Закрыть

Тензорезистивный датчик: Тензодатчик купить, тензодатчики цена, тензодатчики веса продажа, весовые датчики, тензорезисторный датчик, тензометрический датчик веса, тензорезистивные датчики

Тензорезистивные сенсоры и датчики давления на их основе

Тензорезистивные сенсоры и датчики давления на их основе

Сенсор представляет собой резистор, проводник которого наклеен, напылён или нанесён другим способом на подложку, способную деформироваться под действием приложенной силы. Вместе с подложкой деформируется и жёстко связанный с ней проводник резистора. При деформации проводника изменяется его длина и поперечное сечение. Соответственно, будет изменяться и его сопротивление. Измеряя сопротивление тензорезистора можно определить приложенное к подложке давление.

Классический пример тензорезистора можно увидеть на следующей фотографии:

Типовая схема подключения тензорезистора показана на данном рисунке:

Обычно, в реальных устройствах, тензорезистор наклеивается на пружинную диафрагму. Под воздействием приложенного давления диафрагма деформируется, вместе с ней деформируется и тензорезистор.

Классическая система тензорезистивного сенсора, представленная на предыдущей иллюстрации, сделана из металла, проводника и подложки. При деформации в упругих пределах применяемого металла можно многократно нагружать сенсор без увеличения погрешности. Металлы, однако, подлежат усталости при повторных циклах нагружения, и они начинают «течь», если напряженность выше их упругого предела. Это общий источник ошибки металлических тензорезистивных сенсоров: если приложено давление выше нормы, они имеют тенденцию потерять точность из-за пластической деформации подложки и резистора.

Современные технологии производства сделали возможным изготовление подложки из кремния вместо металла. Кремний показывает высокие линейные упругие свойства в узком диапазоне деформаций и высокое сопротивление к усталости. Когда кремниевый тензорезистивный сенсор перенапрягается, он разрушается полностью, а не «течёт», как металлический сенсор. Это считают лучшим результатом, поскольку это ясно указывает на потребность в замене сенсора, тогда как металлический тензорезистивный сенсор продолжает функционировать после перенапряжения. Чтобы определить его неисправность, датчик давления необходимо демонтировать и проверить на установке для калибровки.

Упрощенная иллюстрация диафрагма / тензорезистор показана здесь:

Перемещение и изгиб диафрагмы под действием входного давления деформирует тензорезистор. На выходе появляется напряжение, пропорциональное измеряемому давлению. Это напряжение можно усилить и преобразовать в стандартные сигналы: аналоговый 4 — 20 ма или цифровые типа HART, FOUNDATION Fieldbus или другие.

В некоторых проектах, единственный кремниевый композит служит в качестве и диафрагмы и подложки тензорезистора. Так, практически полностью, используются превосходные механические свойства кремния (высокая линейность и низкая усталость).
Однако, кремний химически несовместим со многими средами процесса, и поэтому давление должно быть передано кремниевой диафрагме/тензорезистору через химически инертную среду. Для этой цели устанавливают гибкую неупругую разделительную диафрагму, на которую действует измеряемое давление. Пространство между разделительной диафрагмой и кремниевой диафрагмой заполняют жидкостью (обычно на основе силикона или фторуглерода). Разделительная диафрагма передает давление процесса заполняющей жидкости, которая в свою очередь передает давление кремниевой диафрагме/тензорезистору.

Ниже приведена схема такого прибора:

Разделительная диафрагма разработана так, чтобы быть намного более гибкой, чем кремниевая диафрагма, потому что ее цель состоит в том, чтобы передать без изменений давление процесса до заполняющей жидкости, чтобы не действовать как упругий элемент. Таким образом, кремниевый датчик испытывает то же самое давление, что и приложенное к разделительной диафрагме, не входя в непосредственный контакт с жидкостью или газом технологического процесса.

Это использование заполняющей жидкости, чтобы передать давление от диафрагмы изоляции до чувствительной диафрагмы используется в большинстве, если не во всех, современных датчиках давления.

Пример датчика дифференциального давления, использующего тензорезистор на кремниевой подложке — модель Foxboro IDP10, показан на следующей фотографии:

Тензорезисторный датчик силы Т60А — Тензо-М

Описание

Области применения

Платформенные весы, настольные весы лотковые расходомеры, взвешивание баков и емкостей, многобункерные системы

Особенности

  • Конструкция упругого элемента обеспечивает низкую чувствительность к нагрузке вне центра весовой платформы
  • Датчики изготовлены из материалов и комплектующих лучших мировых производителей
  • Герметизация датчиков производится с помощью специальных герметиков
  • При испытаниях датчиков используются уникальные методики
  • Многоступенчатая система контроля качества тензодатчиков
  • Гарантийный срок 12 мес.

