U mjerenju tlaka možete primijetiti da rezultati mjerenja ne odražavaju odmah promjene ulaznog tlaka ili u potpunosti odgovaraju kada se tlak vrati u svoje početno stanje. Na primjer, kada koristite kupaonsku vagu za mjerenje težine, senzor vage zahtijeva vrijeme da precizno osjeti i stabilizira očitavanje vaše težine. Thevrijeme odgovorasenzora dovodi do početnih fluktuacija podataka. Kada se senzor prilagodi opterećenju i završi obradu podataka, očitanja će prikazati stabilnije rezultate.Ovo nije kvar senzora već normalna karakteristika mnogih elektronskih mjernih uređaja, posebno kada uključuje obradu podataka u realnom vremenu i postizanje stabilnog stanja. Ovaj fenomen se može nazvati histerezom senzora.
Šta je histereza u senzorima pritiska?
Senzorhisterezaobično se manifestira kada postoji promjena u ulazu (kao što je temperatura ili tlak), a izlazni signal ne slijedi odmah nakon promjene ulaza, ili kada se ulaz vrati u prvobitno stanje, izlazni signal se ne vraća u potpunosti u svoje početno stanje . Ovaj fenomen se može vidjeti na karakterističnoj krivulji senzora, gdje postoji zaostala kriva u obliku petlje između ulaza i izlaza, a ne ravna linija. Konkretno, ako počnete povećavati ulaz od određene određene vrijednosti, izlaz senzora će se također povećati u skladu s tim. Međutim, kada ulaz počne da se smanjuje nazad do prvobitne tačke, otkrićete da su izlazne vrednosti veće od originalnih izlaznih vrednosti tokom procesa redukcije, formirajući petlju ilihisterezna petlja. Ovo pokazuje da tokom procesa povećanja i smanjenja, ista ulazna vrijednost odgovara dvije različite izlazne vrijednosti, što je intuitivni prikaz histereze.
Dijagram prikazuje odnos između izlaznog i primijenjenog pritiska u senzoru pritiska tokom procesa primjene pritiska, predstavljen u obliku krivulje histereze. Horizontalna os predstavlja izlaz senzora, a vertikalna os primijenjeni pritisak. Crvena kriva predstavlja proces u kojem izlaz senzora raste sa postupnim povećanjem pritiska, pokazujući put odgovora od niskog do visokog pritiska. Plava kriva pokazuje da kako primijenjeni pritisak počinje da se smanjuje, izlaz senzora se također smanjuje, sa visokog tlaka natrag na niski, oslikavajući reakciju senzora tokom rasterećenja pritiska. Područje između dvije krive, petlja histereze, prikazuje razliku u izlazu senzora na istom nivou pritiska tokom utovara i istovara, obično uzrokovanu fizičkim svojstvima i unutrašnjom strukturom materijala senzora.
Razlozi za histerezu pritiska
Fenomen histereze usenzori pritiskana njega uglavnom utiču dva glavna faktora, koji su usko povezani sa fizičkim svojstvima i mehanizmom rada senzora:
- Elastična histereza materijala Svaki materijal će biti podvrgnut određenom stepenu elastične deformacije kada je izložen vanjskim silama, što je direktan odgovor materijala na primijenjene sile. Kada se vanjska sila ukloni, materijal pokušava da se vrati u prvobitno stanje. Međutim, ovaj oporavak nije potpun zbog neujednačenosti unutarnje strukture materijala i blagih nepovratnih promjena unutarnje mikrostrukture tijekom ponovnog utovara i istovara. Ovo rezultira kašnjenjem u mehaničkom ponašanju tokom kontinuiranih procesa utovara i istovara, poznatih kaoelastična histereza. Ovaj fenomen je posebno izražen u primjenisenzori pritiska, jer senzori često moraju precizno da mere i reaguju na promene pritiska.
- Trenje U mehaničkim komponentama senzora pritiska, posebno onima koje uključuju pokretne dijelove, trenje je neizbježno. Ovo trenje može doći od kontakata unutar senzora, kao što su klizne kontaktne tačke, ležajevi, itd. Kada senzor podnosi pritisak, ove tačke trenja mogu ometati slobodno kretanje unutrašnjih mehaničkih struktura senzora, uzrokujući kašnjenje između odziva senzora i stvarni pritisak. Kada je pritisak rasterećen, iste sile trenja takođe mogu sprečiti da se unutrašnje strukture odmah zaustave, čime se takođe prikazuje histereza tokom faze rasterećenja.
Ova dva faktora zajedno dovode do histerezne petlje uočene u senzorima tokom ponovljenih testova opterećenja i rasterećenja, što je karakteristika koja je često od posebnog značaja u aplikacijama gde su preciznost i ponovljivost visoko traženi. Da bi se smanjio uticaj ovog fenomena histereze, pažljiv dizajn i odabir materijala za senzor je od ključnog značaja, a softverski algoritmi mogu takođe biti potrebni za kompenzaciju ove histereze u aplikacijama.
Fenomen histereze usenzori pritiskana njega utiču različiti faktori koji su direktno povezani sa fizičkim i hemijskim svojstvima senzora i njegovom radnom okolinom.
