En el mesurament de la pressió, és possible que observeu que els resultats del mesurament no reflecteixen immediatament els canvis en la pressió d'entrada o es corresponen completament quan la pressió torna al seu estat inicial. Per exemple, quan utilitzeu una bàscula de bany per mesurar el pes, el sensor de la bàscula necessita temps per detectar i estabilitzar amb precisió la lectura del vostre pes. Eltemps de respostadel sensor provoca fluctuacions inicials de dades. Un cop el sensor s'ajusti a la càrrega i finalitzi el processament de dades, les lectures mostraran resultats més estables.No es tracta d'un defecte del sensor, sinó d'una característica normal de molts dispositius electrònics de mesura, especialment quan es tracta de processament de dades en temps real i d'assoliments en estat estacionari. Aquest fenomen es pot denominar histèresi del sensor.
Què és la histèresi en els sensors de pressió?
Sensorhistèresinormalment es manifesta quan hi ha un canvi en l'entrada (com ara la temperatura o la pressió) i el senyal de sortida no segueix immediatament el canvi d'entrada, o quan l'entrada torna al seu estat original, el senyal de sortida no torna completament al seu estat inicial. . Aquest fenomen es pot veure a la corba característica del sensor, on hi ha una corba en forma de bucle retardada entre l'entrada i la sortida, en lloc d'una línia recta. Concretament, si comenceu a augmentar l'entrada a partir d'un determinat valor específic, la sortida del sensor també augmentarà en conseqüència. Tanmateix, quan l'entrada comença a disminuir de nou al punt original, trobareu que els valors de sortida són més alts que els valors de sortida originals durant el procés de reducció, formant un bucle obucle d'histèresi. Això mostra que durant el procés creixent i decreixent, el mateix valor d'entrada correspon a dos valors de sortida diferents, que és la visualització intuïtiva de la histèresi.
El diagrama mostra la relació entre la sortida i la pressió aplicada en un sensor de pressió durant el procés d'aplicació de pressió, representada en forma de corba d'histèresi. L'eix horitzontal representa la sortida del sensor i l'eix vertical representa la pressió aplicada. La corba vermella representa el procés on la sortida del sensor augmenta amb l'augment gradual de la pressió, mostrant el camí de resposta de baixa a alta pressió. La corba blava indica que a mesura que la pressió aplicada comença a disminuir, la sortida del sensor també disminueix, d'alta pressió a baixa, representant la reacció del sensor durant la descàrrega de pressió. L'àrea entre les dues corbes, el bucle d'histèresi, mostra la diferència de sortida del sensor al mateix nivell de pressió durant la càrrega i la descàrrega, normalment causada per les propietats físiques i l'estructura interna del material del sensor.
Motius de la histèresi de pressió
El fenomen d'histèresi ensensors de pressióestà influenciat principalment per dos factors principals, que estan estretament relacionats amb les propietats físiques i el mecanisme de funcionament del sensor:
- Histèresi elàstica del material Qualsevol material experimentarà un cert grau de deformació elàstica quan està sotmès a forces externes, una resposta directa del material a les forces aplicades. Quan s'elimina la força externa, el material intenta tornar al seu estat original. No obstant això, aquesta recuperació no és completa a causa de la falta d'uniformitat de l'estructura interna del material i dels lleugers canvis irreversibles en la microestructura interna durant les càrregues i descàrregues repetides. Això provoca un retard en la sortida del comportament mecànic durant els processos de càrrega i descàrrega continus, coneguts comhistèresi elàstica. Aquest fenomen és especialment evident en l'aplicació desensors de pressió, ja que els sensors sovint necessiten mesurar i respondre als canvis de pressió amb precisió.
- Fricció En els components mecànics d'un sensor de pressió, especialment els que impliquen peces mòbils, la fricció és inevitable. Aquesta fricció pot provenir de contactes dins del sensor, com ara punts de contacte lliscants, coixinets, etc. Quan el sensor suporta pressió, aquests punts de fricció poden dificultar el lliure moviment de les estructures mecàniques internes del sensor, provocant un retard entre la resposta del sensor i la pressió real. Quan es descarrega la pressió, les mateixes forces de fricció també poden impedir que les estructures internes s'aturin immediatament, mostrant així també histèresi durant la fase de descàrrega.
Aquests dos factors conjuntament donen lloc al bucle d'histèresi observat als sensors durant les proves repetides de càrrega i descàrrega, una característica que sovint és especialment preocupant en aplicacions on la precisió i la repetibilitat són molt demandades. Per reduir l'impacte d'aquest fenomen d'histèresi, és crucial un disseny acurat i una selecció de material per al sensor, i també poden ser necessaris algorismes de programari per compensar aquesta histèresi a les aplicacions.
El fenomen d'histèresi ensensors de pressióestà influenciat per diversos factors directament relacionats amb les propietats físiques i químiques del sensor i el seu entorn operatiu.
