При измерване на налягането може да забележите, че резултатите от измерването не отразяват веднага промените във входното налягане или напълно съответстват, когато налягането се върне в първоначалното си състояние. Например, когато използвате кантар за баня за измерване на теглото, сензорът на кантара изисква време, за да усети точно и стабилизира отчитането на вашето тегло. Theвреме за реакцияна сензора води до първоначални колебания в данните. След като сензорът се адаптира към натоварването и завърши обработката на данните, показанията ще показват по-стабилни резултати.Това не е дефект на сензора, а нормална характеристика на много електронни измервателни устройства, особено когато включва обработка на данни в реално време и постигане на стабилно състояние. Това явление може да се нарече хистерезис на сензора.
Какво е хистерезис в сензорите за налягане?
Сензорхистерезисобикновено се проявява, когато има промяна във входа (като температура или налягане) и изходният сигнал не следва веднага входната промяна или когато входът се върне в първоначалното си състояние, изходният сигнал не се връща напълно в първоначалното си състояние . Това явление може да се види на характеристичната крива на сензора, където има изоставаща крива с форма на цикъл между входа и изхода, а не права линия. По-конкретно, ако започнете да увеличавате входа от определена конкретна стойност, изходът на сензора също ще се увеличи съответно. Въпреки това, когато входът започне да намалява обратно до първоначалната точка, ще откриете, че изходните стойности са по-високи от първоначалните изходни стойности по време на процеса на намаляване, образувайки цикъл илихистерезисна верига. Това показва, че по време на процеса на увеличаване и намаляване, една и съща входна стойност съответства на две различни изходни стойности, което е интуитивно показване на хистерезис.
Диаграмата показва връзката между мощността и приложеното налягане в сензор за налягане по време на процеса на прилагане на налягане, представено под формата на крива на хистерезис. Хоризонталната ос представлява изхода на сензора, а вертикалната ос представлява приложеното налягане. Червената крива представлява процеса, при който изходът на сензора се увеличава с постепенно увеличаване на налягането, показвайки пътя на реакция от ниско към високо налягане. Синята крива показва, че когато приложеното налягане започне да намалява, изходът на сензора също намалява, от високо налягане обратно към ниско, изобразявайки реакцията на сензора по време на разтоварването на налягането. Областта между двете криви, хистерезисната верига, показва разликата в изхода на сензора при едно и също ниво на налягане по време на товарене и разтоварване, обикновено причинено от физическите свойства и вътрешната структура на материала на сензора.
Причини за хистерезис на налягането
Явлението хистерезис всензори за наляганесе влияе главно от два основни фактора, които са тясно свързани с физическите свойства и работния механизъм на сензора:
- Еластичен хистерезис на материала Всеки материал ще претърпи определена степен на еластична деформация, когато е подложен на външни сили, пряк отговор на материала на приложените сили. Когато външната сила бъде премахната, материалът се опитва да се върне в първоначалното си състояние. Това възстановяване обаче не е пълно поради нееднородността във вътрешната структура на материала и леките необратими промени във вътрешната микроструктура по време на многократно натоварване и разтоварване. Това води до изоставане в изхода на механичното поведение по време на непрекъснати процеси на товарене и разтоварване, известни катоеластичен хистерезис. Това явление е особено очевидно при прилагането насензори за налягане, тъй като сензорите често трябва да измерват и реагират точно на промените в налягането.
- Триене В механичните компоненти на сензор за налягане, особено тези, включващи движещи се части, триенето е неизбежно. Това триене може да идва от контакти в сензора, като плъзгащи се контактни точки, лагери и т.н. Когато сензорът понася натиск, тези точки на триене могат да възпрепятстват свободното движение на вътрешните механични структури на сензора, причинявайки забавяне между реакцията на сензора и реално налягане. Когато налягането е разтоварено, същите сили на триене могат също да попречат на вътрешните структури да спрат незабавно, като по този начин също показват хистерезис по време на фазата на разтоварване.
Тези два фактора заедно водят до хистерезисната верига, наблюдавана в сензорите по време на повтарящи се тестове за натоварване и разтоварване, характеристика, която често е от особено значение в приложения, където прецизността и повторяемостта са силно изисквани. За да се намали въздействието на този феномен на хистерезис, внимателният дизайн и избор на материал за сензора са от решаващо значение и може да са необходими софтуерни алгоритми, за да се компенсира този хистерезис в приложенията.
Явлението хистерезис всензори за наляганесе влияе от различни фактори, пряко свързани с физичните и химичните свойства на сензора и неговата работна среда.
Какви фактори водят до хистерезис на сензора?
