Kod mjerenja tlaka možete primijetiti da rezultati mjerenja ne odražavaju odmah promjene ulaznog tlaka niti u potpunosti odgovaraju kada se tlak vrati u početno stanje. Na primjer, kada koristite kupaonsku vagu za mjerenje težine, senzoru vage treba vremena da točno osjeti i stabilizira očitanje vaše težine. Thevrijeme odzivasenzora dovodi do početnih fluktuacija podataka. Nakon što se senzor prilagodi opterećenju i dovrši obradu podataka, očitanja će prikazivati stabilnije rezultate.Ovo nije kvar senzora, već normalna karakteristika mnogih elektroničkih mjernih uređaja, posebno kada se radi o obradi podataka u stvarnom vremenu i postizanju stabilnog stanja. Ovaj fenomen se može nazvati histerezom senzora.
Što je histereza u senzorima tlaka?
Senzorhisterezaobično se manifestira kada postoji promjena u ulazu (kao što je temperatura ili tlak), a izlazni signal ne slijedi odmah ulaznu promjenu, ili kada se ulaz vrati u svoje izvorno stanje, izlazni signal se ne vrati u potpunosti u svoje početno stanje . Ovaj fenomen se može vidjeti na karakterističnoj krivulji senzora, gdje između ulaza i izlaza postoji zaostala krivulja u obliku petlje, a ne ravna linija. Točnije, ako počnete povećavati ulaz od određene specifične vrijednosti, izlaz senzora će se također povećati u skladu s tim. Međutim, kada se ulaz počne smanjivati natrag na izvornu točku, otkrit ćete da su izlazne vrijednosti veće od izvornih izlaznih vrijednosti tijekom procesa redukcije, tvoreći petlju ilihisterezna petlja. Ovo pokazuje da tijekom procesa povećanja i opadanja ista ulazna vrijednost odgovara dvjema različitim izlaznim vrijednostima, što je intuitivni prikaz histereze.
Dijagram prikazuje odnos između izlaza i primijenjenog tlaka u senzoru tlaka tijekom procesa primjene tlaka, predstavljen u obliku krivulje histereze. Vodoravna os predstavlja izlaz senzora, a okomita os predstavlja primijenjeni tlak. Crvena krivulja predstavlja proces u kojem izlaz senzora raste s postupnim povećanjem tlaka, pokazujući putanju odgovora od niskog do visokog tlaka. Plava krivulja pokazuje da kako se primijenjeni tlak počinje smanjivati, izlaz senzora se također smanjuje, od visokog tlaka natrag do niskog, prikazujući reakciju senzora tijekom rasterećenja tlaka. Područje između dvije krivulje, petlja histereze, prikazuje razliku u izlazu senzora pri istoj razini tlaka tijekom utovara i istovara, obično uzrokovanu fizičkim svojstvima i unutarnjom strukturom materijala senzora.
Razlozi za histerezu tlaka
Fenomen histereze usenzori pritiskauglavnom pod utjecajem dva glavna čimbenika, koji su usko povezani s fizičkim svojstvima i mehanizmom rada senzora:
- Elastična histereza materijala Svaki će materijal podvrgnuti određenom stupnju elastične deformacije kada je izložen vanjskim silama, što je izravni odgovor materijala na primijenjene sile. Kada se vanjska sila ukloni, materijal se pokušava vratiti u prvobitno stanje. Međutim, ovo obnavljanje nije potpuno zbog neujednačenosti unutarnje strukture materijala i blagih ireverzibilnih promjena u unutarnjoj mikrostrukturi tijekom opetovanog punjenja i istovara. To rezultira kašnjenjem u izlazu mehaničkog ponašanja tijekom kontinuiranih procesa utovara i istovara, poznatih kaoelastična histereza. Ova pojava posebno dolazi do izražaja u primjenisenzori pritiska, budući da senzori često moraju točno mjeriti i reagirati na promjene tlaka.
- Trenje U mehaničkim komponentama senzora tlaka, posebno onima koje uključuju pokretne dijelove, trenje je neizbježno. Ovo trenje može potjecati od kontakata unutar senzora, kao što su klizne kontaktne točke, ležajevi itd. Kada senzor trpi pritisak, te točke trenja mogu ometati slobodno kretanje unutarnjih mehaničkih struktura senzora, uzrokujući kašnjenje između odziva senzora i stvarni pritisak. Kada se tlak rastereti, iste sile trenja također mogu spriječiti unutarnje strukture da se odmah zaustave, čime se također prikazuje histereza tijekom faze rasterećenja.
Ova dva čimbenika zajedno dovode do petlje histereze opažene u senzorima tijekom ponovljenih testova opterećenja i rasterećenja, karakteristike koja je često od posebnog značaja u primjenama gdje se visoko zahtijevaju preciznost i ponovljivost. Kako bi se smanjio utjecaj ovog fenomena histereze, pažljiv dizajn i odabir materijala za senzor su ključni, a softverski algoritmi također mogu biti potrebni za kompenzaciju ove histereze u aplikacijama.
Fenomen histereze usenzori pritiskaje pod utjecajem različitih čimbenika koji su izravno povezani s fizičkim i kemijskim svojstvima senzora i njegovim radnim okruženjem.
