Kolika je histereza MEMS transmitera tlaka?

Kao iskusan dobavljač MEMS odašiljača tlaka, svjedočio sam dosta toga u industriji. Jedan koncept koji se često pojavljuje u raspravama s kupcima i na raznim forumima je histereza MEMS transmitera tlaka. Danas bih želio dublje proniknuti u ovu temu kako bih vam pomogao da bolje razumijete što je histereza i zašto je važna u svijetu MEMS transmitera tlaka.

Razumijevanje MEMS transmitera tlaka

Prije nego što skočimo na histerezu, dotaknimo se ukratko što su MEMS transmiteri tlaka. MEMS, što je kratica za mikro-elektro-mehaničke sustave, maleni su uređaji koji kombiniraju mehaničke i električne komponente na mikroskopskoj razini. MEMS transmiteri tlaka koriste ovu tehnologiju za mjerenje tlaka i pretvaranje ga u električni signal.

Vrlo su popularni u raznim industrijama zbog svoje male veličine, visoke točnosti, niske cijene i visoke pouzdanosti. Primjene se kreću od automobilske i zrakoplovne do medicinske i industrijske automatizacije. Na primjer, u industriji tuneliranja,MEMS senzor tlaka za Shield Tunneling Machineigra ključnu ulogu u nadzoru tlaka u procesu tuneliranja štita kako bi se osigurala sigurnost i učinkovitost.

Što je histereza?

Histereza je fenomen u kojem izlaz sustava ne ovisi samo o njegovom trenutnom ulazu, već io njegovim prošlim ulazima. U kontekstu MEMS transmitera tlaka, histereza se odnosi na razliku u izlaznom signalu kada se primjenjuje isti tlak, ali pod različitim povijestima opterećenja - jedno kada tlak raste, a drugo kada se smanjuje.

Zamislite da imate MEMS transmiter tlaka koji koristite za mjerenje tlaka u zatvorenoj posudi. Pritisak počinjete postupno povećavati. Kako tlak raste, transmiter bilježi određeni izlazni signal koji odgovara svakoj razini tlaka. Sada, kada počnete smanjivati ​​tlak natrag na njegovu izvornu vrijednost, mogli biste otkriti da izlazni signal odašiljača ne odgovara točno vrijednostima koje je pokazao kada se tlak povećavao na istim točkama tlaka. Tu razliku nazivamo histerezom.

Uzroci histereze u MEMS transmiterima tlaka

Postoji nekoliko čimbenika koji mogu uzrokovati histerezu u MEMS transmiterima tlaka:

Svojstva materijala

Materijali korišteni u konstrukciji MEMS senzora tlaka imaju značajnu ulogu. Većina MEMS senzora tlaka izrađena je od silicija ili drugih poluvodičkih materijala. Ovi materijali mogu pokazivati ​​histerezu zbog svojih unutarnjih atomskih ili molekularnih struktura. Na primjer, kada se silicijska dijafragma (ključna komponenta u MEMS senzoru tlaka) primijeni naprezanjem tijekom promjena tlaka, atomske veze unutar silicija mogu se deformirati. Te se deformacije možda neće u potpunosti oporaviti kada se stres ukloni, što dovodi do razlike u odgovoru senzora između ciklusa povećanja i pada tlaka.

Mehanički dizajn

Mehanički dizajn MEMS transmitera tlaka također može pridonijeti histerezi. Ako dijafragma senzora nije pravilno dizajnirana ili ako postoje mehanička ograničenja ili nelinearnosti u strukturi, to može uzrokovati različitu reakciju dijafragme tijekom povećanja i smanjenja tlaka. Na primjer, ako postoji mala količina trenja između pokretnih dijelova unutar senzora, to može utjecati na kretanje dijafragme i time uzrokovati histerezu.

Čimbenici okoliša

Vanjski čimbenici okoline kao što su temperatura i vlaga mogu utjecati na histerezu. Promjene temperature mogu uzrokovati širenje ili skupljanje materijala u MEMS transmiteru tlaka, što može promijeniti mehanička svojstva senzora. Visoke razine vlažnosti također mogu unijeti vlagu u senzor, što može promijeniti električne i mehaničke karakteristike uređaja. Ovi učinci okoliša mogu dovesti do odstupanja u izlazu senzora između scenarija povećanja i pada tlaka.

Mjerenje histereze

Za mjerenje histereze MEMS transmitera tlaka obično se slijedi standardni postupak ispitivanja. Pritisak se na senzor primjenjuje postupno, prvo u smjeru povećanja, a zatim u smjeru smanjenja. Izlazni signal transmitera bilježi se pri svakom koraku tlaka.