Quins factors condueixen a la histèresi del sensor?
1. Propietats dels materials
- Mòdul elàstic: el mòdul elàstic del material determina el grau de deformació elàstica quan està sotmès a força. Els materials amb un mòdul elàstic més elevat es deformen menys, i els seushistèresi elàsticapot ser relativament inferior.
- Relació de Poisson: la relació de Poisson descriu la relació entre la contracció lateral i l'allargament longitudinal d'un material quan està sotmès a força, que també afecta el comportament del material durant la càrrega i la descàrrega.
- Estructura interna: la microestructura del material, inclosa l'estructura cristal·lina, els defectes i les inclusions, afecta el seu comportament mecànic i les característiques d'histèresi.
2. Procés de fabricació
- Precisió de mecanitzat: la precisió del mecanitzat dels components del sensor afecta directament el seu rendiment. Els components amb major precisió s'ajusten millor, reduint la fricció addicional i la concentració d'estrès causada per un mal ajust.
- Rugositat superficial: la qualitat del tractament de la superfície, com ara la rugositat de la superfície, afecta la magnitud de la fricció, afectant així la velocitat de resposta i la histèresi del sensor.
- Els canvis de temperatura afecten les propietats físiques dels materials, com ara el mòdul elàstic i el coeficient de fricció. Les altes temperatures generalment fan que els materials siguin més suaus, reduint el mòdul elàstic i augmentant la fricció, augmentant així la histèresi. Per contra, les baixes temperatures poden fer que els materials siguin més durs i més trencadissos, afectant la histèresi de diferents maneres.
3. Temperatura
- Els canvis de temperatura afecten les propietats físiques dels materials, com ara el mòdul elàstic i el coeficient de fricció. Les altes temperatures generalment fan que els materials siguin més suaus, reduint el mòdul elàstic i augmentant la fricció, augmentant així la histèresi. Per contra, les baixes temperatures poden fer que els materials siguin més durs i més trencadissos, afectant la histèresi de diferents maneres.
Riscos
La presència d'histèresi ensensors de pressiópot provocar errors de mesura, afectant la precisió i la fiabilitat del sensor. En aplicacions que requereixen mesures d'alta precisió, com ara el control de precisió de processos industrials i la supervisió d'equips mèdics crítics, la histèresi pot provocar errors de mesura importants i fins i tot provocar que el sistema de mesurament falli. Per tant, comprendre i minimitzar l'impacte de la histèresi és una part clau per garantir el funcionament eficient i precís desensors de pressió.
Solucions per a histèresi en sensors de pressió:
Per garantir els efectes d'histèresi més baixos possiblessensors de pressió, els fabricants han pres diverses mesures clau per optimitzar el rendiment del sensor:
- Selecció de materials: L'elecció dels materials té un paper decisiu en la histèresi. Per tant, els fabricants seleccionen acuradament els materials bàsics utilitzats en la construcció del sensor, com ara diafragmes, segells i fluids d'ompliment, per assegurar-se que presenten una histèresi mínima en diferents condicions de treball.
- Optimització del disseny: millorant el disseny estructural dels sensors, com ara la forma, la mida i el gruix dels diafragmes, i optimitzant els mètodes de segellat, els fabricants poden reduir eficaçment la histèresi causada per la fricció, la fricció estàtica i la deformació del material.
- Tractament d'envelliment: els sensors de nova fabricació poden presentar una histèresi inicial significativa. A través detractament de l'envellimenti programes d'assaig específics, els materials es poden accelerar per estabilitzar-se i adaptar-se, reduint així aquesta histèresi inicial. La imatge següent mostra elXDB305patinttractament de l'envelliment.
- Control estricte de producció: controlant estrictament les toleràncies i la qualitat durant el procés de producció, els fabricants asseguren la consistència de cada sensor i minimitzen l'impacte de les variacions de producció sobre la histèresi.
- Calibració i compensació avançades: alguns fabricants utilitzen tecnologia de compensació digital avançada i mètodes de calibratge multipunt per modelar i corregir amb precisió la histèresi a les sortides del sensor.
- Proves de rendiment i classificació: tots els sensors se sotmeten a proves detallades per avaluar les seves característiques d'histèresi. D'acord amb els resultats de les proves, els sensors es classifiquen per garantir que només es llancin al mercat productes que compleixen estàndards específics d'histèresi.
- Proves de vida accelerades: per verificar l'estabilitat del rendiment dels sensors al llarg de la seva vida útil prevista, els fabricants realitzen proves d'envelliment accelerat i de vida útil de les mostres per assegurar-se que la histèresi es manté dins dels límits acceptables.
Aquestes mesures integrals ajuden els fabricants a controlar i reduir eficaçment el fenomen d'histèresisensors de pressió, assegurant que els sensors compleixen els requisits d'alta precisió i fiabilitat en aplicacions reals.
Hora de publicació: maig-09-2024