Pri merjenju tlaka boste morda opazili, da rezultati meritev ne odražajo takoj sprememb vhodnega tlaka ali popolnoma ustrezajo, ko se tlak vrne v začetno stanje. Na primer, ko za merjenje teže uporabljate kopalniško tehtnico, senzor tehtnice potrebuje čas, da natančno zazna in stabilizira odčitek vaše teže. Theodzivni čassenzorja vodi do začetnih nihanj podatkov. Ko se senzor prilagodi obremenitvi in zaključi obdelavo podatkov, bodo odčitki prikazali bolj stabilne rezultate.To ni napaka senzorja, ampak običajna značilnost številnih elektronskih merilnih naprav, zlasti kadar gre za obdelavo podatkov v realnem času in doseganje stabilnega stanja. Ta pojav lahko imenujemo histereza senzorja.
Kaj je histereza v senzorjih tlaka?
Senzorhisterezaobičajno se pojavi, ko pride do spremembe vhoda (kot je temperatura ali tlak) in izhodni signal ne sledi takoj vhodni spremembi ali ko se vhod vrne v prvotno stanje, se izhodni signal ne vrne v celoti v začetno stanje . Ta pojav je mogoče videti na karakteristični krivulji senzorja, kjer je med vhodom in izhodom zaostajajoča krivulja v obliki zanke, namesto ravne črte. Natančneje, če začnete povečevati vhod od določene specifične vrednosti, se bo ustrezno povečal tudi izhod senzorja. Ko pa se vnos začne zmanjševati nazaj na prvotno točko, boste ugotovili, da so izhodne vrednosti višje od prvotnih izhodnih vrednosti med postopkom redukcije, kar tvori zanko oz.histerezna zanka. To kaže, da med procesom naraščanja in padanja ista vhodna vrednost ustreza dvema različnima izhodnima vrednostima, kar je intuitiven prikaz histereze.
Diagram prikazuje razmerje med izhodom in uporabljenim tlakom v tlačnem senzorju med postopkom nanašanja tlaka, predstavljeno v obliki histerezne krivulje. Vodoravna os predstavlja izhod senzorja, navpična os pa uporabljeni tlak. Rdeča krivulja predstavlja proces, pri katerem se izhod senzorja poveča s postopnim naraščanjem tlaka, kar kaže odzivno pot od nizkega do visokega tlaka. Modra krivulja kaže, da ko se uporabljeni tlak začne zmanjševati, se zmanjša tudi izhod senzorja, od visokega tlaka nazaj do nizkega, kar prikazuje reakcijo senzorja med razbremenitvijo tlaka. Območje med obema krivuljama, zanka histereze, prikazuje razliko v izhodu senzorja pri isti ravni tlaka med nakladanjem in praznjenjem, ki jo običajno povzročijo fizikalne lastnosti in notranja struktura materiala senzorja.
Vzroki za histerezo tlaka
Pojav histereze vsenzorji tlakavplivata predvsem dva glavna dejavnika, ki sta tesno povezana s fizikalnimi lastnostmi in mehanizmom delovanja senzorja:
- Elastična histereza materiala Vsak material bo podvržen določeni stopnji elastične deformacije, ko je izpostavljen zunanjim silam, kar je neposredni odziv materiala na uporabljene sile. Ko se zunanja sila odstrani, se material poskuša vrniti v prvotno stanje. Vendar ta predelava ni popolna zaradi neenotnosti znotraj notranje strukture materiala in rahlih nepopravljivih sprememb v notranji mikrostrukturi med ponavljajočim se nalaganjem in razkladanjem. Posledica tega je zaostanek v izhodu mehanskega obnašanja med neprekinjenimi procesi nakladanja in razkladanja, znanimi kotelastična histereza. Ta pojav je še posebej očiten pri uporabisenzorji tlaka, saj morajo senzorji pogosto natančno meriti in se odzivati na spremembe tlaka.
- Trenje V mehanskih komponentah senzorja tlaka, zlasti tistih, ki vključujejo gibljive dele, je trenje neizogibno. To trenje lahko izvira iz kontaktov znotraj senzorja, kot so drsne kontaktne točke, ležaji itd. Ko je senzor pod pritiskom, lahko te torne točke ovirajo prosto gibanje notranjih mehanskih struktur senzorja, kar povzroči zakasnitev med odzivom senzorja in dejanski pritisk. Ko je tlak razbremenjen, lahko iste sile trenja tudi preprečijo, da bi se notranje strukture takoj ustavile, s čimer se med fazo razbremenitve pojavi tudi histereza.
Ta dva dejavnika skupaj vodita do histerezne zanke, opažene v senzorjih med ponavljajočimi se preskusi obremenitve in razbremenitve, kar je značilnost, ki je pogosto še posebej zaskrbljujoča pri aplikacijah, kjer sta natančnost in ponovljivost zelo potrebni. Za zmanjšanje vpliva tega pojava histereze je ključnega pomena skrbna zasnova in izbira materiala za senzor, morda pa bodo potrebni tudi programski algoritmi za kompenzacijo te histereze v aplikacijah.
Pojav histereze vsenzorji tlakananj vplivajo različni dejavniki, neposredno povezani s fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi senzorja ter njegovim delovnim okoljem.
Kateri dejavniki vodijo do histereze senzorja?