 

Экскурсия по производству тензодатчиков
7 причин для выбора тензодатчиков «Тензо-М»

Технические характеристики

Параметры датчика

Единицы измерения

Значения параметров

    Модификация 1 Модификация 2
Наибольший предел измерения (НПИ) кг 30, 50, 100, 200, 300, 500, 750 100, 200, 300
Класс точности по ГОСТ 8.631-2013   С3 С1 С3
Число поверочных интервалов   3000 1000 3000
Минимальный поверочный интервал   НПИ / 7500 НПИ / 5000 НПИ / 10000
Рабочий коэффициент передачи (РКП) мВ/В 2 ± 10%
Начальный коэффициент передачи (НКП) % от РКП ≤ ± 5 < 2
Комбинированная погрешность % от РКП ≤ ±0,0200 ≤ ±0,0400 ≤ ±0,0200
Ползучесть (30 мин. ) % от РКП ≤ ±0,0166 ≤ ±0,0490 ≤ ±0,0250
Изменение НКП от температуры % от РКП/°С ≤ ±0,00187 ≤ ±0,0028 ≤ ±0,0014
Изменение РКП от температуры % от РКП/°С ≤ ±0,00100 ≤ ±0,0022 ≤ ±0,0011
Наибольшее напряжение питания постоянного тока В 12
Сопротивление входное Ом 413 ±20 400 ±10
Сопротивление выходное Ом 350 ±25 350 ±3
Сопротивление изоляции ГОм ≥ 5 ≥ 5
Номинальный диапазон температур °С -20. .. +50
Диапазон температур эксплуатации и хранения °С -50… +50
Степень защиты по ГОСТ 14254   IP67 IP66
Допустимая нагрузка % от НПИ 150 125
Разрушающая нагрузка % от НПИ 300
Материал датчика   Алюминиевый сплав

 

Производитель оставляет за собой право изменять технические характеристики с целью улучшения качества продукции без предварительного уведомления потребителя.

Комплектация

Стандартная комплектация

  • Исполнение согласно ГОСТ 8.631-2013: 3000 поверочных интервалов
  • Шестипроводная или четырехпроводная схема подключения (мод. 1), четырехпроводная схема подключения (мод.2)
  • Экран кабеля соединен с корпусом тензодатчика (мод.1)
  • Экран кабеля не соединен с корпусом тензодатчика (мод.2)
  • Длина кабеля 3м (мод.1), 2м (мод.2)
  • Взрывозащищенное исполнение в соответствии с требованиями ГОСТ Р51330.0-99 (МЭК 60079-0-98), ГОСТ Р51330.10-99 (МЭК 60079-11-99), ТР ТС 012/2011

Опции

  • Исполнение согласно ГОСТ 8.631-2013: 1000 поверочных интервалов (мод.2)
  • Длина кабеля от 2 до 100м (мод.2)

Поддержка

Схема выводов кабеля

Модификация 1

Модификация 2

+Uпит.  — зеленый

–Uпит.  — черный

+Uизм. — белый

–Uизм. — красный

+Uос — синий

–Uос — коричневый

+Uпит.   — зеленый

–Uпит.  — черный

+Uизм. — белый

–Uизм. — красный

​Сертификаты

Свидетельство об утверждении типа средств измерений Российской Федерации

Сертификат об утверждении типа средств измерений Республики Беларусь

Сертификат о признании утверждения типа средств измерений Республики Казахстан

Сертификат соответствия ЕАЭС

Соответствуют ГОСТ 8.631-2013.
Внесены в Государственный Реестр средств измерений Российской Федерации, Республик Беларусь и Казахстан.

Емкостные и пьезорезистивные датчики давления — различия

Датчики давления считаются одним из наиболее часто используемых типов датчиков, поскольку они отвечают за измерение любой силы, приложенной к газам или жидкостям, которая затем выражается в виде электрического сигнала. Они могут иметь различные применения, например, в медицинских приборах и здравоохранении, автоматизации, гидравлике, а также в аэронавтике. Большинство датчиков давления, установленных в настоящее время в полевых условиях, основаны на MEMS и используют пьезорезистивный или емкостной принцип измерения . В этой статье мы обсудим их основные отличия и выделим преимущества каждого из них.