Koji faktori dovode do histereze senzora?
1. Svojstva materijala
- Modul elastičnosti: Modul elastičnosti materijala određuje stepen elastične deformacije kada je izložen sili. Materijali s većim modulom elastičnosti se manje deformiraju i njihovaelastična histerezamože biti relativno niža.
- Poissonov omjer: Poissonov omjer opisuje omjer bočne kontrakcije i uzdužnog izduženja u materijalu kada je podvrgnut sili, što također utiče na ponašanje materijala tokom utovara i istovara.
- Unutrašnja struktura: Mikrostruktura materijala, uključujući kristalnu strukturu, defekte i inkluzije, utiče na njegovo mehaničko ponašanje i karakteristike histereze.
2. Proces proizvodnje
- Preciznost obrade: Preciznost obrade senzorskih komponenti direktno utiče na njene performanse. Komponente veće preciznosti bolje pristaju, smanjujući dodatno trenje i koncentraciju naprezanja uzrokovane lošim prianjanjem.
- Hrapavost površine: Kvalitet površinske obrade, kao što je hrapavost površine, utiče na veličinu trenja, čime utiče na brzinu odziva senzora i histerezu.
- Promjene temperature utiču na fizička svojstva materijala, kao što su modul elastičnosti i koeficijent trenja. Visoke temperature općenito čine materijale mekšim, smanjujući modul elastičnosti i povećavajući trenje, čime se povećava histereza. Suprotno tome, niske temperature mogu učiniti materijale tvrđim i krhkim, utičući na histerezu na različite načine.
3. Temperatura
- Promjene temperature utiču na fizička svojstva materijala, kao što su modul elastičnosti i koeficijent trenja. Visoke temperature općenito čine materijale mekšim, smanjujući modul elastičnosti i povećavajući trenje, čime se povećava histereza. Suprotno tome, niske temperature mogu učiniti materijale tvrđim i krhkim, utičući na histerezu na različite načine.
Rizici
Prisustvo histereze usenzori pritiskamože uzrokovati greške u mjerenju, što utiče na tačnost i pouzdanost senzora. U aplikacijama koje zahtijevaju visoko precizna mjerenja, kao što je precizna kontrola industrijskih procesa i nadzor kritične medicinske opreme, histereza može dovesti do značajnih grešaka u mjerenju, pa čak i uzrokovati otkaz cijelog mjernog sistema. Stoga je razumijevanje i minimiziranje utjecaja histereze ključni dio osiguravanja efikasnog i preciznog radasenzori pritiska.
Rješenja za histerezu u senzorima pritiska:
Kako bi se osigurali najniži mogući efekti histereze usenzori pritiska, proizvođači su poduzeli nekoliko ključnih mjera za optimizaciju performansi senzora:
- Izbor materijala: Izbor materijala igra odlučujuću ulogu u histerezi. Stoga proizvođači pažljivo biraju materijale jezgra koji se koriste u konstrukciji senzora, kao što su dijafragme, zaptivke i tekućine za punjenje, kako bi osigurali da pokazuju minimalnu histerezu u različitim radnim uvjetima.
- Optimizacija dizajna: Poboljšanjem strukturnog dizajna senzora, kao što su oblik, veličina i debljina dijafragme, i optimizacijom metoda zaptivanja, proizvođači mogu efikasno smanjiti histerezu uzrokovanu trenjem, statičkim trenjem i deformacijom materijala.
- Tretman starenjem: Novoproizvedeni senzori mogu pokazati značajnu početnu histerezu. Kroztretman starenjai specifičnim programima testiranja, materijali se mogu ubrzati kako bi se stabilizirali i prilagodili, smanjujući tako ovu početnu histerezu. Slika ispod prikazujeXDB305podvrgavanjetretman starenja.
- Stroga kontrola proizvodnje: Strogom kontrolom tolerancija i kvaliteta tokom proizvodnog procesa, proizvođači osiguravaju konzistentnost svakog senzora i minimiziraju utjecaj varijacija proizvodnje na histerezu.
- Napredna kalibracija i kompenzacija: Neki proizvođači koriste naprednu tehnologiju digitalne kompenzacije i metode kalibracije u više tačaka za precizno modeliranje i korekciju histereze u izlazima senzora.
- Testiranje i ocenjivanje performansi: Svi senzori prolaze kroz detaljno testiranje kako bi se procenile njihove karakteristike histereze. Na osnovu rezultata testiranja, senzori se ocjenjuju kako bi se osiguralo da se na tržište puštaju samo proizvodi koji zadovoljavaju specifične standarde histereze.
- Ubrzano testiranje životnog vijeka: Da bi provjerili stabilnost performansi senzora tokom njihovog očekivanog životnog vijeka, proizvođači sprovode ubrzano starenje i testove vijeka trajanja na uzorcima kako bi osigurali da histereza ostaje unutar prihvatljivih granica.
Ove sveobuhvatne mjere pomažu proizvođačima da efikasno kontrolišu i smanje fenomen histerezesenzori pritiska, osiguravajući da senzori ispunjavaju zahtjeve visoke preciznosti i pouzdanosti u stvarnim primjenama.
Vrijeme objave: 09.05.2024