Při měření tlaku si můžete všimnout, že výsledky měření neodrážejí okamžitě změny vstupního tlaku nebo plně odpovídají, když se tlak vrátí do výchozího stavu. Například při použití koupelnové váhy k měření hmotnosti vyžaduje senzor váhy čas, aby přesně snímal a stabilizoval odečet vaší hmotnosti. Thedoba odezvysenzoru vede k počátečním výkyvům dat. Jakmile se senzor přizpůsobí zátěži a dokončí zpracování dat, budou výsledky zobrazovat stabilnější výsledky.Nejedná se o vadu snímače, ale o normální charakteristiku mnoha elektronických měřicích zařízení, zejména pokud jde o zpracování dat v reálném čase a dosažení ustáleného stavu. Tento jev lze označit jako hysterezi senzoru.
Co je hystereze v tlakových senzorech?
Senzorhysterezetypicky se projevuje, když dojde ke změně na vstupu (jako je teplota nebo tlak) a výstupní signál nenásleduje okamžitě po změně vstupu, nebo když se vstup vrátí do původního stavu, výstupní signál se zcela nevrátí do původního stavu . Tento jev lze vidět na charakteristické křivce snímače, kde je mezi vstupem a výstupem spíše zpožděná smyčková křivka než přímka. Konkrétně, pokud začnete zvyšovat vstup od určité konkrétní hodnoty, příslušně se zvýší i výstup senzoru. Když však vstup začne klesat zpět do původního bodu, zjistíte, že výstupní hodnoty jsou vyšší než původní výstupní hodnoty během procesu redukce, čímž se vytvoří smyčka resp.hysterezní smyčka. To ukazuje, že během procesu zvyšování a snižování odpovídá stejné vstupní hodnotě dvěma různým výstupním hodnotám, což je intuitivní zobrazení hystereze.
Diagram ukazuje vztah mezi výstupním a aplikovaným tlakem v tlakovém senzoru během procesu aplikace tlaku, znázorněný ve formě hysterezní křivky. Vodorovná osa představuje výstup senzoru a svislá osa představuje aplikovaný tlak. Červená křivka představuje proces, při kterém se výstup senzoru zvyšuje s postupně se zvyšujícím tlakem a ukazuje cestu odezvy od nízkého k vysokému tlaku. Modrá křivka ukazuje, že když aplikovaný tlak začne klesat, výkon senzoru se také sníží, z vysokého tlaku zpět na nízký, což znázorňuje reakci senzoru během uvolňování tlaku. Oblast mezi dvěma křivkami, hysterezní smyčka, zobrazuje rozdíl ve výstupu senzoru při stejné úrovni tlaku během nakládání a vykládání, typicky způsobený fyzikálními vlastnostmi a vnitřní strukturou materiálu senzoru.
Důvody tlakové hystereze
Fenomén hystereze vsnímače tlakuje ovlivněna především dvěma hlavními faktory, které úzce souvisejí s fyzikálními vlastnostmi a provozním mechanismem senzoru:
- Elastická hystereze materiálu Jakýkoli materiál podstoupí určitý stupeň elastické deformace, když je vystaven vnějším silám, což je přímá odezva materiálu na působící síly. Po odstranění vnější síly se materiál pokusí vrátit do původního stavu. Toto zotavení však není úplné kvůli nerovnoměrnosti vnitřní struktury materiálu a mírným nevratným změnám vnitřní mikrostruktury během opakovaného zatěžování a vykládání. To má za následek zpoždění ve výstupu mechanického chování během kontinuálních procesů nakládání a vykládání, tzvelastická hystereze. Tento jev je zvláště patrný při aplikacisnímače tlaku, protože senzory často potřebují přesně měřit a reagovat na změny tlaku.
- Tření V mechanických součástech snímače tlaku, zejména těch, které zahrnují pohyblivé části, je tření nevyhnutelné. Toto tření může pocházet z kontaktů uvnitř snímače, jako jsou kluzné kontaktní body, ložiska atd. Když snímač odolává tlaku, mohou tyto třecí body bránit volnému pohybu vnitřních mechanických struktur snímače, což způsobuje zpoždění mezi odezvou snímače a skutečný tlak. Když je tlak odlehčen, stejné třecí síly mohou také zabránit okamžitému zastavení vnitřních struktur, čímž se také projeví hystereze během fáze odlehčení.
Tyto dva faktory společně vedou k hysterezní smyčce pozorované u senzorů během opakovaných testů zatěžování a odlehčování, což je vlastnost, která je často předmětem zvláštního zájmu v aplikacích, kde je vysoce požadována přesnost a opakovatelnost. Pro snížení dopadu tohoto jevu hystereze je zásadní pečlivý návrh a výběr materiálu pro senzor a mohou být také zapotřebí softwarové algoritmy pro kompenzaci této hystereze v aplikacích.
Fenomén hystereze vsnímače tlakuje ovlivněna různými faktory přímo souvisejícími s fyzikálními a chemickými vlastnostmi senzoru a jeho provozním prostředím.