Koji čimbenici dovode do histereze senzora?
1. Svojstva materijala
- Modul elastičnosti: Modul elastičnosti materijala određuje stupanj elastične deformacije kada je izložen sili. Materijali s većim modulom elastičnosti manje se deformiraju, a njihovelastična histerezamože biti relativno niža.
- Poissonov omjer: Poissonov omjer opisuje omjer bočne kontrakcije i uzdužnog istezanja u materijalu kada je izložen sili, što također utječe na ponašanje materijala tijekom utovara i istovara.
- Unutarnja struktura: mikrostruktura materijala, uključujući kristalnu strukturu, defekte i inkluzije, utječe na njegovo mehaničko ponašanje i karakteristike histereze.
2. Proces proizvodnje
- Preciznost obrade: Preciznost strojne obrade komponenti senzora izravno utječe na njihovu izvedbu. Komponente s većom preciznošću bolje pristaju, smanjujući dodatno trenje i koncentraciju naprezanja uzrokovanu lošim pristajanjem.
- Hrapavost površine: kvaliteta obrade površine, kao što je hrapavost površine, utječe na veličinu trenja, čime utječe na brzinu odziva senzora i histerezu.
- Promjene temperature utječu na fizikalna svojstva materijala, kao što su modul elastičnosti i koeficijent trenja. Visoke temperature općenito čine materijale mekšima, smanjujući modul elastičnosti i povećavajući trenje, čime se povećava histereza. Suprotno tome, niske temperature mogu materijale učiniti tvrđim i lomljivijim, što utječe na histerezu na različite načine.
3. Temperatura
- Promjene temperature utječu na fizikalna svojstva materijala, kao što su modul elastičnosti i koeficijent trenja. Visoke temperature općenito čine materijale mekšima, smanjujući modul elastičnosti i povećavajući trenje, čime se povećava histereza. Suprotno tome, niske temperature mogu materijale učiniti tvrđim i lomljivijim, što utječe na histerezu na različite načine.
rizici
Prisutnost histereze usenzori pritiskamože uzrokovati pogreške u mjerenju, utječući na točnost i pouzdanost senzora. U aplikacijama koje zahtijevaju visoko precizna mjerenja, kao što je precizna kontrola industrijskih procesa i kritično praćenje medicinske opreme, histereza može dovesti do značajnih pogrešaka u mjerenju, pa čak i uzrokovati kvar cijelog mjernog sustava. Stoga je razumijevanje i minimiziranje utjecaja histereze ključni dio osiguravanja učinkovitog i točnog radasenzori pritiska.
Rješenja za histerezu u senzorima tlaka:
Kako bi se osigurali najniži mogući učinci histereze usenzori pritiska, proizvođači su poduzeli nekoliko ključnih mjera za optimizaciju rada senzora:
- Izbor materijala: Izbor materijala igra odlučujuću ulogu u histerezi. Stoga proizvođači pažljivo odabiru materijale jezgre koji se koriste u konstrukciji senzora, kao što su dijafragme, brtve i tekućine za punjenje, kako bi osigurali da pokazuju minimalnu histerezu u različitim radnim uvjetima.
- Optimizacija dizajna: Poboljšanjem strukturnog dizajna senzora, poput oblika, veličine i debljine dijafragmi, i optimiziranjem metoda brtvljenja, proizvođači mogu učinkovito smanjiti histerezu uzrokovanu trenjem, statičkim trenjem i deformacijom materijala.
- Tretman starenja: novoproizvedeni senzori mogu pokazivati značajnu početnu histerezu. Kroztretman starenjai specifičnim programima ispitivanja, materijali se mogu ubrzati kako bi se stabilizirali i prilagodili, čime se smanjuje ova početna histereza. Slika u nastavku prikazujeXDB305prolazećitretman starenja.
- Stroga kontrola proizvodnje: Strogom kontrolom tolerancija i kvalitete tijekom proizvodnog procesa, proizvođači osiguravaju dosljednost svakog senzora i minimiziraju utjecaj proizvodnih varijacija na histerezu.
- Napredna kalibracija i kompenzacija: Neki proizvođači koriste naprednu tehnologiju digitalne kompenzacije i metode kalibracije u više točaka za precizno modeliranje i ispravljanje histereze u izlazima senzora.
- Ispitivanje performansi i ocjenjivanje: Svi senzori podvrgavaju se detaljnom testiranju kako bi se procijenile njihove karakteristike histereze. Na temelju rezultata ispitivanja, senzori se ocjenjuju kako bi se osiguralo da se na tržište puštaju samo proizvodi koji zadovoljavaju specifične standarde histereze.
- Ubrzano ispitivanje životnog vijeka: Kako bi potvrdili stabilnost performansi senzora tijekom njihovog očekivanog životnog vijeka, proizvođači provode ubrzana ispitivanja starenja i životnog vijeka na uzorcima kako bi osigurali da histereza ostaje unutar prihvatljivih granica.
Ove opsežne mjere pomažu proizvođačima da učinkovito kontroliraju i smanje pojavu histereze usenzori pritiska, osiguravajući da senzori ispunjavaju zahtjeve visoke točnosti i pouzdanosti u stvarnim primjenama.
Vrijeme objave: 9. svibnja 2024