1. Свойства на материала
- Еластичен модул: Еластичният модул на материала определя степента на еластична деформация, когато е подложен на сила. Материалите с по-висок модул на еластичност се деформират по-малко, а технитееластичен хистерезисможе да е относително по-нисък.
- Коефициент на Поасон: Коефициентът на Поасон описва съотношението на странично свиване към надлъжно удължение в материала, когато е подложен на сила, което също влияе върху поведението на материала по време на товарене и разтоварване.
- Вътрешна структура: Микроструктурата на материала, включително кристална структура, дефекти и включвания, влияе върху неговото механично поведение и хистерезисни характеристики.
2. Производствен процес
- Прецизност на обработката: Прецизността на обработката на компонентите на сензора пряко влияе върху тяхната производителност. Компонентите с по-висока прецизност пасват по-добре, намалявайки допълнителното триене и концентрацията на напрежение, причинени от лошото пасване.
- Грапавост на повърхността: Качеството на повърхностната обработка, като например грапавостта на повърхността, влияе върху големината на триенето, като по този начин влияе върху скоростта на реакция и хистерезиса на сензора.
- Температурните промени влияят върху физичните свойства на материалите, като модула на еластичност и коефициента на триене. Високите температури обикновено правят материалите по-меки, намалявайки модула на еластичност и увеличавайки триенето, като по този начин увеличават хистерезиса. Обратно, ниските температури могат да направят материалите по-твърди и по-крехки, засягайки хистерезиса по различни начини.
3. Температура
- Температурните промени влияят върху физичните свойства на материалите, като модула на еластичност и коефициента на триене. Високите температури обикновено правят материалите по-меки, намалявайки модула на еластичност и увеличавайки триенето, като по този начин увеличават хистерезиса. Обратно, ниските температури могат да направят материалите по-твърди и по-крехки, засягайки хистерезиса по различни начини.
Рискове
Наличието на хистерезис всензори за наляганеможе да причини грешки в измерването, което да повлияе на точността и надеждността на сензора. В приложения, изискващи измервания с висока точност, като прецизен контрол на промишлени процеси и мониторинг на критично медицинско оборудване, хистерезисът може да доведе до значителни грешки в измерването и дори да причини повреда на цялата измервателна система. Следователно разбирането и минимизирането на въздействието на хистерезиса е ключова част от осигуряването на ефективна и точна работа насензори за налягане.
Решения за хистерезис в сензори за налягане:
За да се осигурят възможно най-ниските хистерезисни ефекти всензори за налягане, производителите са предприели няколко ключови мерки за оптимизиране на работата на сензора:
- Избор на материал: Изборът на материали играе решаваща роля при хистерезиса. Поради това производителите внимателно избират основните материали, използвани в конструкцията на сензора, като диафрагми, уплътнения и течности за пълнене, за да гарантират, че показват минимален хистерезис при различни работни условия.
- Оптимизиране на дизайна: Чрез подобряване на структурния дизайн на сензорите, като формата, размера и дебелината на диафрагмите, и оптимизиране на методите за уплътняване, производителите могат ефективно да намалят хистерезиса, причинен от триене, статично триене и деформация на материала.
- Третиране на стареене: Новопроизведените сензори могат да проявят значителен първоначален хистерезис. Чрезлечение на стареенеи специфични програми за тестване, материалите могат да бъдат ускорени, за да се стабилизират и адаптират, като по този начин се намали този първоначален хистерезис. Изображението по-долу показваXDB305подложенилечение на стареене.
- Стриктен производствен контрол: Чрез стриктно контролиране на толерансите и качеството по време на производствения процес, производителите гарантират последователността на всеки сензор и минимизират влиянието на производствените вариации върху хистерезиса.
- Разширено калибриране и компенсация: Някои производители използват усъвършенствана технология за цифрова компенсация и многоточкови методи за калибриране за прецизно моделиране и коригиране на хистерезиса в изходите на сензора.
- Тестване на производителността и класификация: Всички сензори преминават подробни тестове за оценка на техните хистерезисни характеристики. Въз основа на резултатите от теста сензорите се класифицират, за да се гарантира, че на пазара се пускат само продукти, отговарящи на специфични стандарти за хистерезис.
- Ускорено тестване на живота: За да проверят стабилността на работата на сензорите през целия им очакван живот, производителите провеждат ускорени тестове за стареене и живот на проби, за да гарантират, че хистерезисът остава в приемливи граници.
Тези всеобхватни мерки помагат на производителите ефективно да контролират и намалят явлението хистерезис всензори за налягане, гарантирайки, че сензорите отговарят на изискванията за висока точност и надеждност в реални приложения.
Време на публикуване: 9 май 2024 г