Druksensoren zijn belangrijke apparaten in verschillende industriële toepassingen, en hun prestaties zijn sterk afhankelijk van de gebruikte kerntechnologie. Het drukgevoelige element, of de kern, is het hart van deze apparaten en bepaalt hun nauwkeurigheid, stabiliteit en geschiktheid voor specifieke gebruikssituaties.
In dit artikel zullen we de meest gebruikte soorten druksensoren verkennen, waaronder sputterdunnefilm druksensoren, piëzoresistieve silicium druksensoren, rekstrook druksensoren, keramische dikke film druksensoren en keramische capacitieve druksensoren. We zullen hun werkingsprincipes, voordelen, beperkingen en ideale toepassingen vergelijken.
1. Sputterdunnefilm Druksensor
Werkingsprincipe
Sputterdunnefilmtechnologie omvat het aanbrengen van een dunne laag metaal of metaallegering op een substraat, meestal een keramische of siliciumbasis. De dunne film wordt gepatroneerd in weerstandscomponenten, die van weerstand veranderen wanneer ze aan druk worden onderworpen. Deze sensoren worden meestal gebruikt in toepassingen met hoge prestaties vanwege hun hoge stabiliteit en nauwkeurigheid.
Voordelen
Hoge Langetermijnstabiliteit en Nauwkeurigheid: Sputterdunnefilmsensoren bieden uitzonderlijke langetermijnstabiliteit en hoge precisie.
Breed Drukbereik: Ze kunnen een breed scala aan drukken aan, van laag tot zeer hoog.
Temperatuurcompensatie: Ze worden minder beïnvloed door temperatuursveranderingen in vergelijking met piëzoresistieve sensoren.
Sterke Overbelastingscapaciteit: ze kunnen omstandigheden weerstaan die de gespecificeerde limieten overschrijden zonder schade of significante prestatievermindering, geschikt voor toepassingen waar schommelingen in druk, temperatuur of andere bedrijfsomstandigheden onverwacht kunnen optreden.
Beperkingen
Hogere Kosten: Vanwege het complexe productieproces zijn deze sensoren meestal duurder.
Toepassingen
Sputterdunnefilmsensoren worden veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, industriële automatisering, hogedruksystemen, hydraulische systemen en zware apparatuur.
2.Piëzoresistieve Silicium Druksensor
Werkingsprincipe
Piëzoresistieve druksensoren werken op basis van het principe dat de weerstand van bepaalde halfgeleidermaterialen (meestal silicium) verandert wanneer ze aan mechanische spanning worden onderworpen. Een silicium membraan wordt meestal gebruikt, en wanneer druk wordt uitgeoefend, vervormt het membraan. Deze vervorming veroorzaakt een verandering in de weerstand van het materiaal, die vervolgens wordt gemeten en omgezet in een drukmeting.
Voordelen
Hoge Gevoeligheid en Nauwkeurigheid: Op silicium gebaseerde druksensoren staan bekend om hun uitstekende gevoeligheid en nauwkeurige metingen. En de stabiliteit is ook goed.
Kleine Omvang: De technologie maakt compacte ontwerpen mogelijk, ideaal voor toepassingen waar ruimte beperkt is.
Kosteneffectief: Piëzoresistieve sensoren zijn relatief goedkoop te produceren.
Beperkingen
Temperatuurgevoeligheid: Deze sensoren kunnen gevoelig zijn voor temperatuurschommelingen, wat extra compensatie kan vereisen.
Beperkt Drukbereik: Ze worden meestal gebruikt voor middelhoge druktoepassingen en presteren mogelijk niet goed onder extreme omstandigheden.
Toepassingen
Piëzoresistieve siliciumsensoren worden veel gebruikt in de auto-industrie, medische apparaten en HVAC-systemen, waar hoge nauwkeurigheid en compactheid cruciaal zijn.
3. Rekstrook Druksensor
Werkingsprincipe
Rekstrook druksensoren werken door gebruik te maken van een rekstrook, die een weerstand is die van weerstand verandert wanneer deze wordt uitgerekt of samengedrukt. De rekstrook is meestal bevestigd aan een membraan, dat vervormt onder druk. De verandering in weerstand van de rekstrook wordt vervolgens gemeten om de uitgeoefende druk te bepalen.
Voordelen
Hoge Nauwkeurigheid: Rekstrookjes staan bekend om hun hoge nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.
Breed Toepassingsbereik: Ze zijn veelzijdig en kunnen worden gebruikt voor verschillende drukbereiken, van lage tot zeer hoge drukken.
Lage kosten: deze technologie is vrij volwassen en biedt een economische zin.
Beperkingen
Temperatuureffecten: Rekstrookjes kunnen worden beïnvloed door temperatuursveranderingen, wat compensatie kan vereisen.
Complexe Kalibratie: Systemen op basis van rekstrookjes vereisen nauwkeurige kalibratie om nauwkeurigheid te garanderen.
