Nyomásméréskor észreveheti, hogy a mérési eredmények nem tükrözik azonnal a bemeneti nyomás változásait, vagy teljes mértékben megfelelnek, amikor a nyomás visszatér a kezdeti állapotába. Például, ha fürdőszobai mérleget használ a súly mérésére, a mérleg érzékelőjének időre van szüksége ahhoz, hogy pontosan érzékelje és stabilizálja az Ön súlyát. Aválaszidőaz érzékelő kezdeti ingadozásához vezet. Miután az érzékelő alkalmazkodik a terheléshez, és befejezi az adatfeldolgozást, a leolvasások stabilabb eredményeket fognak mutatni.Ez nem az érzékelő hibája, hanem számos elektronikus mérőeszköz szokásos jellemzője, különösen, ha valós idejű adatfeldolgozást és steady-state elérést foglal magában. Ezt a jelenséget érzékelő hiszterézisnek nevezhetjük.
Mi a hiszterézis a nyomásérzékelőkben?
Érzékelőhiszterézistipikusan akkor nyilvánul meg, amikor a bemenet megváltozik (például hőmérséklet vagy nyomás), és a kimeneti jel nem követi azonnal a bemeneti változást, vagy amikor a bemenet visszatér eredeti állapotába, a kimeneti jel nem tér vissza teljesen a kezdeti állapotába. . Ez a jelenség látható az érzékelő jelleggörbéjén, ahol a bemenet és a kimenet között egy késleltetett hurok alakú görbe van, nem pedig egyenes. Pontosabban, ha egy bizonyos értéktől kezdi növelni a bemenetet, akkor az érzékelő kimenete is ennek megfelelően nő. Amikor azonban a bemenet elkezd visszacsökkenni az eredeti pontra, azt tapasztaljuk, hogy a redukciós folyamat során a kimeneti értékek magasabbak, mint az eredeti kimeneti értékek, hurkot, ill.hiszterézis hurok. Ez azt mutatja, hogy a növekvő és a csökkenő folyamat során ugyanaz a bemeneti érték két különböző kimeneti értéknek felel meg, ami a hiszterézis intuitív megjelenítése.
Az ábra hiszterézisgörbe formájában ábrázolja a kimenet és a nyomásérzékelőben alkalmazott nyomás közötti kapcsolatot a nyomás alkalmazási folyamata során. A vízszintes tengely az érzékelő kimenetét, a függőleges tengely pedig az alkalmazott nyomást jelenti. A piros görbe azt a folyamatot jelöli, ahol az érzékelő teljesítménye a nyomás fokozatos növekedésével növekszik, megmutatva a reakcióútvonalat az alacsony nyomástól a magasig. A kék görbe azt jelzi, hogy amint az alkalmazott nyomás csökkenni kezd, az érzékelő teljesítménye is csökken, magas nyomásról vissza alacsonyra, ami az érzékelő reakcióját mutatja a nyomás kiürítése során. A két görbe közötti terület, a hiszterézis hurok az érzékelő kimenetének azonos nyomásszint melletti különbségét jeleníti meg a be- és kirakodás során, amelyet jellemzően az érzékelő anyagának fizikai tulajdonságai és belső szerkezete okoz.
A nyomáshiszterézis okai
A hiszterézis jelenség innyomásérzékelőkfőként két fő tényező befolyásolja, amelyek szorosan összefüggenek az érzékelő fizikai tulajdonságaival és működési mechanizmusával:
- Anyag elasztikus hiszterézise Bármely anyag bizonyos fokú rugalmas deformáción megy keresztül, ha külső erőknek van kitéve, ami az anyag közvetlen reakciója a kifejtett erőkre. Amikor a külső erő megszűnik, az anyag megpróbál visszatérni eredeti állapotába. Ez a helyreállítás azonban nem teljes, az anyag belső szerkezetének egyenetlensége és a belső mikrostruktúra enyhe visszafordíthatatlan változásai miatt az ismételt be- és kirakodás során. Ez késést eredményez a mechanikai viselkedésben a folyamatos be- és kirakodási folyamatok során, únrugalmas hiszterézis. Ez a jelenség különösen nyilvánvaló alkalmazásábannyomásérzékelők, mivel az érzékelőknek gyakran pontosan kell mérniük és reagálniuk a nyomásváltozásokra.