Принцип измерения пьезорезистивной технологии

Термин пьезорезистив состоит из греческого слова «пьезо» (означающего сжимать или давить) и сопротивляться. В пьезорезистивных датчиках четыре резистора размещены на кремниевой диафрагме для измерения результата деформации или физического давления, приложенного к ним. Любое заметное изменение сопротивления преобразуется через мостовую схему Уитстона в выходное напряжение. Пьезорезистивный принцип измерения давления является одним из первых, разработанных в технологии MEMS, и он был разработан за много лет до емкостного. В результате он используется чаще всего. Пьезорезистивные датчики давления благодаря широкому распространению и низкой себестоимости находят широкое применение в бытовой электронике и автомобилестроении, а также в бытовой технике.

Дополнительная литература : Лучшие датчики давления для промышленного применения и автоматизации

Принцип измерения емкостной технологии

Для эффективной работы емкостного датчика давления необходимы две параллельные и электрически изолированные проводящие пластины. Нижняя пластина зафиксирована, а верхняя чувствительна к изменениям давления. При приложении давления верхняя пластина (или мембрана) изгибается и создается емкость Δ. Это изменение емкости затем преобразуется в электрический сигнал, который может быть прочитан и обработан ASIC или микроконтроллером.

Где лучше всего применяется емкостная технология МЭМС?

Емкостная технология MEMS лучше всего подходит для приложений, где точность, надежность и безопасность имеют первостепенное значение. Это связано с техническими преимуществами, обусловленными свойствами элементов МЭМС, которые аналогичны свойствам стандартных пассивных компонентов (резисторы, конденсаторы), а также различиями в конструкции и методах изготовления.

Сравнение технологий, емкостные и пьезорезистивные датчики

По сравнению с пьезорезистивными датчиками , емкостные датчики давления имеют много преимуществ. Несмотря на то, что для них могут потребоваться более сложные схемы формирования сигнала и алгоритмы калибровки, они имеют более высокую точность и более низкую общую полосу ошибок . Кроме того,

емкостные датчики давления имеют низкое энергопотребление, так как постоянный ток не протекает через чувствительный элемент из-за его природы. Таким образом, могут быть спроектированы и реализованы системы датчиков с очень низким энергопотреблением, которые требуют лишь небольшого смещения цепи от внешнего считывателя, что делает их идеальными для удаленных или имплантированных медицинских приложений. В таблице ниже приведены плюсы и минусы емкостных датчиков давления МЭМС по сравнению с пьезорезистивными.

Плюсы Минусы
Прочность и разрывное давление Сложность калибровки
Точность, общий диапазон ошибок Стоимость производства
Потребляемая мощность
Долговременная стабильность
Типовая схема и компоновка емкостных МЭМС-датчиков

 

Емкостные МЭМС-датчики давления также обеспечивают превосходную долговременную стабильность. Это атрибут дизайна. Как показано выше, типичный элемент емкостного датчика давления MEMS имеет два измерительных и два эталонных конденсатора. Эталонные конденсаторы не чувствительны к изменениям давления. Расчет давления выполняется по следующему алгоритму.

На долговременную стабильность в основном влияет старение чувствительных элементов и, следовательно, снижение точности измерения с течением времени.

Из-за расположения емкостных кристаллов измерительный и эталонный конденсаторы подвергаются воздействию одной и той же среды. Это означает, что они подвергаются воздействию тех же условий и раздражителей, которые вызывают старение сенсоров и, следовательно, долгосрочный дрейф. Поскольку считывающие и эталонные конденсаторы работают в одних и тех же условиях и изготавливаются с использованием одних и тех же материалов и процедур, они стареют с одинаковой скоростью. Таким образом, используя алгоритм расчета давления и компоновку кристалла МЭМС, эффект долговременного дрейфа сводится к минимуму и, следовательно, достигается превосходная долговременная стабильность.

И последнее, но не менее важное: основным преимуществом емкостной МЭМС-технологии по сравнению с пьезорезистивной является устойчивость к избыточному давлению (испытательное давление и давление разрыва). Благодаря своей конструкции емкостные датчики MEMS могут выдерживать давление до , что в 100 раз превышает номинальное давление . Это происходит из-за того, что архитектура датчика состоит из неподвижной нижней пластины и подвешенной мембраны, которая деформируется под давлением. При приложении избыточного давления деформация достигает нижней мембраны и неизбежно прекращается, не разрушаясь. При этом за счет пройденного пути и приложенных напряжений пластические деформации отсутствуют. Это приводит к неизменной работе датчика после сброса избыточного давления.

Дополнительная литература : Все о избыточном давлении и способах его предотвращения

Пример сенсорного режима

В таблице и на следующих рисунках вы можете увидеть пример характеристик избыточного давления датчика с абсолютной калибровкой 2 бар. Максимальное ожидаемое рабочее давление (MEOP) датчика составляет 2 бара. Датчик измеряется при эталонном давлении 1,2 бар абс., ​​а затем подвергается давлению со следующими шагами давления, как указано ниже.