Toepassingen
Rekstrooksensoren worden gebruikt in toepassingen die hoge nauwkeurigheid vereisen, zoals in vliegtuigen, medische instrumenten en industriële machines.
4. Ceramische Dikfilm Druksensoren
Werkingsprincipe
Ceramische dikfilmsensoren zijn gebaseerd op een keramisch substraat dat is bedekt met een resistieve film. Deze film wordt aangebracht met behulp van een dikfilmproces, waarbij een geleidend materiaal op het keramiek wordt afgezet. De weerstand van de sensor verandert wanneer er druk wordt uitgeoefend, wat vervolgens wordt omgezet in een leesbaar elektrisch signaal.
Voordelen
Hoge Duurzaamheid: Ceramische druksensoren zijn bestand tegen zware omgevingen, hoge temperaturen en agressieve chemicaliën. Ze zijn sterk corrosiebestendig.
Breed Drukbereik: Ze zijn geschikt voor zowel lage als hoge druk- en temperatuurtoepassingen.
Kosteneffectief: Ze zijn goedkoper te produceren dan dunfilmsensoren.
Beperkingen
Lagere Nauwkeurigheid: In vergelijking met dunfilm- en piëzoresistieve sensoren hebben ceramische dikfilmsensoren doorgaans een lagere nauwkeurigheid.
Toepassingen
Ceramische dikfilmsensoren worden vaak gebruikt in autosystemen, medische apparatuur, hydraulische systemen en koelsystemen.
5. Ceramische Capacitieve Druksensoren
Werkingsprincipe
Ceramische capacitieve druksensoren maken gebruik van een membraan dat deel uitmaakt van een condensator. Wanneer er druk wordt uitgeoefend, beweegt het membraan, waardoor de afstand tussen de condensatorplaten verandert en daarmee de capaciteit verandert. Deze verandering in capaciteit wordt gemeten en omgezet in drukgegevens.
Voordelen
Hoge Nauwkeurigheid en Stabiliteit: Deze sensoren zijn zeer nauwkeurig en stabiel in de tijd, zelfs in fluctuerende omgevingsomstandigheden.
Hoge Gevoeligheid: Ceramische capacitieve sensoren bieden uitstekende gevoeligheid, vooral bij lage drukbereiken.
Lage Stroomverbruik: Deze sensoren verbruiken minder stroom dan andere typen.
Beperkingen
Gevoeligheid voor Mechanische Schokken: Ze kunnen gevoelig zijn voor mechanische schokken en trillingen, wat hun prestaties kan beïnvloeden.
Toepassingen
Ceramische capacitieve druksensoren worden gebruikt in toepassingen met hoge precisie, waaronder medische apparaten, autosensoren en industriële drukbewakingssystemen.
6. Hoe kies je de juiste druksensoren?
Aangezien er zoveel soorten druktransmitters op de markt zijn, hoe kiezen we dan de juiste? Over het algemeen hangt het af van de volgende factoren.
Drukbereik
Selecteer een sensor die overeenkomt met het drukbereik van uw toepassing. Zorg ervoor dat de sensor de maximale en minimale drukken die u verwacht te meten, aankan.
Type Druk
De druk is verdeeld in manometerdruk, absolute druk en differentiële druk. Manometerdruksensoren meten relatieve druk ten opzichte van de atmosferische druk. Absolutedruksensoren meten druk ten opzichte van een perfect vacuüm. Differentieeldruksensoren meten het verschil tussen twee drukken. Kies op basis van uw toepassingsbehoeften.
Omgevingsomstandigheden
Zorg ervoor dat de sensoren binnen de vereiste temperatuurlimieten en omgevingen kunnen werken. Kies de juiste materialen voor verschillende omgevingen.
Nauwkeurigheid
Zorg ervoor dat de sensor de benodigde nauwkeurigheid biedt. Hogere nauwkeurigheid is essentieel voor kritieke toepassingen.
Uitgangssignaal
Verschillende sensoren bieden verschillende signalen, bijvoorbeeld analoge uitgang (bijv. 4-20mA, 0-10V, 0,5-4,5V), en digitale uitgang (bijv. RS485, Modbus).
Stroomvoorziening
Kies een sensor met een stroomvoorziening die overeenkomt met de vereisten van uw systeem. Bijvoorbeeld, DC-voeding, batterijvoeding of sonarvoeding.
Duurzaamheid en Levensduur
Overweeg de IP-classificatie van de sensor, explosieveilige prestaties. Sensoren die zijn ontworpen voor zware omgevingen gaan doorgaans langer mee en vereisen minder onderhoud.
Kosten
Behalve de productkosten, overweeg ook de onderhouds- en kalibratiekosten in de loop van de tijd.
7. Conclusie
Het kiezen van de juiste druksensor omvat het beoordelen van verschillende belangrijke factoren en de sensortechnologie. Of het nu piëzoresistief, capacitief, sputterfilm of keramisch is, het moet passen bij uw specifieke toepassingsvereiste.