Jaké faktory vedou k hysterezi senzoru?
1. Vlastnosti materiálu
- Modul pružnosti: Modul pružnosti materiálu určuje stupeň elastické deformace při působení síly. Materiály s vyšším modulem pružnosti se méně deformují a jejichelastická hysterezemůže být relativně nižší.
- Poissonův poměr: Poissonův poměr popisuje poměr příčného smrštění k podélnému prodloužení v materiálu, když je vystaven síle, která také ovlivňuje chování materiálu během nakládání a vykládání.
- Vnitřní struktura: Mikrostruktura materiálu, včetně krystalové struktury, defektů a vměstků, ovlivňuje jeho mechanické chování a hysterezní charakteristiky.
2. Výrobní proces
- Přesnost obrábění: Přesnost obrábění součástí snímače přímo ovlivňuje její výkon. Komponenty s vyšší přesností lícují lépe, snižují dodatečné tření a koncentraci napětí způsobenou špatným lícováním.
- Drsnost povrchu: Kvalita povrchové úpravy, jako je drsnost povrchu, ovlivňuje velikost tření, a tím ovlivňuje rychlost odezvy a hysterezi snímače.
- Změny teploty ovlivňují fyzikální vlastnosti materiálů, jako je modul pružnosti a koeficient tření. Vysoké teploty obecně činí materiály měkčími, snižují modul pružnosti a zvyšují tření, čímž zvyšují hysterezi. Naopak nízké teploty mohou způsobit, že materiály budou tvrdší a křehčí, což ovlivňuje hysterezi různými způsoby.
3. Teplota
- Změny teploty ovlivňují fyzikální vlastnosti materiálů, jako je modul pružnosti a koeficient tření. Vysoké teploty obecně činí materiály měkčími, snižují modul pružnosti a zvyšují tření, čímž zvyšují hysterezi. Naopak nízké teploty mohou způsobit, že materiály budou tvrdší a křehčí, což ovlivňuje hysterezi různými způsoby.
Rizika
Přítomnost hystereze vsnímače tlakumůže způsobit chyby měření a ovlivnit přesnost a spolehlivost senzoru. V aplikacích vyžadujících vysoce přesná měření, jako je přesné řízení průmyslových procesů a monitorování kritických lékařských zařízení, může hystereze vést k významným chybám měření a dokonce způsobit selhání celého měřicího systému. Proto je pochopení a minimalizace dopadu hystereze klíčovou součástí zajištění účinného a přesného provozusnímače tlaku.
Řešení pro hysterezi v tlakových senzorech:
Aby byly zajištěny nejnižší možné hysterezní účinky vsnímače tlaku, výrobci přijali několik klíčových opatření k optimalizaci výkonu snímače:
- Výběr materiálu: Výběr materiálů hraje při hysterezi rozhodující roli. Výrobci proto pečlivě vybírají základní materiály používané v konstrukci senzorů, jako jsou membrány, těsnění a plnicí kapaliny, aby zajistili minimální hysterezi za různých pracovních podmínek.
- Optimalizace návrhu: Zlepšením konstrukčního návrhu snímačů, jako je tvar, velikost a tloušťka membrán, a optimalizací metod těsnění mohou výrobci účinně snížit hysterezi způsobenou třením, statickým třením a deformací materiálu.
- Ošetření stárnutím: Nově vyrobené senzory mohou vykazovat významnou počáteční hysterezi. Přesošetření stárnutía specifické testovací programy, materiály mohou být urychleny, aby se stabilizovaly a přizpůsobily, čímž se sníží tato počáteční hystereze. Obrázek níže ukazujeXDB305podstupujícíošetření stárnutí.
- Přísná kontrola výroby: Přísnou kontrolou tolerancí a kvality během výrobního procesu výrobci zajišťují konzistenci každého senzoru a minimalizují dopad výrobních odchylek na hysterezi.
- Pokročilá kalibrace a kompenzace: Někteří výrobci používají pokročilou technologii digitální kompenzace a metody vícebodové kalibrace k přesnému modelování a korekci hystereze ve výstupech senzoru.
- Testování výkonu a klasifikace: Všechny senzory procházejí podrobným testováním, aby bylo možné posoudit jejich hysterezní charakteristiky. Na základě výsledků testů jsou senzory klasifikovány tak, aby bylo zajištěno, že na trh budou uvedeny pouze produkty splňující specifické normy hystereze.
- Zrychlené testování životnosti: Aby se ověřila výkonnostní stabilita senzorů po celou dobu jejich očekávané životnosti, výrobci provádějí testy zrychleného stárnutí a životnosti na vzorcích, aby zajistili, že hystereze zůstane v přijatelných mezích.
Tato komplexní opatření pomáhají výrobcům účinně kontrolovat a snižovat jev hystereze vsnímače tlakuzajišťující, že snímače splňují vysoké požadavky na přesnost a spolehlivost ve skutečných aplikacích.
Čas odeslání: květen-09-2024