Давление [бар абс.] Коэффициент избыточного давления [x MEOP] Измерение [бар a] / Комментарии
1,2 0,6 x MEOP 1. 201
2 1 х MEOP Насыщение выхода
1,2 0,6 x MEOP 1.201
4 2 x MEOP Насыщение выхода
1,2 0,6 x MEOP 1.201
8 4 МЕОП Насыщение выхода
1,2 0,6 x MEOP 1.201
20 10 x MEOP Насыщение выхода
1,2 0,6 x MEOP 1.201
40 20 x MEOP Насыщение выхода
1,2 0,6 x MEOP 1.201
80 40 x MEOP Насыщение выхода
1,2 0,6 x MEOP 1.201
Синий — Эталонное измерение датчика при 1,2 бар ||| Оранжевый – насыщение выходного сигнала датчика в условиях избыточного давления

Является ли емкостная технология идеальной для избыточного давления?

Как объяснялось выше, всякий раз, когда избыточное давление применяется к оборудованию автоматизации, обычные датчики давления могут быть повреждены. По этой причине датчики на базе 9Можно использовать 0003 кремниевую емкостную технологию . Понимание преимуществ емкостной технологии и различных способов ее применения к датчикам давления имеет важное значение и может привести к повышению производительности и снижению затрат на техническое обслуживание. Компания ES Systems разработала датчики давления с емкостной технологией, которые могут обеспечить высокую производительность и точность наряду с высокой эффективностью и надежностью по конкурентоспособной цене.

Дополнительная литература : Существуют ли различия между датчиками давления, преобразователями, переключателями и преобразователями?

Емкостные датчики давления идеально подходят для медицинских применений?

Медицинские приложения могут быть дополнены емкостными датчиками давления MEMS , поскольку они могут обеспечить очень высокую точность и долговременную стабильность. В частности, они чрезвычайно устойчивы к избыточному давлению, что делает их пригодными для использования в приложениях, где безопасность измерений имеет решающее значение, а ремонт датчика невозможен.

Передовая емкостная технология МЭМС может применяться в условиях, требующих измерения абсолютного, избыточного, относительного или дифференциального давления. По этой причине ES Systems предлагает три семейства высококачественных емкостных датчиков давления. Это семьи:

  • ESCP-MIS1, предназначен для обеспечения высокого качества измерений в суровых условиях и средах
  • ESCP-BMS1, идеально подходит для промышленных, медицинских и HVAC применений, где требуется высокая точность и низкий общий диапазон погрешностей
  • ESCP-MIT1, преобразователь давления, подходящий для применения в суровых условиях окружающей среды, где требуется устойчивость к агрессивным жидкостям или газам

View Датчики давления

Высокоточный тканевый пьезорезистивный датчик с защитой от помех как от высокой влажности, так и от пота на основе гидрофобных нефтористых наночастиц диоксида титана

Высокоточный тканевый пьезорезистивный датчик с защитой от помех как от высокой влажности, так и от пота на основе гидрофобных нефтористых наночастиц диоксида титана†

Лиян Ян, ‡ и июнь Ма, ‡ и Вейбинг Чжун, и Цюнчжэнь Лю, и Муфанг Ли, и Вэнь Ван, и И Ву, и Юэдань Ван, и Сюэ Лю и а также Донг Ван * и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

и Ключевая лаборатория Хубэй передовых текстильных материалов и их применения, Хубэйская база международного научно-технического сотрудничества интеллектуальных текстильных материалов и применения, Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай
Электронная почта: [email protected] edu.cn, [email protected]

Аннотация

Пьезорезистивные датчики на тканевой основе продемонстрировали большой потенциал в приложениях для обнаружения движений человека и здоровья. Однако на токопроводящие полимеры сенсорных блоков легко воздействуют условия высокой влажности и пота, что приводит к колебаниям электрического сопротивления в реальном времени и, в конечном итоге, к неточности восприятия. Здесь гидрофобная, не содержащая фтора наночастица диоксида титана (TiO 2 -ODI)-модифицированный пьезорезистивный датчик на тканевой основе впервые был использован для получения точного измерения давления за счет предотвращения помех от высокой влажности и капель в повседневной жизни. Благодаря заметному изолирующему эффекту плотного слоя наночастиц TiO 2 -ODI впервые на динамические нормированные изменения электрического сопротивления пьезорезистивного датчика на тканевой основе практически не повлияла высокая влажность 95% и капли вода, солевой раствор, молоко и пот.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *