Этапы развития: от чувствительного элемента до готового датчика давления

Датчик давления – это устройство, предназначенное для преобразования физического давления в электрический сигнал, который можно измерить и проанализировать. В зависимости от производителя или региона такие устройства могут называться сенсорами давления, преобразователями, передатчиками или измерительными модулями.

Чувствительный элемент — основа датчика давления

Чувствительный элемент (кремниевый чип) – это высококачественная, но «необработанная» основа для датчика. Его ключевая особенность – «сырой», некомпенсированный и нестандартизированный сигнал, требующий обязательной индивидуальной калибровки и сложной электронной обработки для превращения в точный и надежный измерительный прибор. Такой элемент нельзя просто подключить к системе и получать точные измерения. Он требует обязательной последующей обработки сигнала.

Кремниевый чип содержит сам чувствительный элемент – кремний и пьезорезисторы, сформированные в мостовую схему Уитстона. Деформация чипа под действием измеряемого физического давления приводит к изменению сопротивления резисторов благодаря пьезорезистивному эффекту кремния, что регистрируется как разбаланс моста. Кремний обладает хорошими пьезорезистивными свойствами.

Пьезорезистивность – изменение сопротивления при деформации

Особенно важно подчеркнуть, что пьезорезистивность – это ключевое отличие кремниевых сенсоров от металлических тензодатчиков, где работает чисто геометрический эффект. Кремний даёт в разы большую чувствительность благодаря изменению подвижности носителей заряда при деформации кристаллической решётки.

Сенсорный модуль – представляет собой герметичный металлический корпус, внутри которого находится кремниевый чип, окруженный масляной средой для передачи давления на кремниевый пьезорезистивный чувствительный элемент (мост Уитстона). В отличие от готового датчика, выходной сигнал элемента не проходит компенсацию или стандартизацию. Он отражает исходные характеристики измерительного моста Уитстона, которые могут незначительно варьироваться даже в пределах одной производственной партии.

Готовый датчик — точность и надежность

Ключевой особенностью производства высококачественных преобразователей давления является точная калибровка каждого устройства в широком диапазоне давлений и температур. Полученные данные позволяют скорректировать выходной сигнал с помощью встроенной электроники и адаптировать его под конкретные требования заказчика.

Например, аналоговый сигнал 4–20 мА, который широко используется, раньше настраивался вручную с помощью потенциометров (резисторов). Сегодня этот процесс автоматизирован и выполняется при помощи ПО, что гарантирует высокую точность и повторяемость результатов.

Сенсорный модуль и монтажный узел сенсора: в чем разница?

В технической документации используется термин «пьезорезистивный изолированный сенсор давления». Это означает, что чувствительный чип герметично защищен диафрагмой и металлическим корпусом, что изолирует его от измеряемой среды.

Монтажный узел сенсора (сенсорная сборка) — это комбинация сенсора и присоединительного узла, обычно соединенных сваркой. Благодаря резьбе, шестиграннику и уплотнительным поверхностям монтажный узел сенсора проще в установке. Чувствительный элемент же требует более тщательного подхода к монтажу, но предоставляет больше гибкости в проектировании.

Оба варианта являются пассивными элементами, так как не содержат электроники для обработки сигнала.

Технология Chip-in-Oil (CiO) — инновационный подход

В серии C и серии D применяется технология «чип в масле», где вся электроника размещена непосредственно рядом с чипом внутри маслозаполненного корпуса. Это исключает необходимость во внешних компонентах, делая конструкцию компактной и устойчивой к влаге, вибрациям и ударам.

Серию C легко отличить по трехконтактному стеклянному переходу, а серия D оснащена цифровым интерфейсом I2C, что делает ее идеальной для интеграции в микроконтроллерные системы. Несмотря на внешнее сходство с пассивными элементами, эти датчики обладают полной функциональностью.

Индивидуальные решения под любые задачи

Измеркон предлагает не только стандартные продукты, но и решения, адаптированные под конкретные требования. Например, если клиенту нужна производительность датчика давления серии 33X, но пространство для установки ограничено, мы можем предложить монтажный узел сенсора с открытой электроникой. Это требует дополнительных усилий по монтажу, но обеспечивает определенную компактность и индивидуальность решения.

Ключевые особенности датчиков давления

• Чувствительный элемент датчика давления выдает исходный, необработанный сигнал без усиления и стандартизации. В отличие от него, преобразователь давления включает в себя дополнительную электронику, которая корректирует характеристики сигнала и преобразует его в стандартизированный выходной формат.
• Линейки серии C и D — самые компактные решения, где электроника интегрирована непосредственно в чувствительный элемент.
• Помимо стандартных моделей, доступны и специализированные решения. Мы предлагаем широкий выбор комбинаций чувствительных элементов, сенсорных модулей, монтажных узлов с интегрированным сенсором, ОЕМ-преобразователей давления (с платой АЦП) и корпусированных преобразователей давления, что позволяет создавать продукты, полностью соответствующие техническим требованиям заказчика.

Чтобы выбрать подходящие преобразователи давления, обратитесь за помощью к нашим специалистам.