- Súrlódás A nyomásérzékelő mechanikai alkatrészeiben, különösen azokban, amelyekben mozgó alkatrészek vannak, a súrlódás elkerülhetetlen. Ez a súrlódás származhat az érzékelőn belüli érintkezőkből, például csúszó érintkezési pontokból, csapágyakból stb. Amikor az érzékelő nyomást visel, ezek a súrlódási pontok akadályozhatják az érzékelő belső mechanikai szerkezeteinek szabad mozgását, ami késést okoz az érzékelő válasza és a tényleges nyomás. A nyomás tehermentesítésekor ugyanazok a súrlódási erők megakadályozhatják a belső szerkezetek azonnali leállását, így a tehermentesítési fázisban is hiszterézist mutatnak ki.
Ez a két tényező együttesen az érzékelőkben megfigyelt hiszterézis hurokhoz vezet az ismételt terhelési és ürítési tesztek során, amely jellemző gyakran különösen aggodalomra ad okot azokban az alkalmazásokban, ahol a precizitás és az ismételhetőség nagy igény. A hiszterézis jelenség hatásának csökkentése érdekében az érzékelő gondos tervezése és anyagának kiválasztása kulcsfontosságú, és szoftveralgoritmusokra is szükség lehet a hiszterézis kompenzálására az alkalmazásokban.
A hiszterézis jelenség innyomásérzékelőkaz érzékelő fizikai és kémiai tulajdonságaihoz, valamint működési környezetéhez közvetlenül kapcsolódó különféle tényezők befolyásolják.
Milyen tényezők vezetnek az érzékelő hiszteréziséhez?
1. Anyagtulajdonságok
- Rugalmassági modulus: Az anyag rugalmassági modulusa határozza meg a rugalmas alakváltozás mértékét, amikor erőhatásnak van kitéve. A nagyobb rugalmassági modulusú anyagok kevésbé deformálódnak, és azokrugalmas hiszterézisviszonylag alacsonyabb lehet.
- Poisson-hányados: A Poisson-hányados az oldalirányú összehúzódás és a hosszirányú nyúlás arányát írja le egy anyagban, ha erőhatásnak van kitéve, ami szintén befolyásolja az anyag viselkedését be- és kirakodáskor.
- Belső szerkezet: Az anyag mikroszerkezete, beleértve a kristályszerkezetet, a hibákat és a zárványokat, befolyásolja mechanikai viselkedését és hiszterézis jellemzőit.
2. Gyártási folyamat
- Megmunkálási pontosság: Az érzékelő alkatrészek megmunkálásának pontossága közvetlenül befolyásolja annak teljesítményét. A nagyobb pontosságú alkatrészek jobban illeszkednek, csökkentve a rossz illeszkedés okozta további súrlódást és feszültségkoncentrációt.
- Felületi érdesség: A felületkezelés minősége, például a felületi érdesség befolyásolja a súrlódás nagyságát, ezáltal befolyásolja az érzékelő válaszsebességét és hiszterézisét.
- A hőmérsékletváltozások befolyásolják az anyagok fizikai tulajdonságait, például a rugalmassági modulust és a súrlódási együtthatót. A magas hőmérséklet általában lágyabbá teszi az anyagokat, csökkenti a rugalmassági modulust és növeli a súrlódást, ezáltal növeli a hiszterézist. Ezzel szemben az alacsony hőmérséklet keményebbé és ridegebbé teheti az anyagokat, ami különböző módon befolyásolja a hiszterézist.