1. Lastnosti materiala
- Modul elastičnosti: Modul elastičnosti materiala določa stopnjo elastične deformacije, ko je izpostavljen sili. Materiali z višjim modulom elastičnosti se manj deformirajo in njihovielastična histerezalahko relativno nižje.
- Poissonovo razmerje: Poissonovo razmerje opisuje razmerje med stransko kontrakcijo in vzdolžnim raztezkom v materialu, ko je izpostavljen sili, kar vpliva tudi na obnašanje materiala med nalaganjem in razkladanjem.
- Notranja struktura: Mikrostruktura materiala, vključno s kristalno strukturo, napakami in vključki, vpliva na njegovo mehansko obnašanje in lastnosti histereze.
2. Postopek izdelave
- Natančnost obdelave: Natančnost obdelave komponent senzorja neposredno vpliva na njihovo delovanje. Komponente z večjo natančnostjo se bolje prilegajo, kar zmanjša dodatno trenje in koncentracijo napetosti, ki jo povzroči slabo prileganje.
- Površinska hrapavost: Kakovost površinske obdelave, kot je površinska hrapavost, vpliva na velikost trenja, s čimer vpliva na odzivno hitrost in histerezo senzorja.
- Temperaturne spremembe vplivajo na fizikalne lastnosti materialov, kot sta modul elastičnosti in koeficient trenja. Visoke temperature na splošno naredijo materiale mehkejše, zmanjšajo modul elastičnosti in povečajo trenje, s čimer povečajo histerezo. Nasprotno pa lahko nizke temperature naredijo materiale trše in bolj krhke, kar na različne načine vpliva na histerezo.
3. Temperatura
- Temperaturne spremembe vplivajo na fizikalne lastnosti materialov, kot sta modul elastičnosti in koeficient trenja. Visoke temperature na splošno naredijo materiale mehkejše, zmanjšajo modul elastičnosti in povečajo trenje, s čimer povečajo histerezo. Nasprotno pa lahko nizke temperature naredijo materiale trše in bolj krhke, kar na različne načine vpliva na histerezo.
Tveganja
Prisotnost histereze vsenzorji tlakalahko povzroči napake pri merjenju, kar vpliva na natančnost in zanesljivost senzorja. V aplikacijah, ki zahtevajo visoko natančne meritve, kot je natančna kontrola industrijskih procesov in kritično spremljanje medicinske opreme, lahko histereza privede do znatnih merilnih napak in celo povzroči odpoved celotnega merilnega sistema. Zato je razumevanje in zmanjševanje vpliva histereze ključni del zagotavljanja učinkovitega in natančnega delovanjasenzorji tlaka.
Rešitve za histerezo v tlačnih senzorjih:
Za zagotovitev najmanjših možnih histereznih učinkov vsenzorji tlaka, so proizvajalci sprejeli več ključnih ukrepov za optimizacijo delovanja senzorjev:
- Izbira materiala: Izbira materiala igra odločilno vlogo pri histerezi. Zato proizvajalci skrbno izberejo osnovne materiale, ki se uporabljajo v konstrukciji senzorjev, kot so diafragme, tesnila in polnilne tekočine, da zagotovijo minimalno histerezo v različnih delovnih pogojih.
- Optimizacija zasnove: z izboljšanjem strukturne zasnove senzorjev, kot so oblika, velikost in debelina diafragm, in optimizacijo metod tesnjenja lahko proizvajalci učinkovito zmanjšajo histerezo, ki jo povzročajo trenje, statično trenje in deformacija materiala.
- Zdravljenje s staranjem: na novo izdelani senzorji lahko kažejo znatno začetno histerezo. Skozizdravljenje staranjain posebnih programih testiranja je mogoče materiale pospešiti, da se stabilizirajo in prilagodijo, s čimer se zmanjša ta začetna histereza. Spodnja slika prikazujeXDB305potekazdravljenje staranja.
- Strog nadzor proizvodnje: s strogim nadzorom toleranc in kakovosti med proizvodnim procesom proizvajalci zagotavljajo doslednost vsakega senzorja in minimizirajo vpliv proizvodnih variacij na histerezo.
- Napredna kalibracija in kompenzacija: nekateri proizvajalci uporabljajo napredno tehnologijo digitalne kompenzacije in metode večtočkovne kalibracije za natančno modeliranje in popravljanje histereze v izhodih senzorjev.
- Testiranje delovanja in razvrščanje: Vsi senzorji so podvrženi podrobnemu testiranju, da se ocenijo njihove lastnosti histereze. Na podlagi rezultatov testiranja so senzorji razvrščeni tako, da zagotovijo, da se na trg sprostijo samo izdelki, ki ustrezajo posebnim standardom histereze.
- Pospešeno testiranje življenjske dobe: Da bi preverili stabilnost delovanja senzorjev skozi njihovo pričakovano življenjsko dobo, proizvajalci izvajajo pospešeno staranje in preskuse življenjske dobe vzorcev, da zagotovijo, da histereza ostane v sprejemljivih mejah.
Ti obsežni ukrepi pomagajo proizvajalcem učinkovito nadzorovati in zmanjšati pojav histereze vsenzorji tlaka, ki zagotavlja, da senzorji izpolnjujejo visoke zahteve glede natančnosti in zanesljivosti v dejanskih aplikacijah.
Čas objave: maj-09-2024