Histereza se zatim izračunava kao najveća razlika između izlaznih vrijednosti dobivenih tijekom ciklusa povećanja i pada tlaka, obično izražena kao postotak izlaza pune skale. Na primjer, ako je izlaz pune skale MEMS transmitera tlaka 10 volti, a maksimalna razlika između rastućeg i opadajućeg izlaza tlaka je 0,1 volta, histereza je 1% izlaza pune skale.

Važnost razmatranja histereze u primjenama

Histereza je važan parametar koji treba uzeti u obzir pri odabiru MEMS transmitera tlaka za aplikaciju. Evo nekoliko razloga zašto:

Zahtjevi za točnost

U primjenama gdje je visoka točnost ključna, kao što su medicinski uređaji za mjerenje krvnog tlaka ili u zrakoplovnim aplikacijama za mjerenje visine, čak i mala količina histereze može dovesti do značajnih pogrešaka. Transmiter tlaka s visokom histerezom može dati nedosljedna očitanja, što može ugroziti rad i sigurnost cjelokupnog sustava.

Kontrolni sustavi

U industrijskim sustavima upravljanja, gdje se mjerenja tlaka koriste za regulaciju procesa, histereza može uzrokovati nestabilnost. Ako se upravljački sustav za donošenje odluka oslanja na točna očitanja tlaka, histereza u transmiteru tlaka može dovesti do netočnih upravljačkih radnji. Na primjer, u kemijskom procesu gdje se tlak treba održavati unutar određenog raspona, transmiter tlaka s visokom histerezom može uzrokovati pretjeranu ili premalu reakciju upravljačkog sustava, što dovodi do neučinkovitosti procesa ili čak sigurnosnih opasnosti.

Dugoročna pouzdanost

Tijekom vremena, histereza MEMS transmitera tlaka može se promijeniti zbog čimbenika kao što su zamor materijala i degradacija okoliša. Praćenje histereze odašiljača može dati naznaku njegove dugoročne pouzdanosti. Ako se histereza počne značajno povećavati tijekom vremena, to može biti znak da se senzor približava kraju svog vijeka trajanja i da ga treba zamijeniti.

Minimiziranje histereze u MEMS odašiljačima tlaka

Kao dobavljač, stalno radimo na smanjenju histereze naših MEMS transmitera tlaka. Evo nekih tehnika koje koristimo:

Izbor i obrada materijala

Pažljivo biramo visokokvalitetne materijale s niskim karakteristikama histereze. Osim toga, vršimo posebne tretmane na materijalima kako bismo poboljšali njihovu mehaničku i električnu stabilnost. Na primjer, mogli bismo žariti silikonsku dijafragmu kako bismo smanjili unutarnja naprezanja i poboljšali njezina svojstva oporavka nakon deformacije.

Napredni dizajn

Naš inženjerski tim koristi napredne tehnike dizajna za optimizaciju mehaničke strukture MEMS senzora tlaka. To uključuje minimaliziranje trenja između pokretnih dijelova i osiguravanje da dijafragma ima ujednačen odgovor na promjene tlaka. Također koristimo softver za analizu konačnih elemenata (FEA) kako bismo simulirali ponašanje senzora pod različitim tlakom i uvjetima okoline te u skladu s tim napravili poboljšanja dizajna.

Kalibriranje

Kalibracija je važan korak u smanjenju učinaka histereze. Provodimo sveobuhvatan postupak kalibracije na svakom MEMS transmiteru tlaka prije nego napusti našu tvornicu. Ova kalibracija uzima u obzir karakteristike histereze senzora i primjenjuje odgovarajuće faktore korekcije na izlazni signal kako bi se pogreške svele na minimum.

Zaključak

Histereza je složen, ali važan koncept kada se radi o MEMS transmiterima tlaka. Razumijevanje što je to, što ga uzrokuje i kako ga izmjeriti i minimizirati ključno je i za dobavljače poput nas i za kupce koji se oslanjaju na ove senzore za svoje primjene.

Ako ste na tržištu visokokvalitetnih MEMS transmitera tlaka s niskom histerezom, došli ste na pravo mjesto. Naš tim stručnjaka spreman je raditi s vama kako bi razumjeli vaše specifične zahtjeve i pružili vam najbolja rješenja. Bilo da se radi o stroju za probijanje štitnih tunela ili bilo kojoj drugoj primjeni, imamo proizvode i znanje koji će zadovoljiti vaše potrebe. Nemojte se ustručavati kontaktirati nas za više informacija i započeti raspravu o vašim potrebama nabave.

Reference

1. Kovacs, GTA (1998). Knjiga izvora o mikrostrojnim pretvornicima. McGraw - Hill.
2. Madou, MJ (2002). Osnove mikrofabrikacije: Znanost o minijaturizaciji. CRC Press.
3. Nahavandi, S. (Ur.). (2014). Priručnik za fuziju podataka s više senzora: teorija i praksa. CRC Press.