3. Hőmérséklet
- A hőmérsékletváltozások befolyásolják az anyagok fizikai tulajdonságait, például a rugalmassági modulust és a súrlódási együtthatót. A magas hőmérséklet általában lágyabbá teszi az anyagokat, csökkenti a rugalmassági modulust és növeli a súrlódást, ezáltal növeli a hiszterézist. Ezzel szemben az alacsony hőmérséklet keményebbé és ridegebbé teheti az anyagokat, ami különböző módon befolyásolja a hiszterézist.
Kockázatok
A hiszterézis jelenlétenyomásérzékelőkmérési hibákat okozhat, befolyásolva az érzékelő pontosságát és megbízhatóságát. A nagy pontosságú méréseket igénylő alkalmazásokban, mint például a precíziós ipari folyamatvezérlés és a kritikus orvosi berendezések felügyelete, a hiszterézis jelentős mérési hibákhoz vezethet, és akár a teljes mérőrendszer meghibásodását is okozhatja. Ezért a hiszterézis hatásának megértése és minimalizálása kulcsfontosságú része a hatékony és pontos működés biztosításánaknyomásérzékelők.
Megoldások a nyomásérzékelők hiszterézisére:
A lehető legalacsonyabb hiszterézishatás biztosítása érdekébennyomásérzékelők, a gyártók számos kulcsfontosságú intézkedést tettek az érzékelő teljesítményének optimalizálása érdekében:
- Anyagválasztás: Az anyagválasztás döntő szerepet játszik a hiszterézisben. Ezért a gyártók gondosan választják ki az érzékelők felépítéséhez használt maganyagokat, például membránokat, tömítéseket és töltőfolyadékokat, hogy biztosítsák, hogy különböző munkakörülmények között minimális hiszterézist mutassanak.
- Tervezésoptimalizálás: Az érzékelők szerkezeti kialakításának, például a membránok alakjának, méretének és vastagságának javításával, valamint a tömítési módszerek optimalizálásával a gyártók hatékonyan csökkenthetik a súrlódás, a statikus súrlódás és az anyagdeformáció okozta hiszterézist.
- Öregedés kezelése: Az újonnan gyártott érzékelők jelentős kezdeti hiszterézist mutathatnak. Keresztülöregedés kezeléseés speciális tesztelési programok, anyagok felgyorsíthatók, hogy stabilizálódjanak és alkalmazkodjanak, csökkentve ezzel ezt a kezdeti hiszterézist. Az alábbi képen látható aXDB305folyiköregedés kezelése.
- Szigorú gyártásellenőrzés: A gyártási folyamat során a tűréshatárok és a minőség szigorú ellenőrzésével a gyártók biztosítják az egyes érzékelők konzisztenciáját, és minimalizálják a gyártási eltérések hiszterézisre gyakorolt hatását.
- Speciális kalibrálás és kompenzáció: Egyes gyártók fejlett digitális kompenzációs technológiát és többpontos kalibrációs módszereket alkalmaznak az érzékelőkimenetek hiszterézisének pontos modellezésére és korrigálására.
- Teljesítményteszt és osztályozás: Minden érzékelőn részletes vizsgálatnak vetik alá a hiszterézis jellemzőit. A teszteredmények alapján az érzékelőket osztályozzák, így biztosítják, hogy csak a meghatározott hiszterézis szabványoknak megfelelő termékek kerüljenek forgalomba.
- Gyorsított élettartam-teszt: Az érzékelők várható élettartama alatti teljesítménystabilitás ellenőrzése érdekében a gyártók gyorsított öregedési és élettartam-teszteket végeznek a mintákon annak biztosítására, hogy a hiszterézis az elfogadható határokon belül maradjon.
Ezek az átfogó intézkedések segítenek a gyártóknak hatékonyan ellenőrizni és csökkenteni a hiszterézis jelenségétnyomásérzékelők, biztosítva, hogy az érzékelők megfeleljenek a nagy pontossági és megbízhatósági követelményeknek a tényleges alkalmazásokban.
Feladás időpontja: 2024. május 09