๆ แปลเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นรูปธรรมและทำซ้ำได้

สำหรับการวัดความดันระดับไมโคร เซ็นเซอร์ความดันไมโคร DPTR8 เป็นของทั้งประเภทแรงดันขนาดเล็กและประเภทอุตสาหกรรม ลักษณะที่แตกต่างของมันเหมาะสมกับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงแรงดันเล็กน้อยในระบบตรวจสอบตัวกรองและระบบไหลเวียนของอากาศ หากแอปพลิเคชันของคุณต้องแก้ไขปาสคาลหลายร้อยรายการในสองพอร์ต นี่คือตระกูลที่ต้องประเมินก่อน

ขายส่ง DPT-R8 ไมโครเซ็นเซอร์ความดันซัพพลายเออร์โรงงาน Wuxi Mems Tech Co., Ltd. เป็นซัพพลายเออร์เซ็นเซอร์ความดันไมโคร DPT-R8 ของจีนขายส่ง โรงงาน บทนำหัวข้อของเอกสารนี้คือ... ดูผลิตภัณฑ์ →

สำหรับการวัดความดันต่ำ เซ็นเซอร์ความดันต่ำ MCPh20 และ MCPh21 คัฟเวอร์เกจ ดิฟเฟอเรนเชียล และเอาต์พุตสัญญาณดิจิทัล เวอร์ชันดิจิทัลมีประโยชน์ในบอร์ดขนาดกะทัดรัดซึ่งสัญญาณต้องเคลื่อนที่โดยไม่จับสัญญาณรบกวน กลุ่มเดียวกันนี้ปรากฏในรายการแอปพลิเคชันทางการแพทย์และโดรน ซึ่งบ่งชี้ว่าขอบเขตประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ดังกล่าวนั้นใช้งานได้จริงในผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานภาคสนาม

ขายส่ง MCP-H20, MCP-H21 ซัพพลายเออร์เซ็นเซอร์ความดันต่ำ, โรงงาน Wuxi Mems Tech Co., Ltd. เป็นซัพพลายเออร์เซ็นเซอร์ความดันต่ำ MCP-H20, MCP-H21 ของจีนขายส่งโรงงานคำอธิบายชุด MCP-H20 เป็น... ดูผลิตภัณฑ์ →

สำหรับการวัดความดันปานกลาง กลุ่มผลิตภัณฑ์เซ็นเซอร์แรงดันปานกลาง MCP5xxx ผสมผสานช่วงการวัดที่กว้างขึ้นเข้ากับความทนทานของไดอะแฟรมที่หนาขึ้น มีการระบุไว้ในหมวดหมู่แรงดันปานกลาง สัญญาณอะนาล็อก และการแพทย์ ซึ่งบ่งบอกถึงแพลตฟอร์มที่มีความเสถียรและสมบูรณ์ซึ่งเหมาะกับการผลิตในปริมาณมาก กลุ่มผลิตภัณฑ์นี้มักจะเป็นตัวเลือกเริ่มต้นเมื่อการออกแบบต้องการความครอบคลุมในวงกว้าง โดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่มีแรงกดขนาดเล็กมาก

ขายส่ง MCP5XXX ซัพพลายเออร์เซ็นเซอร์ความดันปานกลาง, โรงงาน Wuxi Mems Tech Co., Ltd. เป็นซัพพลายเออร์เซ็นเซอร์ความดันปานกลาง MCP5XXX ขายส่งในจีน โรงงาน ซีรีส์ MCP5XXXDP มี Si... ดูผลิตภัณฑ์ →

หากคุณไม่แน่ใจว่าตระกูลใดที่เหมาะกับการออกแบบของคุณ หน้าช่วงเซ็นเซอร์ไมโครเพรสเชอร์ และ กลุ่มผลิตภัณฑ์เซ็นเซอร์แรงดันปานกลาง ให้มุมมองที่มีโครงสร้างของตัวเลือกที่มีอยู่ เนื่องจากแบบจำลองทางกายภาพหนึ่งแบบสามารถปรากฏในหลายประเภท จึงควรตรวจสอบด้วย รายการใบสมัครทางการแพทย์ หากผลิตภัณฑ์ของคุณอยู่ในภาคส่วนนั้น

การตัดสินใจขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับข้อกำหนดทางกายภาพของระบบ ได้แก่ ประเภทของแรงดันที่ต้องการ ความแปรผันของอุณหภูมิที่อุปกรณ์จะเห็น และเส้นทางสัญญาณสามารถทนต่อสัญญาณรบกวนจากการเชื่อมต่อแบบอะนาล็อกได้หรือไม่ เมื่อแก้ไขแล้ว หมวดหมู่ช่วงจะเลือกเอง และตัวเลือกที่เหลือคือระหว่างรุ่นเฉพาะและซัพพลายเออร์